Уголь. 
Геология и месторождения полезных ископаемых

Угли сложены органическим веществом (сложные высокомолекулярные соединения) и минеральными примесями. В элементарном составе органического вещества преобладает углерод, в подчиненных количествах присутствуют кислород, водород, азот и сера. Масса органического вещества составляет 50—97% от массы сухого угля. В бурых углях содержание углерода достигает 65—79%, в каменных — 78—89%, в антрацитах — 93—95%, а количество серы колеблется от 0,4 до 7%. Минеральные примеси в углях представлены, главным образом, глинистыми минералами, в меньшей степени — карбонатами, сульфидами, сульфатами и солями щелочных металлов (в малозольных разновидностях —10%, в высокозольных до 50%).

Максимальная влажность (до 60%) свойственна рыхлым бурым углям, а минимальная (до 4%) — метаморфизованным каменным разновидностям.

Масса органического вещества угля определяет теплоту сгорания, т. е. количество тепла, выделяемого при полном сгорании одного килограмма угля. Увеличение зольности и влажности снижают теплоту сгорания, ухудшая качество угля.

Состав углей и его свойства определяют главные области его использования в качестве энергетического или технологического сырья. Энергетический уголь сжигается в различных топках, технологический является сырьем коксохимического производства, вырабатывающего кокс для черной и цветной металлургии, а также более 300 наименований химической продукции.

Мировые подтвержденные запасы углей в 2002 г. оценивались в 4262 млрд т, в том числе 3108 млрд т каменного угля. В РФ подтвержденные запасы угля всех типов составили 157,0, в том числе каменного угля — 49,1 млрд т.

Месторождения углей в зависимости от геотектонической обстановки угленакопления подразделяются на геосинклинальный и платформенный типы.

Для геосинклинальных областей характерны: большая мощность угленосных отложений (сотни и тысячи метров); частая смена пород различного состава; согласное залегание углей на подстилающих породах, большое количество протяженных угольных пластов с малыми и средними мощностями. Угли характеризуются хорошо выраженной вертикальной зональностью, часто от бурых до антрацитов включительно. Характерными представителями этого типа являются угли Донбасса и Кузбасса.

Платформенные отложения характеризуются малой мощностью угленосных отложений (десятки и первые сотни метров), незначительным количеством пластов преимущественно линзообразной формы, средними и большими мощностями, горизонтальной зональностью с низкой степенью углефикации. Типичный пример платформенных месторождений — Подмосковный бассейн.

Проявления углей известны в осадочных формациях различного возраста от девона до неогена включительно, но максимум своего развития (48% мировых запасов) они получили в среднем-верхнем карбоне — перми.

В угольной геологии наименьшей таксономической единицей является месторождение — естественное скопление угленосных отложений с пластами угля, имеющими промышленное значение. Площадь угольных месторождений составляет десятки или сотни км². Следующим таксоном является угольный бассейн — это крупная площадь (тыс., млн км²) непрерывного или прерывистого залегания угленосных отложений, связанная единством процесса углеобразования. В пределах бассейна находятся несколько месторождений, как например, в Иркутском бассейне. Высшим таксоном угленосных отложений является угленосная провинция — обширная область углеобразования, включающая ряд угленосных бассейнов и месторождений, сходных по стратиграфическому положению, условиям образования и закономерностям строения. Провинция носит географическое название с указанием возраста углей, например, карбоновая Московско-Уральская провинция.

В основу типизации угольных бассейнов положены типы угля (каменный или бурый), количество пластов, мощность пластов, способ отработки.

Иркутский угольный бассейн расположен в юго-западной части Иркутской области, вдоль северо-восточного склона Восточно-Саянского хребта, протягивается от г. Нижнеудинска до оз. Байкал (Угольная база России, 2002). Средняя ширина бассейна около 80 км, общая площадь около 50 тыс. км².

Бассейн представляет собой предгорную впадину в палеозойских породах, выполненную континентальными юрскими угленосными отложениями, в которых выделяется продуктивная черемховская свита. Наиболее значительное месторождение бассейна — Черемховское.

Черемховское месторождение расположено по обеим сторонам Восточно-Сибирской железной дороги вблизи г. Черемхово и в 130 км к северо-западу от г. Иркутска. Общая площадь месторождения составляет 380 км² (рис. 8.22). Месторождение разрабатывается с 1896 г. Оставшиеся общие запасы на конец двадцатого века составляли 415 млн т.

Рис. 8.22. Схематическая карта Черемховского месторождения (Угольная.

база России, т. 3, 2002):

1 — граница месторождения, 2 — отработанные участки, 3 — действующие разрезы, 4 — участок Северный, 5 — участки перспективные для отработки (а — разведанные, 6 — разведуемые), 6 — участки бесперспективные для отработки В структурном отношении месторождение приурочено к мелкой эрозионно-тектонической впадине. Юрские отложения залегают на размытой поверхности нижнего кембрия — в юго-западной части и верхнего кембрия — в северо-восточной.

В разрезе месторождения выделяются две свиты. Заларинская свита мощностью 30 м представлена аргиллитами, залегающими на глинизированных брекчиях. Черемховская свита залегает на брекчиях с каолиновым цементом и на каолиновых и монтмориллонитовых глинах. Мощность свиты изменяется от 5 до 80 м. Состоит из песчаников (70%), алевролитов (8,7%), аргиллитов (9,4%), углистых алевролитов (3,2%) и углей (8,7%). В составе свиты выделяются три угленосных горизонта: нижний, средний и верхний, разделенные безугольными алевролитами и песчаниками. Средний горизонт является основным промышленным и распространен повсеместно. Мощность его от 6 до 20 м в центре месторождения и до 30—40 м на Катомском участке. Средний горизонт содержит Малый и Главный пласты угля, из которых последний является основным рабочим. В разрезе местами имеются линзовидные прослойки угля мощностью 0,05—0,40 м, количество которых до 2—3. Расстояние по разрезу между пластами Главным и Малым составляет 2—3 м. Угленосные отложения и пласты угля залегают пологоволнисто (угол падения от 2 до 8°). По строению и мощности пласты невыдержанные. Центральная часть месторождения, характеризующаяся наиболее высокой угленосностью, постепенно снижающейся к периферии, почти полностью отработана.

Пласт Главный, распространенный повсеместно, включает от 8 до 12 пачек, в отдельных случаях — 20—22. При общей мощности пласта в среднем 6—8,8 м, средняя мощность пласта угля в нем составляет от 4,5 до 7,6 м. Породные прослои представлены глинами, аргиллитами, алевролитами.

Пласт Малый залегает на 1—9 м выше Главного. Он имеет линзообразный характер и простое строение. Мощность его от 0,05 до 6,3 м. Промышленного значения практически не имеет, за исключением Новокасьяновского поля.

Угли месторождения по природе исходного материала являются гумусовыми. Распространены в основном полублестящие и тусклоблестящие (73,4%), реже полуматовые (14,1%) и блестящие (12,5%) разности; структура однородная неясно-штриховатая или линзовидноштриховатая. Изредка встречаются сапропелево-гумусовые, залегающие в пласте Главном в виде маломощных линз и прослоев.

Угли в основном каменные, по технологической группировке относятся к слабоспекающимся газовым углям марки Гб. Частично угли бурые и переходные к каменным. Зольность угля — 10—27%, содержание влаги 14%, серы — 0,5—8%, выход летучих 40—53%, удельная теплота сгорания горючей массы 30,42—33,75 МДж/кг.

Угли используются как энергетическое топливо и для получения моторного топлива. Малозольный уголь и концентраты используются заводами полукоксования. Коэффициент вскрыши меняется от 0,8 до 10 м³/т.