7. систематизація і класифікація твердих горючих копалин

Класифікація твердих горючих копалин (ТГК), як систематика всіх їх видів, що зустрічаються, за найважливішими характерними ознаками і властивостями, є однією з найскладніших проблем науки про ТГК. Над вирішенням цієї проблеми багато років працювали дослідники в різних країнах світу, у тому числі і в нашій країні, оскільки побудова науково обґрунтованої класифікації ТГК мислима лише як результат уза- гальнення всіх досягнутих знань про їх природу і склад, а також про структуру і влас- тивості речовин, які є складовими ТГК.

Існуючі класифікації ТГК можна поділити на три основні типи:

1) загальні класифікації включають основні параметри (істотні властивості), що

відображають внутрішню спільність кожного класу і класів серед всіх ТГК, охоплюва- них класифікацією. Такі класифікації мають головним чином пізнавальне теоретичне значення;

2) технологічні (промислові) класифікації розподіляють ТГК за показниками влас- тивостей. Технологічні класифікації виражають головним чином такі співвідношення вла- стивостей ТГК, знання яких необхідне для використання їх в тій або іншій конкретній га- лузі промисловості, і тому вони називаються також окремими або частковими;

3) комбіновані класифікації (наприклад, промислово-генетична) ґрунтуються на показниках, що використовуються і в загальних, і в технологічних класифікаціях. Ці класифікації (їх більшість) мають як теоретичне, так і практичне значення. Вони до- зволяють розширити число ТГК, включених у класифікацію, а також сприяють розк- риттю взаємозв’язку складу, будови і практично важливих властивостей ТГК.

Різноманіття в природі видів ТГК зумовило необхідність систематизації їх за найбільш загальними, характерними ознаками. У зв’язку з цим велику увагу надавали розробці так званих загальних наукових класифікацій ТГК (табл. 2.2).

Відповідно до загальної систематики ТГК, перше ознайомлення проводиться спочатку за найпростішими і найбільш характерними особливостями.

Торф. Торф тільки з певною мірою умовності можна віднести до твердих горю- чих копалин. У більшості випадків торфи – матеріали накопичення, процеси перетво- рення яких продовжуються на поверхні землі в торф’яних болотах донині. В природі зустрічаються іноді торфи, які за рядом властивостей займають проміжне місце між більш зрілими торфами і менш зрілим бурим вугіллям.

На вигляд торф – це неоднорідна суміш продуктів різного ступеня перетворен- ня із залишків окремих частин наземних і болотяних рослин: стебел, коріння, гілок, кори, листя, хвої, трав, моху тощо.

При розгляданні шматків торфу неозброєним оком в них виразно спостеріга- ються прошарки, що складаються як із не повністю перетворених морфологічних час- тин рослин, так і з продуктів більш глибоких їх перетворень, що мають вид однорідної аморфної (безструктурної) маси. Таким чином, і в шматках торфу може бути знайдена смужкуватість, характерна почасти для шматків бурого вугілля і для більшої частини кам’яного вугілля.

Мала величина уявної густини шматків торфу пов’язана з їх високою пористіс- тю (до 70\%). Грудковий торф має характерну властивість – при висиханні значно зме-

ншується в об’ємі (дає усадку), причому усадка може складати до 40\% первинного

об’єму грудок.

Таблиця 2.2  – Загальна наукова класифікація ТГК

Буре вугілля – це вугілля, що отримало свою назву від звичайного бурого ко- льору (хоча є буре вугілля і чорного кольору). Воно характеризується частіше за все зовні повною відсутністю залишків рослин, що не розклалися, і не має того аморфного вигляду, який властивий свіжовидобутому торфу. Відома велика кількість типів бурого вугілля з різними специфічними зовнішніми ознаками.

Землисте буре вугілля. В природному стані землисте буре вугілля сильно обво- днене (вологість 35-65\%) і при зберіганні в природних умовах поволі втрачає вологу до її вмісту 15–25\%. Свіжовидобуте землисте буре вугілля є зовні однорідною зернистою

грудкуватою бурою масою. Грудки підсушеного вугілля легко роздавлюються і розти-

раються рукою на дрібні крихти. Дійсна густина землистого бурого вугілля коливаєть- ся від 1,2 до 1,35 · 103 кг/м3.

Щільне буре вугілля зустрічається у вигляді блискучих, матових і смужкуватих різновидів. Блискуче щільне буре вугілля містить, в порівнянні із землистим, менше вологи (7–12\%) і зовні має велику схожість з кам’яним вугіллям, унаслідок чорного ко- льору, характерного блиску і значної механічної міцності і твердості. Дійсна густина цього вугілля коливається в межах (1,25-1,30) · 103 кг/м3.

Кам’яне вугілля відрізняється від торфу і бурого вугілля більшою твердістю, завжди чорним кольором, меншою вологістю і більш високою дійсною густиною (dr  = (1,25–1,45) · 103 кг/м3) . Звичайно для кам’яного вугілля характерний більший або мен- ший ступінь блиску. Відповідно до цього розрізняють блискуче, напівблискуче, матове і сажу (або волоконне, що нагадує деревне вугілля).

Найчастіше в природі зустрічається напівблискуче (наприклад, средньо- карбонове вугілля Донбасу) і зовні неоднорідне, щільне, чорного або чорно-сірого ко- льору матове вугілля (наприклад, кам’яне вугілля Західного Донбасу). Рідше зустріча- ються однорідне блискуче кам’яне вугілля і сажа.

Для шматків і пластів кам’яного вугілля характерна смужкуватість, що виража- ється чергуванням блискучих, напівблискучих, матових смуг і сажі. Кам’яне вугілля вельми різноманітне за хімічною зрілістю. Навіть в межах одного і того ж басейну (на- приклад, у Донбасі і Кузбасі) з типів кам’яного вугілля можна скласти безперервний ряд (або гамму) вугілля в послідовності, відповідній зростанню хімічної зрілості. Так, окремі представники такого ряду кам’яного вугілля в Донбасі – від менш зрілих до більш зрілих – при використанні їх для промислових цілей отримали наступні на- йменування: довгополуменеве (марка Д), газове (марка Г), жирне (марка Ж), коксове (марка К), піснувато-спікливе (марка ПС) і пісне (марка П).

Безперервний ряд кам’яного вугілля (надалі такий ряд вугілля називатиметься метаморфічним від грецьк. метаморфоза – перетворення) закінчується пісним вугіл- лям. Далі – антрацит. Якщо за зовнішніми ознаками неважко відрізнити кам’яне вугіл- ля від антрациту, то не завжди вдається відрізнити менш зріле кам’яне вугілля від більш зрілого, а особливо близьких між собою (сусідніх в ряді) стадій вуглефікації. Проте це можливо, оскільки встановлені закономірності зміни властивостей кам’яного

вугілля у міру збільшення ступеня зрілості. Наприклад, у метаморфічному ряді вугілля зменшується (стає менш явною) смужкуватість, зростає ступінь блиску і збільшується дійсна густина.

Антрацити належать до найбільш зрілих гумітів. В порівнянні з кам’яним ву- гіллям, антрацити є найблискучішими і найбільш твердими утвореннями з дійсною густиною – (1,4 –1,7) · 103 кг/м3. Колір антрацитів сірувато-чорний, блиск металічний, з жовтим відтінком. Антрацити розрізняються за характером будови: масивні, грубо-, середньо- і дрібнозернисті. Типові антрацити виявляють деякі властивості, не характе- рні для кам’яного вугілля, наприклад, підвищену електропровідність. Антрацити – це не остання стадія перетворення гумітів. Вважається, що у відповідних умовах антрацит може через проміжні стадії перетворитися на графіт. У такому разі безперервний ряд гумітів )торф – буре вугілля – кам’яне вугілля – антрацит) закінчується графітом.

Між всіма типовими представниками в цьому ряді гумітів, на стиках, є перехід-

ні утворення з проміжними властивостями: між торфом і бурим вугіллям – поховані торфи, між бурим вугіллям і довгополуменевим кам’яним вугіллям – вугілля марки БД, між пісним кам’яним вугіллям і антрацитами – напівантрацит. Є перехідні утво- рення також між антрацитом і графітом (dr = 2,2 – 2,23 · 10 кг/м3). До них належать су- перантрацити, або графітисті антрацити (dr  = 1,75 – 1,9 · 10 кг/м3), які зустрічаються на Уралі. До перехідних утворень між суперантрацитом і графітом зараховують так звані антраксоліти, одним з представників яких є шунгіт. Малозольний різновид шунгіту (dr

= 1,84 – 1,98 · 103 кг/м3) є матеріалом чорного кольору, дуже твердим, з сильним блис- ком і синюватим відливом, на вигляд схожим на антрацит.

Горючі і вуглисті сланці. Під сланцями взагалі (як горючими, так і вуглистими) розуміють такі викопні матеріали, в яких разом з органічними речовинами міститься велика кількість мінеральних речовин (умовно понад 40\%). Термін «горючі сланці» прийнято поширювати на сланці з органічною масою (тобто з керогеном) лише сапро- пелевої природи. Високозольні ТГК з органічною масою гумусної природи називають звичайно «вуглистими сланцями». Слід враховувати, що за характером органічної маси в природі зустрічаються сланці як гумусного і сапропелевого, так і ліптобіолітового, а також змішаного походження.

Відмітною ознакою всіх горючих (і вуглистих) сланців у зв’язку з великою їх зо- льністю є висока дійсна густина (d > 2,0 · 103 кг/м3). Залежно від переважання в них мі- неральних речовин, сланці забарвлені в різний колір – темно-сірий, жовтий, коричне- вий і чорний. В грудках всі сланці є досить твердими і щільними утвореннями, що іноді розшаровуються на плитки. Горючі сланці, крім того, легко спалахують і горять полум’ям, що коптить.

Численними дослідженнями уточнена природа керогену різних родовищ го- рючих сланців, причому було встановлено, що ленінградські і естонські сланці нале- жать в основному до сапропелевих; волзькі горючі сланці за походженням виявилися змішаними з переважанням сапропелітових речовин над гумусними.

Вище були розглянуті найважливіші зовнішні ознаки, за допомогою яких можна відрізнити один тип ТГК від іншого і з більшою або меншою вірогідністю встановити його природу і стадію зрілості. Проте заснований тільки на зовнішніх особливостях ви- сновок про природу і зрілість вугілля, тобто про його місце в загальній систематиці ТГК, може бути помилковим або не зовсім відповідати дійсності. Тому для виявлення приро- ди і зрілості ТГК і визначення шляхів найраціональнішого їх використання необхідно застосовувати дані, одержані за допомогою інших методів дослідження (фізичних, хімі- чних), у тому числі і методів вугільної петрографії.