Основным направлением промышленного использования углей является энергетическое — сжигание в слоевых и факельных топках. В значительных масштабах спекающиеся каменные угли перерабатываются в металлургический кокс, в более ограниченном объеме угли поступают на полукоксование. При коксовании и полукоксовании углей получают также жидкие и газообразные продукты, являющиеся ценным химическим сырьем. Перспективно использование углей для получения синтетического газообразного и жидкого топлива, пластических масс, буроугольного воска, высокоуглеродистых конструкционных и углеграфитовых материалов, гуминовых удобрений, а также для других целей. Зола и шлак от сжигания углей, отходы их добычи и обогащения используют в производстве строительных материалов. Перспективным является получение из отходов коксования и полукоксования глинозема, раскислителей, керамических, огнеупорных и абразивных материалов и другой продукции.
Промышленному использованию углей предшествуют добыча горной массы, разделение угля на классы крупности (грохочение), обогащение с целью повышения содержания органического вещества, брикетирование — окускование мелких фракций и мягких углей, подсушка для удаления избыточной влаги. Запасы углей можно классифицировать по степени технологичности добычи (открытый или подземный способ, валовая или селективная добыча, разные системы разработки и т.п.), обогатимости, зольности, сернистости, фосфористости и т.д.
В зонах аэрации и активного воздействия подземных вод вблизи дневной поверхности угли подвергаются окислению. В результате окисления угли утрачивают прочностные свойства (вплоть до превращения в сажистое вещество), изменяются их химические и технологические свойства: возрастает содержание кислорода, влаги, зольность, снижаются содержание углерода и теплота сгорания, в каменных углях появляются гуминовые кислоты, спекающиеся угли утрачивают способность спекаться.
Мощность зоны окисления углей колеблется от 0 до 100 м в зависимости от характера современного и древнего рельефа, длительности процесса окисления, уровня грунтовых вод, климатических условий, петрографического состава и степени углефикации.
Параметры качества окисленных углей ряда бассейнов и месторождений указаны в государственных стандартах 2111-75, 14834-86, Р 50904-96. Метод установления границы зоны окисленных углей для условий Кузбасса приведен в ГОСТ 2111-75.
Параметры качества углей для различных направлений промышленного использования определены в государственных стандартах 7241-88, 7429-89, 8010-87, 8011-74, 8163-87, 8166-87, 8167-87, 9744-87, 10355-86, 10658-87, 19339-88, Р 50904-96, Р 51586-2000, Р 51587-2000, Р 51588-2000, Р 51591-2000, Р 51971-2002, Р 51972-2002, 288991-91, 288992-91, 288993-91.
В практике разведки угольные пласты (залежи) подразделяются по мощности на весьма тонкие (менее 0,7 м), тонкие (0,71-1,2 м), средней мощности (1,21-3,5 м), мощные (3,51-15,0 м) и весьма мощные (более 15 м). Для подземной разработки угля пласты разделяются на тонкие (до 1,2 м), средней мощности (1,2-4,5 м) и мощные (более 4,5 м). Для открытой разработки к тонким относят пласты мощностью до 2 м, к средним — от 2 м до 15-20 м (в зависимости от угла падения), к мощным — свыше 15-20 м.
Выделяют пласты (залежи) простого строения — без породных прослоев, сложного строения — при наличии одного-двух породных прослоев и очень сложного строения, когда пласты (залежи) представлены частым переслаиванием угольных слоев (пачек) и породных прослоев. Пласты (залежи) сложного и очень сложного строения, содержащие породные прослои, выдержанность и мощность которых позволяют вести селективную слоевую отработку, разделяются прослоями на части, рассматриваемые как самостоятельные объекты для подсчета запасов.
Угольные пласты в зависимости от их мощности и зольности разделяются на рабочие и нерабочие. Рабочим считается пласт, имеющий средневзвешенную зольность не больше, а мощность не меньше установленной кондициями для балансовых запасов угля данной марки конкретного месторождения.
Месторождения углей (горючих сланцев) различаются числом пластов, их мощностью и строением, качеством угля (сланца), изменчивостью этих параметров, а также особенностями залегания.
В связи со значительными размерами площадей непрерывного угле- или сланцеобразования разведка и освоение большинства бассейнов и крупных месторождений производятся последовательно на отдельных участках с запасами угля (сланца), в совокупности обеспечивающими работу нескольких горнодобывающих предприятий в геологически и технико-экономически обоснованных границах в течение расчетного срока эксплуатации. Ограниченные по площади и запасам месторождения разведываются и осваиваются как целостные объекты.
Угли залегают в виде пластов, пластообразных и линзовидных залежей. Площади непрерывного распространения угленосных толщ составляют от единиц до десятков тысяч квадратных километров. Мощности пластов и залежей достигают 200 м и более.
Углевмещающие толщи перекрываются или содержат самостоятельные пласты торфа, глин (нередко огнеупорных), песков, аргиллитов, алевролитов, песчаников, карбонатных, изверженных и горелых горных пород, которые могут иметь промышленное значение. Угленосные отложения обычно газоносны; среди газов преобладает метан. Метан газоугольных месторождений может являться объектом самостоятельной эксплуатации.
В практике разведки и промышленной оценки угольных (сланцевых) месторождений пласты тонкие и средней мощности подразделяются на три группы: выдержанные; на оцениваемой площади отклонения от среднего значения общей мощности для тонких пластов, как правило, не превышают 20 %, для пластов средней мощности 25 %, при этом для тонких пластов наименьшее значение должно превышать установленную кондициями минимальную мощность на величину возможной ошибки определения; участки с нерабочим значением мощности отсутствуют, строение пласта однородно, показатели качества угля (сланца) не имеют существенных отклонений от средних величин;
относительно выдержанные; на оцениваемой площади отклонения от среднего значения общей мощности для тонких пластов, как правило, не превышают 35 %, а для пластов средней мощности 50 %; установлены закономерности пространственного изменения морфологии пласта и качества угля (сланца);
невыдержанные, когда на площади оценки вследствие резкой изменчивости мощности или строения пластов и показателей качества угля (сланца), а для тонких пластов также вследствие близости их мощности к установленным кондициями пределам, пласт на многих локальных участках является нерабочим.
Степень выдержанности мощных и сверхмощных пластов (залежей) оценивается в каждом конкретном случае с учетом геологической изменчивости их мощности, морфологии и качества угля (сланца), а также намеченного способа отработки (валового или слоевого)*(1).
По величине углов падения выделяют пласты с горизонтальным (до 3°), пологим (до 18°), наклонным (19-35°), крутонаклонным (36-55°) и крутым (56-90°) залеганием.
Зоны резкого изменения углов падения пластов и крупные разрывные нарушения с амплитудами в десятки и более метров служат границами полей шахт (разрезов) и отдельных эксплуатационных блоков. По степени пораженности средними и мелкими разрывными нарушениями выделяются ненарушенные, слабонарушенные, нарушенные и сильно нарушенные месторождения (участки).
Технологические параметры углей