Каменные угли являются важнейшим видом ископаемого твердого топлива.

В состав горючей массы каменных углей входит от 75 до 90% углерода,

4— 6% водорода, от 2 до 16% кислорода, 0,7—2,5% азота, от 0,3 до 7% серы. Выход летучих веществ — от 9 до 50 % от веса горючей массы. Высшая теп­лота сгорания горючей массы каменных углей — от 7000 до 8600 ккал/кг. Высшая теплота сгорания влажного беззольного каменного угля — более 5700 ккал/кг. Молодые по химической зрелости каменные угли, близкие к бурым, и наиболее обуглероженные виды, примыкающие к полуант- рацитам, при термической обработке образуют порошкообразный неспе — кающийся кокс; промежуточные виды каменных углей образуют спекшийся кокс различной плотности.

В основу классификации каменных углей СССР положен выход летучих веществ из горючей массы угля — Vе (в % по объему). Для классификации неспекающихся и слабоспекающихся каменных углей дополнительно ис­пользуется характеристика нелетучего остатка, образующегося в тигле при определении выхода летучих веществ (порошкообразный, слипшийся, слабоспекшийся), а для классификации спекающихся каменных углей — толщина пластического слоя угля у (в лип), определяемая по методу члена — корреспондента АН СССР Л. М. Сапожникова и Л. П. Базилевича (ГОСТ — 1186-62). В табл. 58 приведена классификация углей Донецкого бассейна.

2. Уголь с выходом летучих веществ Уг <9%, но имеющий объемный выход летучих

>330 см*/г, относится к марке Т. При выходе летучих Уг от 9 до 17% уголь относится к мар­не Т непависимо от объемного выхода летучих веществ.

Ю. А. Жемчужников и А. И. Гинзбург [73] отмечают следующие свойства каменных клареновых углей различных марок.

Длиннопламенные угли (Д) — угли черного цвета, черта на фарфоровой пластинке темно-коричневая. По ряду свойств длиннопламенные угли при­ближаются к бурым, иногда в них отмечаются следы гуминовых кислот.

Газовые угли (Г)— угли черного цвета. Черта на фарфоровой пластинке черная с коричневым оттенком. Более хрупки, чем длиннопламенные. Кокс газовых углей спекшийся, сильно вспученный.

Паровично-жирные у&ли (ПШ) — угли интенсивно черного цвета. Черта на фарфоровой пластинке черная с едва заметным коричневым оттенком. Хрупкость повышенная. Кокс хорошо сплавленный, иногда довольно плот­ный, чаще умеренно вспученный.

Коксовые угли (К) — угли интенсивно черного цвета. Черта на фарфоро­вой пластинке черная. Хрупкость значительная. Кокс сплавленный, плот­ный и относительно прочный.

Паровично-спекающиеся угли (ПС) — угли черного цвета с едва заметным сероватым оттенком. Черта на фарфоровой пластинке черная. Относительно хрупкие.

Тощие угли — угли черного цвета, иногда с сероватым, а часто и со свое­образным синеватым оттенком. Черта на фарфоровой пластинке темно-серая. Более вязкие по сравнению с коксовыми углями. Кокс порошкообразный^

Усредненный и округленный состав органической массы каменных углей различных марок, а также некоторые теплотехнические характеристики их рабочей массы, обусловленные в основном составом органической массы и сравнительно мало зависящие от содержания в топливе минеральной массы, приведены в табл. 59.

Более подробные теплотехнические характеристики каменных углей раз­личных бассейнов и месторождений сведены в табл. 60—65.

Среднее содержание углерода в органической массе угля марки Д раз­личных бассейнов и месторождений составляет от 77 до 80%, водорода —

•большей частью от 5,2 до 6,2%, кислорода — 12—15%, азота — 1—2% (у кузнецких углей несколько больше 2%); теплота сгорания органической массы в калориметрической бомбе <2® = 7600 — 8000 ккал/кг-, выход летучих на горючую массу — 38—45 %.

Органическая масса длиннопламенных углей сорбирует больше влаги по сравнению с органической массой других более метаморфизированных каменных углей. В соответствии с этим среднее содержание влаги в рабочей массе длиннопламенных углей составляет 10—15%.

Жаропроизводительность длиппопламениых углей tmax при сгорании в воздухе, содержащем 1 % влаги по весу, равна 2030—2060° С; максимальная энтальпия сухих продуктов сгорания Р ^ 930—940 ккал/нм3; максималь­ное содержание ЬЮг в сухих продуктах сгорания ГЮ2тах — около 18,7— 19,0%; отношение объемов сухих и влажных продуктов полного сгорания в стехиометрических условиях (Ус°г. Уд = В) равно 0,89—0,90, т. е. не­сколько меньше, чем у каменных углей других марок.

Среднее содержание углерода в органической массе углей марки Г от 30 до 84%, т. е. оно выше, чем у длиннопламенных углей, а кислорода — от 8 до 12% при почти неизменном содержании водорода. В соответствии с этим средняя теплота сгорания органической массы газовых углей выше, чем длиппопламениых, а выход летучих веществ — несколько ниже.

Интересно отметить, что, несмотря на большее содержание углерода в органической массе газовых углей по сравнению с длиннопламенными, С02П1ах и ИОгтах в продуктах сгорания первых ниже. Это обусловлено тем, что повы­шение содержания углерода газовых углей не сопровождается сколько-ни­будь заметным снижением содержания водорода, а идет практически исклю­чительно за счет уменьшения содержания кислорода. В этих условиях, как это было показано в гл. IV, значение величины С02тах не возрастает, а уменьшается.

Уменьшение содержания кислорода в органической массе при переходе от длиннопламепных углей к газовым изменяет характер их органических соединений и снижает адсорбционную способность в отношении влаги. По­этому содержание влаги в газовых и более обуглероженных каменных углях в 2—3 раза меньше, чем в длиппопламениых. Жаропроизводительность газо­вых углей примерно на 20° выше, чем длиннопламенных.

Из табл. 59 видно, что увеличение содержания углерода в органической массе сопровождается резким снижением содержания кислорода. Так, со­держание кислорода в органической массе у тощих углей примерно в четыре раза ниже, чем у газовых, и в 5—6 раз ниже, чем у длиннопламенных углей. В соответствии с уменьшением содержания кислорода происходит повыше­ние теплоты сгорания органической массы углей за счет увеличения углерода. Одпако дальнейшее увеличение содержания углерода в органиче­ской массе (от тощих каменных углей к антрациту) сопровождается сниже­нием содержания не только кислорода, но и водорода, вследствие чего у наи­более обуглероженных видов ископаемых углей происходит некоторое сни­жение теплоты сгорания органической массы (например, у антрацита тепло­та сгорания на 300 ккал/кг ниже, чем у коксовых или тощих каменных углей, но на 450 ккал/кг выше, чем у длннпопламенных).

В соответствии с уменьшением содержания водорода возрастает также БОдтах в продуктах сгорания углей с 18,7 у газовых до 19,0 у тощих и 20,2 у антрацита.

По мере углефикации каменных углей выход летучих веществ системати­чески снижается, а величина В возрастает от 0,89 у длиннопламенных углей до 0,92 у тощих каменных углей и 0,95 у антрацита. По мере обуглерожива­ния каменных углей возрастает их истинный удельный вес. Так, по И. И. Аммосову, удельный вес кузнецких углей повышается от 1,20—1,26 у газовых до 1,26 —1,29 у коксовых и 1,32—1,35 у тощих. Насыпной вес каменных углей, используемых для коксования, равен 680—850 кг/м3.

При залегании угля в пластах может происходить его окисление, значи­тельно изменяющее состав и характеристики топлива. Т. А. Кухаренко — [60] отмечает, что при окислении каменных углей происходит образование различных гуминовых кислот, а затем низкомолекулярных кислот и газов. Окисленные угли характеризуются повышенным содержанием кислорода, пониженным содержанием горючих компонентов и снижением теплоты сго­рания.

Интенсивное окисление угля сопровождается повышением температуры. Разогрев угля в процессе окисления может привести к самовоспламенению — угольных пластов.

Пожары каменноугольных пластов, продолжающиеся иногда годами, привели Д. И. Менделеева к мысли о подземной газификации углей.

При хранении на воздухе реакционноспособных углей с высоким выхо­дом летучих веществ, т. е. бурых и молодых по химической зрелости камен­ных углей, может происходить далеко идущий процесс окисления, резко снижающий качество угля. Окисление угля усиливается с увеличением по­верхности его соприкосновения с воздухом (наиболее интенсивное окисление происходит при хранении несортированного угля, содержащего мелкие фракции). Угли, склонные к окислению, не пригодны для длительного хра­нения.

Каменные угли используют в основном в двух направлениях: для произ­водства кокса и в качестве энергетического топлива (для сжигания в топках).

Из 104 млн. т каменного угля, добытого в стране в 1940 г., около — 35 млн. т., или 34%, составили угли для коксования.

В 1968_г. добыча каменного угля достигла 379 млн. т. Из них 154 млн. т, или — 40%, приходится на угли для коксования. Добыча углей для кок­сования в 1968 г. значительно превысила добычу в стране всех каменных уг­лей в 1940 г.

Для производства металлургического кокса идут в основном каменные уг­ли, залегающие в большинстве случаев на значительной глубине, обуслов­ливающей необходимость шахтной добычи, связанной с крупными капитало­вложениями и большими эксплуатационными расходами.

Энергетические каменные угли в зависимости от условий залегания уголь­ных пластов добывают в шахтах или разрезах.

Характер добычи, качество угля, его пригодность для коксования, рас­стояние до мест потребления определяют народнохозяйственную эффектив­ность развития различных бассейнов и месторождений каменного угля.

Каменный уголь добывают в ряде бассейнов и месторождений, располо­женных от западных границ СССР до о. Сахалин.

По запасам каменного угля СССР занимает первое место в мире. Наибо­лее крупные угольные бассейны расположены в Сибири. Для Европейской-

Части страны особое значение имеет Донецкий бассейн.