твёрдые горючие полезные ископаемые осадочного происхождения. В состав У. и. входят: органическое вещество - продукт преобразования высших и низших растений с участием микроорганизмов планктона, минеральные примеси (условно не более 50\%) и влага.

У. и. залегают в земной коре в виде пластов, пластообразных и линзовидных залежей, имеют землистую, массивную, слоистую или зернистую текстуру; цвет от коричневого до чёрного.

I. Общие сведения

У. и. - один из основных видов энергетического сырья; доля их участия в мировом топливно-энергетическом балансе 30-35\%. С 1950 по 1974 мировая добыча У. и. увеличилась в 1,7 раза, превысив 3 млрд, т.

У. и. составляют основную часть (87,5\%) прогнозных ресурсов ископаемого топлива Земли, оцениваемых величиной 12,8 триллиона т топлива условного (См. Топливо условное) (тут). СССР обладает крупнейшими ресурсами У. и.; разведанные и прогнозные геологические запасы У. и., отвечающие современным требованиям по качеству и мощности разрабатываемых пластов, составляют 5,7 триллиона т (1968), или 4,6 триллиона тут.

Основные направления промышленного использования У. и.: производство электроэнергии, металлургического кокса, сжигание в энергетических целях, получение при химической переработке разнообразных (до 300 наименований) продуктов. Возрастает потребление У. и. для получения высокоуглеродистых углеграфитовых конструкционных материалов, горного воска, пластических масс, синтетического жидкого и газообразного высококалорийного топлива, ароматических продуктов путём гидрогенизации, высокоазотистых гуминовых кислот для удобрений. Из У. и. извлекаются германий, галий (см. Рассеянных элементов руды). Перспективно извлечение серы из У. и., использование высокоглинозёмистых зол и отходов обогащения для производства алюминия, в качестве керамического и огнеупорного сырья, строительных материалов, средства очистки промышленных сточных вод. Возможное использование У. и. в промышленности определяется их составом и свойствами, характеризующимися большим разнообразием - следствием различий в исходном материале и условиях его преобразования.

II. Происхождение, состав и свойства

По составу основного компонента - органического вещества - У. и. подразделяются на 3 генетические группы: гумолиты (гумусовые угли), Сапропелиты и сапрогумолиты. Преобладают гумолиты, исходным материалом которых явились остатки высших наземных растений. Отложение их происходило преимущественно в болотах, занимавших низменные побережья морей, заливов, лагун, пресноводных бассейнов (озёр и рек) - автохтонное накопление; более ограниченным было отложение при сносе с прилегающих участков суши в застойные водные бассейны растительного материала и продуктов его преобразования - аллохтонное накопление. Накапливавшийся растительный материал в результате биохимического разложения перерабатывался в Торф; при этом значительное влияние оказывали обводнённость и химический состав водной среды. Анаэробные (в водной среде) условия приводили к гелификации органического материала - основы образования блестящих - витринитовых, или гелинитовых, углей; аэробные условия и окислительная среда способствовали фюзенизации тканей - образованию волокнистых и сажистых фюзинитовых углей. Элювиация - вымывание проточными водами продуктов окисления лигнино-целлюлозных тканей - сопровождалась обогащением органической массы остатками наиболее устойчивых частей растений (оболочками спор, кутикулой, смоляными тельцами, пробковой тканью коры и т.п.), характерных для матовых лейптинитовых углей. Угли, сложенные почти полностью стойкими форменными элементами (растительными остатками, сохранившими своё строение и очертания), выделяются в особую группу - липтобиолиты (см. Каустобиолиты).

Сапропелиты (сапропелевые угли) - продукт преобразования низших растений и микроорганизмов планктона, накапливавшихся в органогенном иле озёр и морских лагун. На равных стадиях преобразования органического вещества сапропелиты отличаются от гумолитов более высоким выходом летучих веществ (60-80\%) и содержанием водорода (8- 12\%).

Сапрогумолиты - переходная разность У. и., продукт преобразования высших, а также низших растений. Сапропелиты и сапрогумолиты обычно залегают в виде прослоев и линз среди гумусовых углей. Высокозольные разности сапропелитов называют горючими сланцами (См. Горючие сланцы); они нередко образуют самостоятельные бассейны (например, Прибалтийский сланцевый бассейн) и месторождения.

Минеральные примеси находятся либо в тонкодисперсном состоянии в органической массе, либо в виде тончайших прослоек и линз, а также кристаллов и конкреций. Источником минеральных примесей в У. и. могут быть: неорганические составные части растений-углеобразователей; терригенный материал, приносимый в области торфообразования водой и ветром, а также минеральные новообразования, выпадающие из растворов вод, циркулирующих в торфяниках. Состав минеральных примесей - кварц, глинистые минералы (главным образом каолиниты), полевые шпаты, пирит, марказит, карбонаты и др. соединения, содержащие Si, Al, Fe, Ca, Mg, К, Na, Ti, редкие и рассеянные элементы (U, Ge, Ga, V и др.). Содержание минеральных примесей изменяется в широких пределах; большая часть из них при сжигании У. и. превращается в золу.

Различия в исходном материале, степени обводнённости торфяников, химическом составе среды и фациальных обстановках осадко- и торфонакопления, обусловливающие направленность и интенсивность протекания окислительных и восстановительных микробиологических процессов, создали в торфяной стадии основу для образования различных генетических типов У. и. (см. Углепетрография). Торфообразование и торфонакопление завершались перекрытием торфяника осадками, образующими породы кровли. Происходившие при относительно невысоких температурах и давлении диагенетические (уплотнение, дегидратация осадков, газовыделение) и биохимические процессы восстановительного характера приводили к превращению торфа в Бурый уголь. У. и., включающие слабо разложившиеся древесные остатки, сцементированные землистым углём, называемые лигнитами.

Бурые угли - одна из разновидностей У. и. - имеют широкое распространение. Доля запасов бурых углей и лигнитов в мировых запасах У. и.- 42\%. Неглубокое залегание и большая мощность угольных пластов позволяют широко применять открытый способ разработки, экономические и технические преимущества которого во многом компенсируют относительно низкое качество сырья.

В результате длительного воздействия повышенных температур и давления бурые угли преобразуются в каменные угли (См. Каменный уголь), а последние - в Антрациты. Необратимый процесс постепенного изменения химического состава (прежде всего в направлении обуглероживания), физических и технологических свойств органического вещества в преобразованиях от торфа до антрацита называются углефикацией. Углефикация на стадиях превращения бурых углей в каменные и последних в антрациты, обусловленная происходящими в земной коре процессами, носит название метаморфизма углей. Выделяют 3 основных вида метаморфизма углей: региональный, вызванный воздействием внутренней теплоты Земли и давления перекрывающей толщи пород при погружении У. и. в глубь земной коры; термальный - под влиянием тепла, выделяемого магматическими телами, перекрывшими или внедрившимися в угленосную толщу, либо в подстилающие её отложения; контактовый - под воздействием тепла изверженных пород, внедрившихся в угольные пласты или пересекших их непосредственно; проблематично признаётся возможным метаморфизм углей за счёт повышения температур в областях проявления тектонических сжимающих и скалывающих) усилий - динамометаморфизма.

Структурно-молекулярная перестройка органического вещества при метаморфизме углей сопровождается последовательным повышением в них относительного содержания углерода, снижением содержания кислорода, выхода летучих веществ; в определённых закономерностях с экстремальными значениями на средних стадиях углефикации изменяются содержание водорода, теплота сгорания, твёрдость, плотность, хрупкость, оптические, электрические и др. физические свойства У. и. (рис. 1). Для определения этих стадий используются: выход летучих веществ V ^Г, содержание углерода, микротвёрдость и др. особенности химического состава и физических свойств углей. Наиболее эффективен метоä îïðåäåëåíèÿ ñòàäèè óãëåôèêàöèè ïî îòðàæàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè âèòðèíèòà (r).

Каменные угли на средних стадиях метаморфизма приобретают спекающие свойства - способность гелифицированных и липоидных компонентов органического вещества переходить при нагревании в определённых условиях в пластического состояние и образовывать пористый монолит - Кокс. Относительное количество запасов У. и. с высокой спекающейся способностью составляет 10-15\% от общих запасов каменных углей, что связано с более высокой интенсивностью преобразования органических вещества на средних стадиях метаморфизма. Спекающиеся угли возникают при температурах примерно от 130 до 160-180 °С при общем диапазоне температур, обусловливающих протекание метаморфизма У. и., от 70-90 °С для длиннопламенных углей до 300-350 °С для антрацитов. Наиболее высококачественные спекающиеся угли формировались в бассейнах, испытавших региональный метаморфизм при глубоком погружении угленосной толщи. При термальном и контактовом метаморфизме в связи с резким изменением температур и невысоким давлением преобразование органического вещества протекает неравномерно и качество углей отличается невыдержанностью технологических свойств. Породы угленосных формаций наряду с метаморфизмом углей испытывают катагенетические преобразования (см. Катагенез).

В зонах аэрации и активного действия подземных вод вблизи поверхности Земли У. и. подвергаются окислению. По своему воздействию на химический состав и физические свойства У. и. окисление имеет обратную направленность по сравнению с метаморфизмом: У. п. утрачивают прочностные свойства (до превращения их в сажистое вещество) и спекаемость; в них возрастает относительное содержание кислорода, снижается количество углерода, увеличиваются влажность и зольность, резко снижается теплота сгорания. Глубина окисления У. и. в зависимости от современного и древнего рельефа, положения зеркала грунтовых вод, характера климатических условий, вещественного состава и метаморфизма углей колеблется от 0 до 100 м по вертикали.

Различия в вещественном составе и степени метаморфизма обусловили большую дифференциацию технологических свойств У. и. Для установления рационального направления промышленного использования У. и. подразделяются на марки и технологические группы; в основу такого подразделения положены параметры, характеризующие поведение У. и. в процессе термического воздействия на них (см. табл.). Границей между бурыми и каменными углями принята высшая теплота сгорания рабочей массы беззольного угля, равная 5700 ккал/кг (23,86 Мдж).

Ведущий показатель при использовании У. и. в энергетических целях - низшая теплота сгорания - в пересчёте на рабочее топливо (Q^п_н) колеблется в пределах (ккал/кг): 2000-5000 (8,372-20,930 Мдж) для бурых, 4100-6900 (17,162 - 28,893 Мдж) для каменных углей и 5700-6400 (23,86-26,79 Мдж) для антрацитов. Пониженная величина этого показателя у бурых углей объясняется низкой степенью углефикации органического вещества, слабой уплотнённостью материала и, соответственно, высокой их естественной влажностью, изменяющейся в пределах 15-58\%. По содержанию рабочей влаги (W ^p) бурые угли подразделяются на технологические группы: Б1 с W^p > 40\%, Б2 с W^p 30-40\% и Б3 с W^p < 30\%.

В основу промышленной маркировки каменных углей положены показатели, характеризующие результаты их высокотемпературной сухой перегонки (коксования): выход летучих веществ, образующихся при разложении органической массы (частично неорганического материала - сульфидов, карбонатов, гидратированных минералов), и характеристика беззольного горючего остатка - кокса по спекаемости. Весовой выход летучих веществ (V^Г) из У. и, последовательно снижается с повышением степени углефикации от 45 до 8\% у каменных углей и до 8-2\% у антрацитов.

В СССР спекаемость У. и. определяется в лабораторном аппарате пластометрическим методом, предложенным в 1932 советскими учёными Л. М. Сапожниковым и Л. П. Базилевич, по толщине образующегося при нагревании пластического слоя (у) с учётом усадки (х), выраженных в мм. Наибольшей спекающей способностью характеризуются каменные угли средних стадий углефикации с толщиной пластического слоя 10-35 мм (марок К и Ж). С понижением и увеличением степени метаморфизма спекаемость У. и. снижается. Угли марок Д и Т характеризуются слабоспекшимся порошкообразным нелетучим остатком. В таблице приведены величины основных показателей качества углей на различных стадиях углефикации применительно к маркам, употребляемым в СССР.

Основные показатели качества углей марочного состава

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| | Буквен- | Средние величины показателей для | Отражательная | |

| | ное | углей, состоящих преимущественно из | способность | |

| | обоз- | витринита | витринита в | |

| Марки угля | начение |-----------------------------------------------------------------| масляной |------------------------ |

| | марок | Выход лету- | содержание | теплота | иммерсии R °, | |

| | | чих веществ | углерода С^г, | сгорания Q^г_б | | |

| | | V^г, \% | \% | , ккал/кг | \% | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| |

| Бурые | Б | 41 и более | 76 и менее | 6900-7500 | 0,30-0,49 | |

| ДлнннопламенныеГазовые | Д | 39 и более | 76 | 7500-8000 | 0,50-0,64 | |

| Жирные | Г | 36 | 83 | 7900-8600 | 0,65-0,84 | |

| Коксовые | Ж | 30 | 86 | 8300-8700 | 0,85-1,14 | |

| Отощённо-спекаю- | К | 20 | 88 | 8400-8700 | 1,15-1,74 | |

| щиеся | ОС | 15 | 89 | 8450-8780 | 1,75-2,04 | |

| Тощие | Т | 12 | 90 | 7300-8750 | 2,05-2,49 | |

| Антрациты | А | менее 8 | 91 и более | 8100-8750 | 2,50-6,00 | |

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Кроме указанных в таблице, в некоторых бассейнах выделяются промежуточные марки: газовые жирные (ГЖ), коксовые жирные (КЖ), коксовые вторые (K₂), слабоспекающиеся (СС). Угли марок Г, ГЖ, Ж, КЖ, К и ОС подразделяются на технологические группы по спекающей способности; для указания технологической группы к буквенному обозначению марки прибавляется цифра, указывающая низшее значение толщины пластического слоя (у) в данных углях, например Г6, Г17, КЖ14 и т.п. Для углей конкретных бассейнов величины классификационных показателей (V^Г и у) регламентируются ГОСТом. Для получения металлургического кокса используется смесь различных марок углей - шихта, основным компонентом которой являются угли с высокими спекающими свойствами.

Подразделение У. и. на бурые, каменные и антрациты принято в большинстве стран Европы (в некоторых - с выделением дополнительно лигнитов). В основу принятой в 1956 Европейской экономической комиссией ООН Международной системы классификации каменных углей также положены выход летучих веществ (V^Г) для углей с V^Г > 33\% - высшая теплота сгорания влажной беззольной массы (Q^в_безз), спекающая способность и коксуемость. Тип угля обозначается кодовым трёхзначным номером, первая цифра которого указывает класс угля (по V^Г или Q^в_безз), вторая - группу (по спекающей способности, определённой методом Рога или индексом вспучивания в тигле), третья - подгруппу (по коксуемости, определённой методами Одибер-Арну или Грей-Кинга). В США и некоторых др. странах У. и. подразделяются на лигниты, суббитуминозные, битуминозные угли и антрациты; классификационными параметрами приняты: для лигнитов, суббитуминозных и битуминозных (с высоким V^Г >31\%) углей - теплота сгорания беззольной массы, для битуминозных с V^Г < 31\% и антрацитов - выход летучих веществ и содержание связанного углерода.

Маркировка углей, отражая комплекс определённых технологических свойств разновидностей У. и., используется как основной критерий в практике промышленного использования углей. Для конкретных направлений потребления устанавливаются дополнительные технические требования. Резкое снижение теплового эффекта сгорания У. и. и экономических показателей их использования за счёт балласта (золы и влаги) определяет необходимость брикетирования углей с высокой естественной влажностью и предварительного обогащения высокозольных углей (см. Обогащение полезных ископаемых). Предельная зольность У. и., направляемых на слоевое сжигание, не должна превышать 20-37\%, на пылевидное сжигание - 45\%.

Для коксования используются малозольные (обогащенные) спекающиеся каменные угли, в которых лимитируется содержание серы и фосфора. Для полукоксования, газификации, получения жидкого топлива, горного воска и др. направлений потребления нормируются спекаемость, сернистость, зольность, кусковатость, термическая стойкость, содержание смол, битумов и др. показатели качества.

III. Основные закономерности угленакопления

Углеобразование - один из региональных геологических процессов, протекавший и возобновлявшийся при благоприятном сочетании тектонических, климатических, геоморфологических, фитоценологических и др. факторов. Крупные эпохи углеобразования приурочены к периодам медленных колебательных движений земной коры на фоне общего длительного погружения крупных областей и участков. Для углеобразования существенное значение имели возникновение в нижнем палеозое наземной растительности и её эволюция в последующей истории Земли. Наличие в осадочных толщах гумусовых углей отмечается с силура, а угленакопление промышленного значения - с девона. Получившие в среднем палеозое развитие влаголюбивые папоротникообразные растения ограничивали размещение областей угленакопления приморскими (или постепенно терявшими связь с морем) равнинами - Паралический тип углеобразования. С последующей эволюцией растительных форм и расселением их на суше связано перемещение областей углеобразования в глубь материков; преобладающее развитие получил Лимнический тип углеобразования.

В познание процессов углеобразования, закономерностей пространственного распределения запасов У. и. и др. проблем геологии углей большой вклад внесён русскими и советскими геологами. Первыми специалистами по геологии угольных бассейнов были Л. И. Лутугин и его ученики - В. И. Яворский, П. И. Степанов, А. А. Гапеев и др.; кроме того, большие работы были проведены М. А. Усовым, Ю. А. Жемчужниковым, И. И. Горским, Г. А. Ивановым, М. М. Пригоровским, А. К. Матвеевым, Г. Ф. Крашенинниковым и др. Развитие учения о геологии угля в зарубежных странах связано с именами немецких (Г. Потонье, К. Науман, М. и Р. Тейхмюллеры, Э. Штах и др.), английских (М. Стопе, К. Маршалл, У. Фрэнсис и др.), американских (Р. Тиссен, Д. Уайт и др.), голландских (Д. Кревелен), чешских (В. Гавлена) учёных и др.

Анализ стратиграфического и палеогеографического распределения масс У. и. на Земле лег в основу разработанной в 1937 П. И. Степановым теории поясов и узлов углеобразования. Им установлена определённая закономерность в размещении одновозрастных угольных районов и бассейнов в виде поясов широтного или субмеридионального направления, которые были приурочены к зонам земной поверхности с палеоклиматическими и геотектоническими условиями, благоприятными для накопления угольной массы. На основании стратиграфического распределения учтенных запасов У. и. П. И. Степанов выделил два максимума углеобразования - в верхнем карбоне - перми и в палеогене - неогене, а также высказал предположение о наличии третьего - в юрско-нижнемеловое время. Последующие исследования подтвердили эти закономерности. Стратиграфическое распределение учтенных мировых геологических запасов углей по состоянию на 1970 (14 триллионов т) приведено на (рис. 2). В СССР основные запасы У. и. сосредоточены в бассейнах пермского (48,5\%) и юрско-мелового (39\%) возрастов.

Углеобразование является одним из региональных геологических процессов, проявившихся на территории всех континентов (рис. 3). Площади непрерывного распространения угленосных формаций (см. Формация (См. Формации) геологическая) колеблются от нескольких до сотен тыс. км; мощности - от десятков м до 20 км, число заключённых в них пластов угля - от единиц до нескольких сотен. Согласно современным представлениям, все основные черты угленосных формаций - их мощность, пространственная изменчивость состава и строения, взаимоотношение с вмещающими породами, количественная и качественная характеристика угленосности, метаморфизм углей, тектоника и др.- определяются характером и интенсивностью колебательных движений земной коры, в тесной взаимосвязи с историей структурного развития и палеогеографией. Так, для угленосных формаций, приуроченных к краевым прогибам, унаследованным и наложенным крупным впадинам на складчатом основании (см. Тектонические прогибы), характерны большая мощность формаций; зональность их тектонического строения (от сильно дислоцированных структур по границе с орогенными областями к спокойным в центральной и приплатформенной частях бассейна), многопластовость, горизонтальная и вертикальная зональность в проявлении регионального метаморфизма углей, широкий диапазон их марочного состава (от бурых до антрацитов). В СССР с этими формациями связаны бассейны, обеспечивающие сырьём коксохимическую промышленность: Донецкий, Кузнецкий, Карагандинский и Печорский.

Крупные по масштабам процессы углеобразования приурочены к платформенным областям. В угленосных формациях, связанных с посторогенными (Челябинский и Тургайский бассейны), унаследованными и наложенными впадинами (Канско-Ачинский, Майкюбенский и Южно-Уральский бассейны) часто накапливались мощные угольные пласты. К платформенным Синеклизам приурочены маломощные угленосные формации с невысокой угленосностью (Подмосковный и Иркутский бассейны). Степень углефикации углей платформенных формаций невысокая, преобладают угли бурые и каменные марок Д и Г. В орогенных областях углеобразование проявилось слабо, на локальных площадях, где создались благоприятные для континентального осадконакопления условия. Из-за сложной тектоники такие месторождения имеют очень ограниченное промышленное значение

IV. Морфология угольных пластов и условия их залегания

Подавляющему большинству угленосных формаций свойствен пластовый характер залегания У. и. между почти параллельными напластованиями вмещающих пород на обширных площадях, при небольшой по сравнению с площадью распространения мощности. В прибрежно-морских и прибрежно-бассейновых (лагунной, дельтовой) обстановках осадконакопления, характерных для угленосных формаций, приуроченных к переходным (от орогенных к платформенным) областям, угольные пласты формировались на огромных площадях, измеряемых сотнями км². Мощность отдельных пластов - от см до нескольких м, при относительно высокой выдержанности морфологических черт. Свойственная платформенным областям внутриконтинентальная (озёрная, озёрно-болотная, речная) обстановка осадконакопления обусловила более ограниченное по площади распространение пластов, во многих случаях их линзовидную форму. Мощность многих угольных залежей достигает здесь на значительных площадях десятков, в единичных случаях - сотен м. В практике промышленной оценки принято разделять угольные пласты: по мощности - на весьма тонкие (до 0,5 м), тонкие (0,5-1,3 м), средней мощности (1,3-3,5 м), мощные (3,5-15 м) и весьма мощные (более 15 м); по выдержанности морфологии и качества угля - на выдержанные, относительно выдержанные и невыдержанные. На выдержанности морфологии угольных пластов, оцениваемой обычно на площадях в несколько км², отражается прежде всего региональное и локальное расщепление - результат прерывистых дифференцированных погружений дна бассейна, неравномерного сноса песчано-глинистого материала, колебаний уровня вод и др. Изменение мощностей пластов обусловливается также неровностями ложа торфяника и размывами как в процессе накопления, так и после захоронения торфяников и углей овражно-речной сетью или морской трансгрессией. Сохранность угольных пластов нарушается в ряде случаев процессами карстообразования в подстилающих угленосную толщу отложениях, выгоранием пластов, возникшим в результате окисления угля атмосферным воздухом, воздействием тектонических подвижек, приводящим к пережимам и раздувам, а также ассимиляцией угля изверженными породами, внедрившимися в угленосную толщу. Залегание угольных пластов также характеризуется большим разнообразием. Лишь в некоторых бассейнах и месторождениях платформенной группы угольные пласты характеризуются слабоволнистым, почти горизонтальным ненарушенным залеганием. В большей же части угленосные образования подверглись складкообразованию, сопровождавшемуся разрывными нарушениями (рис. 4). В практике разведки и эксплуатации условия залегания угольных пластов оцениваются для локальных участков крупных бассейнов и месторождений с запасами угля, обеспечивающими работу шахты (углеразреза). В масштабе шахтных (карьерных) полей ведущими структурными формами являются: моноклинали - крылья пологих синеклиз и антеклиз платформ, а также крылья и замковые части крупных синклиналей и антиклиналей; ограниченные по размерам брахискладки и участки с сопряжением различных складчатых форм более мелких порядков. Сопровождающие складчатость и наложенные разрывные нарушения создают блоковый характер залегания угольных пластов с размерами обособленных блоков от несколько км² до мелкоблочных и чешуйчатых форм. Применительно к действующим принципам геологопромышленной оценки угольные месторождения и угленосные площади по степени сложности геологического строения подразделяются с учётом выдержанности морфологии угольных пластов и качества угля, а также характера проявления тектоники на три группы. К первой группе относятся месторождения (участки) простого строения с выдержанными мощностями основных рабочих пластов и качеством углей, ненарушенным или слабонарушенным залеганием; ко второй - месторождения (участки) сложного строения с изменчивой мощностью и строением большей части угольных пластов либо с невыдержанным качеством углей, а также угленосные площади, на которых при выдержанной морфологии основных пластов залегание последних - сложно складчатое или интенсивно нарушено разрывами; третью группу составляют месторождения (участки) очень сложного строения, интенсивно нарушенные складчатостью и разрывами, мелкоблочным залеганием или сложной изменчивой морфологией угольных пластов. Приведённая группировка используется при проектировании геологоразведочных работ, подсчёте запасов углей и планировании строительства угледобывающих предприятий. См. также Угольная промышленность, Подземная разработка полезных ископаемых.

Лит.: Потонье Г., Происхождение каменного угля и других каустобиолитов, Л. - М. - Грозный - Новосибирск, 1934; Жемчужников Ю. А., Общая геология ископаемых углей, 2 изд., М., 1948; Крашенинников Г. Ф., Условия накопления угленосных формаций СССР, М., 1957; Матвеев А. К., Геология угольных бассейнов и месторождений СССР, М., 1960; Иванов Г. А., Угленосные формации, Л., 1967; Миронов К. В., Геологические основы разведки угольных месторождений, М., 1973; Метаморфизм углей и эпигенез вмещающих пород, М., 1975; Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР, т. 1-11, М., 1962-73; Haviena V., Geologic uhelnу́ch ložisek, sv. 1-3, Praha, 1963-65: Francis W., Coal: its formation and composition, 2 ed., L.. 1961; Krevelen D. W. van, Coal, Arnst., 1961.

К. В. Миронов.

Рис. 1. Изменение рабочей влажности (W^p), теплоты сгорания (Q^г_б), содержания углерода (C^r), выхода летучих веществ (V^r) и отражательной способности витринита (R) с повышением степени углефикации углей (по И. В. Ерёмину, Э. М. Паху).

Главные угольные бассейны и месторождения.

Рис. 2. Распределение учтённых (по состоянию на 1970) мировых запасов ископаемых углей по геологическому возрасту (по А. К. Матвееву) (в \%): 1 - девон; 2 - карбон; 3 - пермь; 4 - триас; 5 - юра; 6 - мел; 7 - палеоген - неоген.

Рис. 3. Распределение учтенных (по состоянию на 1970) мировых запасов углей по континентам: 1 - Европа; 2 - Азия; 3 - Северная Америка; 4 - Южная Америка; 5 - Африка; 6 - Австралия.

Рис. 4. Примеры месторождений с различной сложностью тектоники: а - Итатское, Канско-Ачинский бассейн; б - Саранский участок, Карагандинский бассейн; в - Алмазно-Марьевский район, Донбасс; г - Бачатский район, Кузбасс. 1 - угольные пласты; 2 - зоны выгорания угля; 3 - разрывные нарушения; 4 - скважины.

горючая осадочная порода органического (растительного) происхождения, состоящая из углерода, водорода, кислорода, азота и других второстепенных компонентов. Цвет варьирует от светло-коричневого до черного, блеск - от матового до яркого блестящего. Обычно четко выражена слоистость, или полосчатость, которая обусловливает его раскалывание на блоки или таблитчатые массы. Плотность угля от менее 1 до 1,7 г/см3 в зависимости от степени изменения и уплотнения, которое он претерпел в процессе углеобразования, а также от содержания минеральных составляющих.

Углеобразование. Начиная с девонского периода в древних торфяных болотах в анаэробных условиях (в восстановительной среде без доступа кислорода) накапливалось и консервировалось органическое вещество (торф), из которого формировались ископаемые угли. Первичная торфяная залежь состояла из массы тканей растений от полностью разложившихся (гелефицированных) до хорошо сохранивших свое клеточное строение. В аэробных условиях при воздействии на остатки растений обогащенных кислородом вод или на контакте с атмосферой происходило полное окисление (разложение) органического вещества с выделением диоксида углерода и легких углеводородов (метана, этана и др.), не сопровождавшееся торфообразованием.

Превращение торфа в ископаемый уголь, называемое углефикацией, происходило в течение многих миллионов лет и сопровождалось концентрацией углерода и уменьшением содержания трех основных углеобразующих элементов - кислорода, азота и водорода. Главными факторами углефикации являются температура, давление и время. В России принято выделять следующие стадии углефикации: буроугольную (с ранней подстадией - лигнитовой), каменноугольную, антрацитовую и графитовую. При этом шло последовательное образование бурых углей, каменных углей, антрацита и графита. В США, Канаде, Германии, Великобритании и многих других странах принято считать, что в процессе углефикации из торфа образуются лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрацит и графит (что не противоречит российской классификации).

Современное торфообразование происходит в разных масштабах в пределах всех материков, кроме Антарктиды. Крупные торфяники известны на территории Канады, России, Ирландии, Шотландии и других стран.

Углеобразование, имевшее место в прошлые эпохи, различалось по интенсивности, а также условиям формирования первичных торфяников. Как и ныне, в древности торф накапливался и во внутренних частях континентов, и на их окраинах. Большую роль при этом играли климатический и тектонический факторы. Интенсивное углеобразование происходило в эпохи с теплым и влажным климатом, каменноугольную, пермскую, юрскую, палеогеновую и неогеновую, а слабое - в девонскую и триасовую. Тектонические пульсационные колебания окраин материков сопровождались накоплением угленосных толщ мощностью в несколько километров, включающих до 200-300 угольных пластов и пропластков. Во время морских трансгрессий торфяные болота затапливались, и поверх торфа отлагались смываемые с прилегающих более высоких участков суши осадки разного механического состава. Затем во время морской регрессии в условиях погружения суши болотообразование возобновлялось и накапливался торф. В результате многократного повторения этих процессов сформировались слоистые осадочные толщи. Мощность таких угленосных толщ колеблется от нескольких десятков метров до 3000 м и более (например, в Аппалачском бассейне свыше 2000 м, Рурском - 2500-3000 м, Верхнесилезском - 2500-6000 м, Донецком - до 18 000 м).

Возраст угля. Изучение сохранившихся в углях остатков растений позволило проследить эволюцию углеобразования - от более древних угольных пластов, образованных низшими растениями, до молодых углей и современных торфяных залежей, характеризующихся большим разнообразием высших растений-торфообразователей. Возраст угольного пласта и связанных с ним пород определяют путем определения видового состава остатков содержащихся в угле растений.

Самые древние угольные залежи образовались в девонский период, примерно 350 млн. лет назад. Наиболее интенсивное углеобразование происходило в интервале от 345 до 280 млн. лет назад, и поэтому этот период был назван каменноугольным. К нему относится бльшая часть угленосных бассейнов на востоке и в центральных районах США, в Западной и Восточной Европе, Китае, Индии и Южной Африке. В пермский период (280-235 млн. лет) интенсивное углеобразование происходило в Евразии (угольные бассейны Южного Китая, Кузнецкий и Печорский - в России). Мелкие месторождения угля в Европе сформировались в триасовый период. Новый всплеск интенсивности углеобразования пришелся на начало юрского периода (185-132 млн. лет). Примерно 100-65 млн. лет назад, в меловой период, сформировались угольные месторождения Скалистых гор США, Восточной Европы, Центральной Азии и Индокитая. В третичный период, примерно 50 млн. лет назад и позднее, возникли месторождения в основном бурых углей в различных районах США (на севере Великих равнин, севере Тихоокеанского побережья и в прибрежных районах Мексиканского залива), в Японии, Новой Зеландии и Южной Америке, а также в Западной Европе. В Европе и Северной Америке образование торфа происходило в теплые межледниковые периоды и в послеледниковье.

Условия залегания. В результате движений земной коры, в ходе которых происходила смена относительного положения суши и моря, мощные толщи угленосных пород испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части толщи (антиклинали) разрушались за счет эрозии, а опущенные (синклинали) сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на глубине не менее 900 м от поверхности. Например, в США в Скалистых горах и на севере Тихоокеанского побережья угленосные отложения залегают в основном на глубинах 1200-1850 м и в исключительных случаях достигают глубины 6100 м. В Великобритании, Бельгии, Германии, на Украине и в России (Донбасс) уголь в некоторых местах добывается с глубины более 1200 м. Угольные пласты, продолжающиеся на глубину 5-8 км, в настоящее время разрабатывать нерентабельно.

Угольные пласты. Мощность отдельных угольных пластов колеблется от 10 см до 240 м (как, например, в штате Виктория в Австралии). Пласты мощностью 120 м встречаются в Китае; 60 м - в США (шт. Вайоминг) и Германии; 30 м - в США (шт. Вайоминг), Канаде (провинция Британская Колумбия) и других районах. Такие мощные пласты обычно занимают небольшую площадь. Чаще всего встречаются пласты толщиной 90-240 см. Они распространяются на большие территории, и с ними связаны значительные запасы добываемого угля. В толщах угленосных пород содержится от двух-трех до нескольких десятков угольных пластов. Например, в США в детально изученной угленосной толще в Западной Виргинии было установлено 117 угольных пластов.

Классификации. Оценка ископаемых углей ведется по трем параметрам: степени метаморфизма, которая определяется как степень изменения содержания углерода в угле; качеству, оцениваемому по содержанию горючего компонента, количеству золообразующих веществ, содержанию влаги, серы и других элементов и по составу ископаемых растений-углеобразователей, химическим преобразованиям, которые произошли в процессе углефикации.

Стадии метаморфизма. Главные классы угля (принятые в США и некоторых европейских странах) по возрастанию стадий метаморфизма включают лигнит (в России лигнит является термином свободного пользования), суббитуминозный уголь, битуминозный уголь и антрацит. Различия в стадии метаморфизма определяются на основе химических анализов, свидетельствующих о последовательном уменьшении влажности и выхода летучих веществ, а также увеличении содержания углерода. От относительного количества влаги, летучих веществ, углерода и теплотворной способности (теплоты сгорания) зависят прочность угля при транспортировке и хранении, а также активность горения. Крупным потребителям необходимо знать свойства различных углей и сравнительную стоимость добычи и транспортировки различных категорий угля, чтобы решить, какая категория в наибольшей мере удовлетворяет их нужды.

Лигнит имеет отчетливую волокнистую структуру древесины, чаще светло-коричневый и коричневый, реже - черный цвет. По свойствам и составу отличается от настоящего бурого угля, который встречается преимущественно в Канаде и Европе. По сравнению с торфом лигнит содержит меньше воды и отличается более высокой теплотворной способностью. Большинство молодых (недавно образовавшихся) углей представлено лигнитом, но там, где они подверглись высокому давлению или интенсивному тепловому воздействию, их качество более высокое.

Суббитуминозный уголь характеризуется черным цветом, незначительным проявлением, а иногда и отсутствием волокнистой древесной структуры, содержит меньше воды и летучих веществ по сравнению с лигнитом и отличается более высокой теплотворной способностью. Суббитуминозный уголь легко выветривается на воздухе и крошится во время транспортировки.

Битуминозный уголь отличается черным цветом, относительно низким содержанием влаги и наибольшей теплотворной способностью среди всех углей. В большинстве высокоразвитых стран битуминозный уголь используется в промышленности в бльших количествах, чем уголь других категорий, так как у него не снижается качество при транспортировке и он имеет высокую теплотворную способность; кроме того, некоторые разновидности битуминозного угля используются для получения металлургического кокса.

Антрацит характеризуется очень высоким содержанием углерода, низкой влажностью и малым выходом летучих компонентов. Он имеет смоляно-черный цвет и при сжигании не дает копоти. Чтобы поджечь антрацит, требуется больше тепла и усилий, но загоревшись, он дает устойчивое, чистое, горячее, голубое пламя и горит дольше, чем уголь более низких стадий метаморфизма. До 1920-х годов антрацит широко использовался для обогрева домов, а затем ему на смену пришли нефть и природный газ.

Сортность. В процессе торфообразования в уголь попадают разные элементы, бльшая часть которых концентрируется в золе. Когда уголь сгорает, сера и некоторые летучие элементы выделяются в атмосферу. Относительное содержание серы и золообразующих веществ в угле определяют сортность угля (см. таблицу). В высокосортном угле меньше серы и меньше золы, чем в низкосортном, поэтому он пользуется бльшим спросом и дороже.

См. также:

'УГОЛЬ, угля, ·муж.

1. мн. (спец.) угли, углей. Твердое горючее вещество, обычно черное, органического происхождения. Древесный уголь (из пережженного дерева). Каменный уголь (ископаемый). Бурые угли. Донецкий уголь.

2. мн. угли, углей, и (·прост.) уголья, угольев. Кусок древесного угля. Выгрести угли из печи. Горящие угли. Рисовать углем.

• Белый уголь - движущая сила воды. Голубой уголь - движущая сила ветра. Как на угольях или на углях (быть, сидеть, находиться) (·разг.) - в крайнем беспокойстве, в волнении.

1. горючее вещество из пережженной древесины; кусок такой древесины.

2. ископаемое твердое горючее вещество растительного происхождения.

УГОЛЬ, угль муж. уголье собир. углие, церк. пережженный, горелый, черный остаток всего горючего; уголь первая степень пережига, спаленья, вещество недогорелое, по недостатку воздуха, кислорода; посему уголь сильно горюч или горок; сгоревший уголь обращается в золу, в пепел. Уголек тлеется в печи под пеплом, который томит и глушить жар, укрывает его, и не дает углю сгорать. Уголь древесный, липовый, березовый. Уголь жгут нарочно, в угольных ямах и кучах, обсыпая костер землей, окладывая его дерном, чтобы дрова тлели без пламени и не сгорали. Уголь животный, пережженные, перекаленные в заглушьи части животного тела. Земляной, ископаемый или каменный, горный уголь, остатки допотопных лесов, растений, перекаленные под пластами толщи земной подземным огнем. Печной уголь, ·заводск. березовый, лучший; сметничный, еловый и пихтовый. Алмаз есть чистый уголь в природных гранках. * Уголь углем, сажа сажей, черным-чернехонек. Горящий уголь, жар. Углем играть-руки марать. У'голь след покинет, злословие. Клевета - что уголь: не обожжет, так замарает. Угля сажей не замараешь. В трубе углем не запишешь. Уголек да глинка - не праздничный харч. Хоть в уголь сожги меня, так нет! Нечем черту играть, так угольем. Дрова пылают, уголь шает, злой человек нутром горит. Чертенята каленым угольем в кремушки играют. На межевом на бугре, на угольях да черепочках, черти в свайку играют. Стою, как на угольях. Не дровами, так угольем, допекает. На том свете угольем отдам (долг). Уголь из печи - гости на двор. Уголья, искры, головня из печи - к гостям. Уголье на загнетке само разгорается - к морозу. Уголек из кадила выпал, при каждении около покойника, скоро другой будет. Угольный чад, - короб, - порошок. Угольный газ, - кислота, углеродная окись, и углекислота. Угольный курень, - майдан, место в лесу, где жгут уголь. Ни уголька, ни уголечка в печи! Уголек-в-огне, уголек-да-огонек, растение Adonis autumnalis. Глазенки, что угольки. Угольная кислота, соединенье угля или углерода с кислородом. Угольник, угольщик, лесник, промышляющий жженьем угля;

|ргующий этим товаром; /

| угольник, угольня, угольный сарай, место для складки угля. В заводском угольнике показалась течь. /

| Угольный короб, при камине; место в церковном алтаре, где держать жар, для теплоты и кадила;

| сторож церковный, присматривающий за сим, готовящий кадильницу. Угольница, посудина для угольев;

| курильница;

| рогожка на угольные кули, последний разбор. Угольщичьи землянки. Угольница, угольня жен. угольник, посудина, сарай, вообще место, где держат уголь. Угляк муж., хим. сплав угля с другими веществами, Carburas. Углевой, угольный, к углю относящийся. Углевая, угольная обманка, углянка, ископаемое антрацит, род каменного угля. Угляник, угольник, -ница, и

| угольщик. Углистый, уголь в себе содержащий; углястый, на уголь похожий, углевидный, -образный. Угольначать, промышлять выжигом угля; - чанье, действие по гл. Углить что, жечь, обугливать; -ся, обращаться в уголь, истлевать. Углерод, углетвор, чистый уголь, с отделеньем всякой сторонней примеси, одно из химических начал, основ, стихий, неделимых. Алмаз есть чистый, углерод. -родный, - творный, к нему относящийся -родистый, углерод в себе содержащий, соединенный с ним. Углеродисто-водородный газ, или углеводородный, соединенье углерода и водорода. Углекислый, всякая соль, из основы с углекаслотою или с угольною кислотою. Лесные крестьяне промышляют углежженьем, жгут из лесу уголье. Углеволок, на заводах, подвошик угля.

в искусстве, материал для рисования. Изготовляется из подвергнутых обжигу тонких веток или обструганных палочек липы, ивы и др. деревьев. В 19 в. получил распространение твёрдый "прессованный У." (из угольного порошка, с добавлением растит, клея). Широко употребляемый для создания самостоятельных рисунков и подготовительных набросков, У. как материал привлекает художников бархатистостью фактуры штриха, возможностью сочетать линию и тональные эффекты в едином художественном решении.

В. А. Серов. "Ф. И. Шаляпин". Уголь (с применением мела). 1905. Третьяковская галерея. Москва.

ежемесячный научно-технический и производственный журнал министерства угольной промышленности СССР и Центрального правления научно-технического Горного общества. Впервые издан в 1925 в Харькове под названием "Уголь и железо", с 1930 - "Уголь". С 1938 выходит в Москве. Публикует статьи по основным вопросам разработки угольных месторождений, освещает достижения горной науки и техники, рассматривает вопросы качества углей и их переработки, маркшейдерии и шахтной геологии, техники безопасности, промышленной санитарии и охраны окружающей среды, проблемы экономики, управления, организации производства и труда в угольной промышленности и др. Тираж (1976) 18500 экземпляров.