mở đầu 1. Các giả thuyết về thành tạo than Trước kia người ta thường quan niệm là: Than là khoáng chất cứng, màu đen, cháy được và người ta giải thích sự thành tạo của than theo các giả thuyết: - Than là một dịch thể màu đen xâm nhập vào đá trầm tích. - Than là do dầu mỏ đông đặc lại (vì than và dầu mỏ đều có thể cháy được). - Than là do núi lửa phun lên đốt cháy rừng nhiệt đới và vùi lấp chúng.
Tuy nhiên các giả thuyết trên đều không giải thích được về quá trình thành tạo của than và không có cơ sở lý luận. Đến cuối thế kỷ 16 đầu thế kỷ 17, nhà bác học Lêvianov (người Nga) sau khi khảo sát hàng nghìn mẫu than của rất nhiều các mỏ than thấy đất đá vây quanh vỉa than đều có các hóa thạch thực vật và đi đến kết luận: Than được tạo thành từ nguồn gốc thực vật qua quá trình biến đổi hoá học: 4C6H10O5 C9H6O + 7CH4 + 8CO2 +3H2O Và trải qua các giai đoạn: Ở những vùng thực vật phát triển mạnh có hoạt động thăng trầm của vỏ trái đất (khi vỏ trái đất hạ xuống thực vật bị phá huỷ vùi lấp, mục nát tạo thành lớp mùn xốp, dưới tác dụng của vi khuẩn kỵ khí thành phần hữu cơ của thực vật bị phân hủy lớp mùn xốp biến thành than bùn và bị vùi lấp, khi vỏ trái đất nâng lên than bùn bị nén ép dưới tác dụng của nhiệt độ, áp suất nó được liên kết lại với 5 nhau, lượng nước giảm, hàm lượng Cácbon tăng lên tùy theo mức độ biến chất mà quá trình thành tạo ra các loại than khác nhau từ than bùn biến chất thành than nâu, than đá, than bán Ant‟raxit và than Ant‟raxit. Tuỳ theo chu kỳ, cường độ, biên độ của các hoạt động kiến tạo. dẫn đến cấu tạo và thế nằm của các vỉa than khác nhau cũng khác nhau và rất phức tạp.
Qua khảo sát của các nhà nghiên cứu thì cứ khoảng một mét chiều dày lớp mùn gỗ có thể tạo thành được một lớp than dày khoảng 0,2 mét. Điều kiện tạo thành của các vỉa than là: - Ở những vùng khí hậu địa hình, khí hậu, thời tiết thuận lợi có rừng (thực vật) phát triển phong phú. - Có hoạt động thăng trầm của vỏ trái đất (một lần hạ xuống chỉ tạo thành một vỉa (hay một lớp) than. Chiều dày của vỉa (hay một lớp) than phụ thuộc vào lượng thực vật bị vùi lấp, giữa các vỉa than (lớp than) được thành tạo các lớp đá trầm tích (đá kẹp) xen kẽ.
Khái niệm về vỉa than và các yếu tố thế nằm của vỉa - Vỉa than: Là nơi tập trung tích tụ than trong lòng đất, nó được giới hạn bởi hai mặt song song hoặc gần song song với nhau: Mặt trên gọi là mặt vách (mái hay nóc); lớp đá nằm phía trên mặt vách gọi là đá vách; mặt dưới gọi là mặt trụ (đáy hay nền); lớp đá nằm phía dưới mặt trụ gọi là đá trụ. Mặt địa hình Mặt vách Mặt trụ Đá vách Đá trụ Lớp đá kẹp v Hình 1. Hình dáng, cấu tạo của vỉa than trong lòng đất - Các yếu tố thế nằm của vỉa. Vỉa than được xác định bằng các D yếu tố sau: v Phía trên là mặt địa hình tự nhiên D' mv và có (P) là mặt phẳng nằm ngang.
A S B C Các yếu tố thế nằm của vỉa được xác Mặt trụ vỉa định: P Mặt vách vỉa mv - Chiều dày của vỉa Lớp đá kẹp v - Góc dốc của vỉa AB - Đường phương của vỉa Hình 2. Các yếu tố thế nằm và cấu tạo của vỉa than 6 DC - Đường dốc của vỉa D‟C- Đường hướng dốc của vỉa + Đường phương vỉa S; mét (đường AB): Là giao tuyến giữa mặt phẳng nằm ngang với bề mặt vỉa than (có thể là mặt vách hay mặt trụ của vỉa). Người ta mô tả vỉa than trên bình đồ bằng các đường phương của trụ vỉa (gọi là bình đồ đẳng trụ vỉa than) và bình đồ bằng các đường phương của vách vỉa (gọi là bình đồ đẳng vách vỉa than), hay đồng thời cả các đường phương bên vách và đường phương bên trụ (gọi là bình đồ tính trữ lượng vỉa than; trong bình đồ tính trữ lượng người ta biểu diễn đường đẳng vách bằng nét liền mảnh, đường đẳng trụ bằng nét đứt mảnh). + Đường dốc H (đường DC): Là đường nằm trên bề mặt vỉa than (có thể là mặt vách hay mặt trụ vỉa) vuông góc với đường phương và hướng xuống phía dưới.
+ Đường hướng dốc (đường D‟C): Là hình chiếu của đường dốc trên mặt phẳng nằm ngang (biểu diễn hướng cắm của vỉa than trên bình đồ). + Chiều dày vỉa (mv, mét): Là khoảng cách vuông góc từ mặt trụ vỉa sang mặt vách vỉa tại vị trí kháo sát. Chiều dày hữu ích của vỉa là tổng chiều dày các lớp than, không kể chiều dày các lớp đá kẹp có mặt trong vỉa than. + Góc dốc vỉa (v, độ): Là góc hợp bởi giữa đường dốc và hình chiếu của nó trên mặt phẳng nằm ngang (P) hay là góc hợp bởi bề mặt của vỉa than với mặt phẳng nằm ngang tại vị trí khảo sát.
+ Lộ vỉa của vỉa than: Là phần vỉa than tiếp giáp với mặt địa hình tự nhiên hoặc nằm dưới lớp đất phủ phong hóa hay dưới lớp trầm tích đệ tứ (Q). Có những vỉa than không tiếp giáp với mặt đất, nhưng trên bản đồ địa hình địa chất người ta vẫn biểu diễn đường lộ vỉa. + Đá kẹp: Là các lớp đá nằm bên trong vỉa than (xen giữa mặt vách và trụ của vỉa) Với các vỉa than nằm ngang (có v = 00) và các vỉa có góc dốc thẳng đứng (có v = 900) trên bình đồ không thể hiện đường phương và đường hướng dốc. Phân loại vỉa than theo điều kiện khai thác 3.
Phân loại theo chiều dày và góc dốc + Theo cách phân loại của các nước trên thế giới vỉa than được phân thành các loại: - Phân loại theo chiều dày vỉa than: + Vỉa rất mỏng mv < 0,5m + Vỉa mỏng mv < 1,3m + Vỉa dày trung bình 1,3m mv 3,5m + Vỉa dày mv > 3,5m - Phân loại theo góc dốc vỉa than: + Vỉa bằng v 50 + Vỉa thoải 50 < v 250 + Vỉa dốc nghiêng 250 < v 450 + Vỉa dốc đứng v > 450 7 + Theo cách phân loại của Việt Nam: Được quy định ở Điều 73 “Quy phạm K thuật Khai thác Hầm lò than và diệp thạch 18 - TCN - 5 - 2006” các vỉa than được phân loại như sau: - Phân loại theo chiều dày của vỉa than: + Vỉa than có chiều dày rất mỏng khi: mv < 0,7 m + Vỉa than có chiều dày mỏng khi: mv = 0,71 m ÷ 1,20 m + Vỉa than có chiều dày trung bình khi: mv = 1,21 m ÷ 3,50 m + Vỉa than dày: mv > 3,5 m - Phân loại theo góc dốc vỉa than: + Vỉa thoải: α < 150 + Vỉa nghiêng: α = 150 ÷ 350 + Vỉa dốc nghiêng: α = 350 ÷ 550 + Vỉa dốc đứng: α > 550 3. Phân loại theo cấu tạo - Vỉa có cấu tạo đơn giản là các vỉa than ở bên trong vỉa không có các lớp đá kẹp. - Vỉa có cấu tạo phức tạp là các vỉa than ở bên trong vỉa có lẫn các lớp đá kẹp. Các thành phần của than 4.
Phân tích thành phần hoá học của than Trong thành phần của than gồm các nguyên tố hoá học chính sau: Cácbon (C), Hyđrô (H2), Oxy (O2), Nitơ (N2), Phốt pho (P), Lưu huỳnh (S). - Các bon (C): là nguyên tố cơ bản và quan trọng nhất trong than đá, than chất càng cao hàm lượng Các bon càng nhiều thì than có nhiệt lượng càng cao. - Hyđrô (H2): có trong than khoảng 3 5%. Than chứa nhiều Hyđrô khi cháy sinh ra ngọn lửa dài (Hàm lượng chất bốc càng cao; than lửa dài).
- Ôxy (O2): Ôxy trong than thường tồn tại dưới dạng các hợp chất, đó là các muối hoặc các ôxyt, khi than cháy nó thu nhiệt, làm giảm nhiệt lượng của than. Trong than hàm lượng Nitơ rất nhỏ, lượng Nitơ càng lớn càng làm giảm một cách tương đối thành phần của các chất cháy trong than, làm hạn chế tốc độ cháy của than. - Lưu huỳnh (S), Phốt pho (P): các loại than đều chứa Lưu huỳnh và Phốt pho với hàm lượng rất nhỏ (hàm lượng các nguyên tố này tăng, sẽ có hại trong quá trình luyện kim) tồn tại dưới dạng Sulfua, Sulfat, Photforis hoặc các hợp chất hữu cơ. Lưu huỳnh khi cháy tạo thành SO2 và toả nhiệt.
Lưu huỳnh là nguyên tố có hại cho sức khoẻ con người và thiết bị trong quá trình sử dụng than. Qua quá trình phân tích thành phần hóa học của than người ta thu được kết quả như trong bảng: Ngoài các yếu tố kể trên người ta còn chú ý đến các chất khí có trong than như CH4, CO2, N2, H2, H2S, khí hiếm; trong đó ta cần chú ý đến các khí CH4 có thể gây ra cháy, nổ; khí H2S, CO2 có thể gây ra nhiễm độc và gây ngạt (khi hàm lượng của nó đủ lớn). Thành phần hóa học trong các loại than Hàm lƣợng Than bùn Than nâu Than đá Than Than củi Nguyên tố (%) (%) (%) Ant’raxit(%) (%) C 50 - 60 60 - 70 75 - 90 90 - 95 50 H2 6 5–6 4-5 2 - O2 30 - 40 10 - 30 2 - 10 1-2 - N 1-3 - - - - S, P Còn lại Còn lại Còn lại Còn lại - 4. Phân tích thành phần công nghệ của than Thành phần công nghệ của than bao gồm: nước (độ ẩm), chất bay hơi (chất bốc), độ tro.
- Độ ẩm (W, %): Đặc trưng cho lượng nước chứa trong than. Độ ẩm chứa trong than càng cao thì nhiệt lượng của than càng giảm và ngược lại. Nguyên nhân gây ra độ ẩm của than: Là do lượng nước có ngay khi thành tạo than, do quá trình trầm tích nước xâm nhập vào vỉa than; do quá trình khai thác, vận chuyển, bảo quản. - Độ tro (A, %): Là thành phần không cháy được còn lại khi đốt cháy hoàn toàn một kilôgam than, độ tro càng ít thì chất lượng than càng tốt.
- Chất bốc (V, %): Là thành phần bay hơi của than (gồm các chất khí như: CH4, H2, CO.) khi chưng cất than ở nhiệt độ 800 8500C, chất bốc có ảnh hưởng tới quá trình cháy của than, chất bốc càng nhiều thì than càng xốp, dễ bắt lửa, dễ cháy.