Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im.Witelona w Legnicy

Wydział Zarządzania i Informatyki

Kierunek Zarządzanie i Inżynieria Produkcji

,,Zasoby węgla kamiennego na świecie’’

Wykonał: Ryżewski Damian

Nr albumu: 26724

10.12.2009r

.

Spis treści

Węgiel kamienny 3

Właściwości chemiczne i fizyczne węgla 4

Typy węgla kamiennego 7

Kierunki użytkowania węgla kamiennego 8

Zastosowanie węgla kamiennego 9

Metody wydobywania węgla kamiennego 11

Baza zasobowa węgla kamiennego w Polsce 12

Czy są szanse na wydłużenie żywotności polskich kopalń węgla kamiennego?14

Wystarczalność bazy zasobowej węgla kamiennego w Polsce 15

Produkcja węgla kamiennego w Polsce w latach 1945-2007 16

Występowanie węgla kamiennego na świecie 17

Produkcja węgla kamiennego na świecie 18

Produkcja,a import węgla kamiennego w Europie 19

Perspektywy na przyszłość,a zagrożenia związane z wydobyciem węgla kamiennego 20

WĘGIEL KAMIENNY

Większość złóż węgla formowała się od 360 do 28 mln lat temu. Węgiel powstał na bagnistych obszarach, które w tamtych czasach porastały wilgotne lasy tropikalne. Szczątki obumarłych roślin opadły na dno bagnistych jeziorzysk lub lagun, gdzie z powodu małej ilości tlenu i odpowiednich bakterii rozkładały się bardzo powoli. W pierwszej fazie rozkładu gnijące rośliny zmieniły się w torf. Procesowi temu towarzyszyło wydzielanie metanu (stąd duże jego ilości znajdują się przy pokładach węgla kamiennego). Torf nie jest w stanie samoistnie przekształcić się w węgiel. Jego pokłady muszą najpierw zostać poddane odpowiedniemu ciśnieniu. Pierwsze zgniatanie złóż torfu odbywa się pod ciężarem wciąż narastającej ilości obumarłych roślin. Z warstwy torfu o grubości od 10 do może powstać jednometrowa warstwa węgla. Po zapełnieniu bagna przez substancję roślinną, na złoża torfu osadzały się warstwy piasku i mułu. Następnie teren obniżał się, a wody morskie lub jeziorne ponownie go zalewały, dzięki czemu dochodziło do kolejnego etapu akumulacji roślinnej. Cykl ten powtarzał się wielokrotnie, dlatego mówimy, że węgiel kamienny powstał w procesie sedymentacji cyklicznej. Doprowadziła ona do powstania licznych, oddzielonych od siebie innymi skałami osadowymi, pokładów węgla. Ich grubość różni się znacznie i wynosi od kilku milimetrów do kilku metrów.

Węgiel kamienny jest paliwem kopalnym pochodzenia organicznego. Powstał w wyniku powolnych przekształceń tkanek roślinnych, rozkładu przez mikroorganizmy w warunkach ograniczonego dostępu tlenu oraz działania wysokiej temperatury i ciśnienia panujących pod powierzchnią ziemi. Do powstania złóż węgla kamiennego przyczyniły się zmiany klimatyczne, jakie miały miejsce w permie. Wywołały one masowe wymieranie panującej wówczas roślinności. Drugim ważnym dla powstania węgla okresem był karbon. W ciepłym i wilgotnym klimacie rozwijały się, a następnie obumierały wielkie ilości roślin. Do dominujących gatunków należały wówczas między innymi ogromne widłaki, skrzypy, paprocie oraz prymitywne rośliny nagonasienne. Tkanki roślin rosnących na podmokłych terenach po obumarciu poddawane były powolnym procesom fermentacji beztlenowej. Przykrywane warstwami osadów w warunkach coraz wyższego ciśnienia i temperatury przekształcały się powoli w węgiel, którego złoża dzięki procesom górotwórczym zostały wyniesione bliżej powierzchni ziemi.

Węgiel kamienny zawiera 78-92% pierwiastka węgla (do węgla kamiennego zalicza się też antracyt zawierający do 97% węgla). Barwa czarna. Zwarty, kruchy. Przy spalaniu daje długi, błyszczący płomień. Węgiel kamienny należy do węgli humusowych, niejednorodnych w swej strukturze, stanowiących mieszaninę kilku odmian petrograficznych (różniących się twardością i połyskiem), tworzących pojedyncze pasma. Należą do nich:

1) fuzyn - węgiel włóknisty,

2) duryn - węgiel matowy,

3) klaryn - węgiel półbłyszczący,

4) witryn - węgiel błyszczący.

Właściwości fizyczne i chemiczne węgla

Węgiel to pierwiastek bardzo dobrze rozpowszechniony w przyrodzie, gdzie występuje w stanie wolnym oraz związanym. Spotykamy go zarówno w świecie mineralnym (głównie w postaci węglanów), jak i w organizmach żywych. Jest podstawowym składnikiem organizmów roślinnych i zwierzęcych. Występuje w atmosferze jako dwutlenek węgla, CO₂, z którego w obecności wody, energii słonecznej i chlorofilu, rośliny wytwarzają skrobię i celulozę. Węgiel kopalny, który występuje w przyrodzie w kilku gatunkach (torf, antracyt, węgiel brunatny i węgiel kamienny) jest źródłem energii.

• węgle kopalne, ich własności i powstawanie w przyrodzie

Węgle kopalne są skałami osadowymi, które są mieszaninami różnorodnych związków organicznych (zawierających wodór, węgiel, azot, siarkę i tlen), substancji mineralnych (węglany, krzemiany) oraz niewielkie ilości rzadkich pierwiastków (np. wanadu, germanu, galu, arsenu, uranu). Węgle kopalne powstały z roślin, w różnych epokach geologicznych (najwięcej w permie i karbonie). W zależności od materii roślinnej, z której powstały, wyróżnia się: humolity (węgle humusowe), sapropelity (węgle sapropelowe) i liptobiolity (węgle liptobiolitowe). Najbardziej rozpowszechnionymi i najważniejszymi gospodarczo węglami są humolity. Powstały one na skutek przeobrażenia flory lądowej. Sapropelity utworzyły się ze szczątków flory wodnej (głównie glonów) i występują w mniejszych ilościach w przyrodzie. Natomiast liptobiolity pochodzą z nagromadzenia się żywiczno- woskowych elementów roślin.

Wyróżniamy dwie fazy powstawania węgli kopalnych: biochemiczną i geochemiczną. W pierwszej fazie materiał roślinny uległ rozkładowi, na skutek działania drobnoustrojów i wzbogacił się w węgiel. Natomiast faza geochemiczna polegała na zajściu reakcji chemicznych w przeobrażonym materiale roślinnym, usunięciu lotnych składników i koncentracji węgla. Wzbogacanie się masy roślinnej w węgiel (tzw. uwęglanie) zachodziło z różną intensywnością, co spowodowało powstanie różnych rodzajów węgla kamiennego.

W zależności od procentowej zawartości węgla, rozróżnia się następujące rodzaje węgla kopalnego: torf, węgiel kamienny, węgiel brunatny, antracyt oraz szungit. Torf jest skałą osadową, powstałą z roślin bagiennych i zawiera najmniejszą ilość pierwiastkowego węgla (ok.60%). Węgiel brunatny ma ok. 70% pierwiastka węgla, węgiel kamienny ok. 90%, natomiast antracyt do 96% . Największą ilość węgla pierwiastkowego (do 98%) posiada szungit.

Stosuje się dwie metody wydobywania węgla. Metoda głębinowa polega na budowie pionowego szybu, prowadzącego do złoża. Natomiast metoda odkrywkowa, która jest znacznie tańsza, polega na wydobyciu węgla ze złóż znajdujących się na niewielkich głębokościach.

• odmiany alotropowe węgla

Węgiel jest położony w 14 grupie układu okresowego (węglowce). W przyrodzie nieożywionej spotykany jest przede wszystkim pod postacią węglanów (syderyt FeCO₃, kalcyt CaCO₃,magnezyt MgCO₃, dolomit MgCO₃ × CaCO₃) oraz dwutlenku węgla, który stanowi około 0.03% objętości powietrza, a ponadto jest rozpuszczony w wodzie. Pomimo tego, że stężenie dwutlenku węgla w naturalnych wodach i powietrzu nie jest duże, łączne jego ilości w przyrodzie są ogromne. CO₂ biorąc udział w różnorodnych przemianach chemicznych i fizjologicznych tworzy w przyrodzie ustawiczny obieg.

Węgiel wolny występuje w przyrodzie w niewielkich ilościach w dwóch odmianach alotropowych, jako grafit i diament. Alotropia polega na występowaniu jednego pierwiastka w dwóch lub więcej odmianach, różniących się właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Odmiany alotropowe mogą mieć różną budowę krystaliczną (diament i grafit) lub różne ilości atomów w cząsteczce (np. tlen jako O₂ i O₃- ozon).

Czysty diament tworzy przezroczyste bezbarwne kryształy. Jest najtwardszym z minerałów, który nie przewodzi prądu elektrycznego i silnie łamie światło. Diament zawierający zanieczyszczenia może być zabarwiony na czerwono, żółto, fioletowo, niebiesko lub brunatno. Spotykane są także czarne diamenty. Oszlifowane diamenty to tzw. brylanty, które są uważane za najładniejsze kamienie szlachetne. Diamenty, które mogłyby być stosowane w jubilerstwie spotykane są raczej rzadko, a znaczna część wydobywanego minerału używana jest do innych celów: do obróbki ceramiki, skał i szkła, szlifowania, jako materiał ścierny oraz w wiertnictwie.

Ogrzewanie diamentu bez dostępu powietrza prowadzi do otrzymania grafitu. Przemiana odwrotna napotyka natomiast wiele trudności i udało się ją zrealizować dopiero w 1955 roku przez amerykańskich uczonych.

Diament jest mało aktywny nawet w wysokiej temperaturze. W powietrzu ulega powolnemu spalaniu w temperaturze powyżej 1100K. Nie reaguje z kwasami i zasadami.

Druga odmianą alotropową węgla, która również występuje w postaci minerału, jest grafit. Jest to miękkie, łupliwe, czarno-szare, tłuste w dotyku ciało stałe. Grafit dobrze przewodzi ciepło i prąd elektryczny. Ponieważ wykazuje on wysoka odporność na temperaturę, stosowany jest do produkcji tygli do topienia metali. Używany jest do wyrobu elektrod, ze względu na dobre przewodnictwo elektryczne. Znalazł również zastosowanie jako grafit w ołówkach, smar oraz moderator w reakcjach jądrowych.

Inną odmianą alotropową węgla, która nie jest spotykana w przyrodzie, są fulereny. Są one zbudowane z parzystej ilości atomów węgla (najczęściej cząsteczki zawierają 60 i 70 atomów C). Mają one właściwości półprzewodnikowe i nadprzewodnikowe.

Typy węgla kamiennego

Kierunki użytkowania węgla kamiennego

węgiel kamienny

Zastosowanie węgla kamiennego

Węgiel kamiennych ma szereg zastosowań. Używa się go jako źródło energii, w medycynie oraz w przemyśle chemicznym, gdzie w wyniku przeróbki z węgla kamiennego powstaje wiele związków o różnych funkcjach:

1)Koks – to praktycznie czysty węgiel z niewielką domieszką popiołu. Charakteryzuje się specyficzną, porowatą strukturą i dużą wytrzymałością mechaniczną. Głównymi odbiorcami jest hutnictwo żelaza (składnik wsadu wielkopiecowego).

2)Woda pogazowa – zawiera amoniak powstały z rozkładu związków azotowych. Wykorzystywana jest do produkcji soli amonowych stosowanych jako nawozy sztuczne. Jednak w wyniku koksowania powstaje jej niezwykle mało w porównaniu z produkcją amoniaku syntetycznego.

3)Gaz koksowniczy – składa się głównie z wodoru, metanu i tlenku węgla, dzięki czemu ma wysoką wartość opałową. Jest on jednak zużywany głównie do ogrzewania baterii koksowniczych.

4)Smoła węglowa – ma największe znaczenie z punktu widzenia przemysłu chemicznego, gdyż jest ona złożoną mieszaniną kilku tysięcy związków, z których wydziela się ok. 20. Smołę przerabia się poprzez destylację frakcyjną, podobnie jak ropę naftową, jednak proces ten jest tu bardziej skomplikowany. Składnikami frakcji są: węglowodory aromatyczne (benzen, toluen oraz naftalen), fenole, pirydyna.

5)Gaz syntezowy – jest używany jako surowiec do wielu syntez chemicznych m.in. do otrzymywania metanolu.


Węgiel kamienny jest najczęściej występującym surowcem energetycznym pochodzenia organicznego. W niektórych domach do dziś używa się do ogrzewania. Obecnie jednak większość węgla zużywana jest w przemyśle lub elektrowniach. Zanim zaczęto wydobywać na szeroką skalę gaz ziemny uzyskiwano go z węgla. Węgiel Kamienny zawdzięcza swoją popularność temu, iż w przeciwieństwie do innych skał pali się wydzielając dużo ciepła i dużo energii. Przerabia się go w procesie koksowania (suchej destylacji
węgla) czyli wysokotemperaturowego (około 1000C) odgazowywania w piecach koksowniczych bez dostępu powietrza. Proces ten prowadzi do powstania koksu, gazu koksowniczego, wody pogazowej i smoły pogazowej Substancja stała - tworzy szaroczarne, nieregularne bryły o budowie gąbczastej, składające się w 90% z węgla. Stosowany jako paliwo i reduktor w procesie wielkopiecowym (otrzymywanie stali z rud żelaza) oraz jako bezdymne paliwo do centralnego ogrzewania.

Metody wydobywania węgla kamiennego

1)Górnictwo odkrywkowe

Wydobywają głównie węgiel w USA i Australii. Ich zaletą jest bardzo niski koszt wydobycia: 5-6 euro za tonę (kopalnie głębinowe nawet 170 euro za tonę). Wadą jest wielka degradacja środowiska. Kopalnie odkrywkowe mogą wydobywać węgiel zlokalizowany stosunkowo płytko. Zdarzają się, co prawda, zakłady – np. w USA – które wydobywają węgiel z głębokości nawet 300 metrów, tyle że sięgnęły tak głęboko po wyczerpaniu płytszych złóż. Zaletą kopalń odkrywkowych są mniejsze załogi – np. średnia dla amerykańskich zakładów to 30 osób – i dużo mniejsza liczba wypadków. W kopalniach głębinowych zginęło w ubiegłym roku około 11-12 tys. osób, w kopalniach odkrywkowych mniej niż sto.

2)Górnictwo głębinowe

Pochodzi z nich około połowy światowej produkcji węgla. Zakłady tego typu dominują w Europie, Azji oraz Afryce. Zaletą takich zakładów jest to, że mogą wydobywać surowiec nawet w silnie zurbanizowanych regionach. Nie potrzebują bowiem zbyt wiele miejsca na powierzchni. Oczywiście wydobycie w rejonach miejskich powoduje rozliczne problemy, wśród nich najpoważniejszym są tzw. szkody górnicze. Między innymi konieczność zabezpieczania miast przed skutkami wydobycia powoduje stosowanie kosztowniejszych metod wydobywczych, co podraża produkcję. Czasem kopalnia zmuszona jest pozostawić część złoża na tzw. filar ochronny, by nie zniszczyć budynków na powierzchni. Kopalnie głębinowe umożliwiają sięgnięcie do złóż leżących nawet ponad kilometr pod powierzchnią

.

Baza zasobowa węgla kamiennego w Polsce

Węgiel kamienny jest głównym surowcem energetycznym w Polsce. Zaspokaja zapotrzebowanie energetyczne w ponad 60%. Jego eksploatację prowadzi się w:

• Zagłębiu Górnośląskim - charakteryzuje je duża miąższość pokładów węgla oraz ich płytkie i regularne zaleganie, co ułatwia mechanizację wydobycia.

• Zagłębiu Dolnośląskim - występują tu bardzo niedogodne warunki wydobycia, pokłady węgla zalegają na dużych głębokościach, mają niewielką miąższość, są silnie nawodnione i występuje w nich duża ilość niebezpiecznych gazów.

• Zagłębie Lubelskie - występują tu bardzo niekorzystne warunki wydobycia, gdyż pokłady węgla zalegają głęboko.

Górnictwo węglowe w Polsce przeżywa wyraźny kryzys. Wraz z upadkiem gospodarki centralnie sterowanej skończyły się dotacje dla deficytowych kopalń. Zagłębie Dolnośląskie zostało prawie zamknięte, zamknięto także kilka kopalń w Zagłębiu Górnośląskim. Wobec spadku sprzedaży na rynku krajowym i na rynkach światowych wydobycie węgla kamiennego w kraju systematycznie maleje.

W Polsce funkcjonuje obecnie 40 kopalń węgla kamiennego, podczas gdy jeszcze w końcu lat 80. było ich aż 70. Wszystkie obecne kopalnie, poza „Bogdanką” z Lublina, zlokalizowane są w regionie Śląska i Małopolski. Są one skupione w 3 organizacjach gospodarczych (Kompania Węglowa, Katowicki Holding Węglowy oraz Jastrzębska Spółka Węglowa); jedna kopalnia działa w ramach Południowego Koncernu Energetycznego (ZGE Sobieski-JaworznoIII), a pozostałe dwie funkcjonują samodzielnie (Bogdanka i Budryk).

Kompania Węglowa S.A. w Katowicach powstał 1 lutego 2003 r. na bazie kopalń 4 spółek węglowych oraz 5 zakładów górniczych Bytomskiej Grupy Kapitałowej. W jej skład wchodzą 23 kopalnie: Bielszowice, Polska-Wirek, Bolesław Śmiały, Makoszowy, Szczygłowice, Janina, Silesia, Rydułtowy, Marcel, Jankowice, Halemba, Pokój, Sośnica, Knurów, Brzeszcze, Piast, Ziemowit, Anna, Chwałowice, ZG Piekary, ZG Bytom II, ZG Bytom III oraz ZG Centrum.

Katowicki Holding Węglowy S.A. z siedzibą w Katowicach powstała 29 czerwca 1993 jako jednoosobowa spółka Skarbu Państwa z połączenia 11 kopalń. W wyniku przeprowadzonych w następnych latach zmian strukturalnych w skład Katowickiego Holdingu Węglowego S.A. wchodzi obecnie 8 kopalń: Katowice-Kleofas, Wieczorek, Staszic, Murcki, Wujek, Mysłowice, Wesoła i Śląsk. Wymienione kopalnie oraz kopalnia-spółka utworzona na bazie majątku KHW S.A. Kazimierz-Juliusz, tworzą razem tzw. Katowicką Grupę Kapitałową.

Jastrzębska Spółka Węglowa S.A. powstała 1 kwietnia 1993 r. jako jednoosobowa spółka Skarbu Państwa z siedzibą w Jastrzębiu-Zdroju. W skład JSW chodzi 5 kopalń: Borynia, Jas-Mos, Krupiński, Pniówek i Zofiówka.

W skład Południowego Koncernu Energetycznego wchodzi 1 kopalnia: Zakład Górniczo-Energetyczny Sobieski-Jaworzno III, który powstał w 1998 roku podczas restrukturyzacji KWK Jaworzno.

Ponadto funkcjonują jeszcze 2 samodzielne kopalnie: KWK Budryk S.A. w Ornontowicach oraz Lubelski Węgiel „Bogdanka” S.A. z siedzibą w Puchaczowie koło Lublina.

Czy są szanse na wydłużenie żywotności polskich kopalń węgla kamiennego?

budowa nowych kopalń w obszarach złóż niezagospodarowanych,

budowa nowych poziomów i udostępnianie nowych partii złoża w obszarach górniczych kopalń istniejących,

opracowywanie i rozwój technologii umożliwiających efektywne wybieranie tych partii złoża, które aktualnie są zaniechanie z przyczyn technicznych,

opracowanie niekonwencjonalnych technologii eksploatacji pokładów węgla, które pozwolą na sięgnięcie po zasoby niedostępne przy użyciu obecnych systemów wybierania.

Wystarczalność bazy zasobowej węgla kamiennego w Polsce

*Przy wydobyciu ok.90 mln Mg/rok i aktualnej bazie zasobów operatywnych do 30 lat

*Przy inwestowaniu w rozbudowę struktury udostępniającej nowe partie złóż w istniejących kopalniach do 40 lat

*Występuje nierównomierność rozkładu zasobów w poszczególnych kopalniach, która wyraźnie różnicuje wystarczalność ich bazy zasobowej

*W najbliższych 10 latach-4 kopalnie zakończą działalność z powodu szczerkania zasobów operatywnych

*W kolejnych dziesięcioleciu proces ten może dotknąć nawet 10 kopalń

*W 2040 roku może funkcjonować najwyżej 8-10 kopalń.

Produkcja węgla kamiennego w Polsce w latach 1945-2007

Występowanie węgla kamiennego na świecie

Największe złoża węgla kamiennego szacuje się na Stany Zjednoczone (m.in. takie stany jak: Wirginia, Pensylwania, Ohio, Kentucky), w Rosji i dawnych republikach radzieckich (m.in. zagłębia: Leńskie, Tunguskie, Kuźnieckie, Peczorskie) także w Chinach (zwł. prowincja Shanxi). Najwięksi potentaci w przemyśle węgla kamiennego to również Australia (Nowa Pd. Walia, Queensland), Kanada (głównie prowincja Alberta), Niemcy (m.in. zagłębia: Ruhry i Saary), Republika Południowej Afryki (głównie Transwal), Wielka Brytania (zagłębia: Yorkshire, Derbyshire, Durham i inne), Indie (głównie dorzecze rzeki Damodar),  a także i Polska (Zagłębia Górnośląski, Dolnośląski i Lubelski).

Baza zasobowa węgla kamiennego w wymiarze światowym(%)

Produkcja węgla kamiennego na świecie

Produkcja,a import węgla kamiennego w Europie

Perspektywy na przyszłość,a zagrożenia związane z wydobyciem węgla kamiennego

Zagrożenia:

Każdego roku przy procesie wydobycia węgla ginie ogromna liczba górników. Ryzyko związane z wykonywaniem tej pracy jest wysokie i jak dotąd nie ma idealnego sposobu na zapewnienie całkowitego bezpieczeństwa ludziom pracującym w kopalni pod powierzchnią ziemi. Ponadto w kontakcie z węglem oraz jego pochodnymi może wystąpić znaczne zagrożenie zdrowia i życia człowieka. Reakcja z węglowodorami, np., może powodować wystąpienie raka skóry, natomiast z dymem oraz gazami emitowanymi podczas spalania węgla często może dojść do wystąpienia licznych schorzeń układu oddechowego, również uwzględniając raka płuc. Dymy takie zawierają również dwutlenek siarki, który w reakcji z wodą wytwarza kwas siarkowy - będący głównym składnikiem kwaśnych deszczy. Kwaśne deszcze niszczą drzewa i inne rośliny na powierzchni ziemi, zabijając wodną faunę, jak również osłabiając wszelkiego rodzaju materiał budowlany. Kolejnym ubocznym produktem spalania węgla kamiennego jest dwutlenek węgla, jeden z gazów odpowiedzialnych za powstanie efektu cieplarnianego - zjawiska mogącego doprowadzić do niebezpiecznych zmian ocieplenia klimatu Ziemi.

Perspektywy na przyszłość:

Mimo licznych niebezpieczeństw oraz nieustających poszukiwań bardziej czystych źródeł energii, złoża węgla wciąż stanowią podstawowy surowiec energetyczny. Poznane dotąd metody wydobywania węgla są jednak metodami dość kosztownymi. Dlatego ustawicznie trwa proces badań nad bardziej efektywnymi możliwościami wykorzystania odkrywanych złóż tegoż surowca. Specjaliści wciąż opracowują nowoczesne metody spalania węgla pod ziemią w celu uzyskiwania z tej reakcji gazu. Nadzieję za to budzą możliwości uzyskania z węgla płynnych paliw, które mogą w przyszłych czasach zastąpić malejące zasoby złóż ropy naftowej.

Bibliografia

1) Polska Akademia Nauk "Gospodarka surowcami mineralnymi"

2) W.Blaschke"Węgiel kamienny w Polsce na tle górnictw w świecie"

3) http://pl.wikipedia.org/wiki/W%C4%99giel_kamienny

4) http://encyklopedia.pwn.pl/haslo.php?id=3907167