Твердые горючие ископаемые в земной коре находятся в широком стратиграфическом диапазоне: от древнейших протерозойских шунгитов до современных торфяников.
В результате различных сочетаний палеогеографических и тектонических факторов образовались гигантские угольные бассейны и угольные месторождения различных размеров.
В балансе установленных запасов и прогнозных ресурсов преобладают угли гумусовые, образовавшиеся из продуктов превращения наземной растительности.
Сапропелитовые угли, исходным материалом которых были, главным образом, водоросли, составляют лишь доли процента от общих запасов твердых горючих ископаемых.
В геологической истории нашей планеты формирование гумусовых углей началось с девонского времени.
Месторождения углей на территории России формировались в различных структурных зонах земной коры в течение восьми геологических периодов: девонского, каменноугольного, пермского, триасового, юрского, мелового, палеогенового и неогенового.
Ископаемые угли, образовавшиеся из продуктов биохимических и физико-химических превращений исходного растительного материала в различных условиях изменения органических веществ, отличаются большим природным разнообразием. Среди углей России имеются близкие аналоги углей, добываемых в Европе, Америке, Австралии, Южной Африке, Китае, Индии, Монголии и других странах. В то же время некоторые российские угли по своему составу и свойствам уникальны и не имеют аналогов в других районах мира.
Многообразие встречающихся в природе видов ископаемых углей, широкий диапазон изменения их вещественного состава и свойств, а также важная роль в процессах промышленного использования (энергетического и технологического) обусловили разработку классификаций различного назначения.
Классификация — это подразделение большого числа веществ, имеющих общие свойства, по наиболее важным для них признакам.
Основные характерные признаки или показатели, по которым проводят подразделение углей в классификациях, называются параметрами классификации.
Классификации ископаемых углей имеют не только теоретическое и познавательное значения. Они являются основой для правильной оценки свойств углей и решения многих практических проблем, таких как подсчет угольных запасов и ресурсов, взаимозаменяемость углей при их использовании в процессах переработки, выбор направлений рационального использования.
Совершенство классификаций определяется степенью применения при их разработке существующих научных представлений о вещественном составе и свойствах углей, их генезисе, молекулярно-структурных характеристиках, показателях свойств, установленных с помощью современных методов исследования.
Известны три основные классификационные системы ископаемых углей: генетические, промышленные (потребительские) и промышленно-генетические [25].
Генетические классификации определяют место ископаемых углей среди прочих горючих ископаемых, отражают различия углей по исходному растительному материалу, особенностям происхождения и преобразования. Такие классификации основаны на элементном, групповом составе и выходах продуктов термической переработки.
Генетические классификации относятся к научным классификациям. Они не ставят своей целью решение конкретных задач, связанных с практическим использованием ископаемых углей, не позволяют количественно оценивать технологические свойства того или иного вида углей. Ни одна из генетических классификаций не стандартизована, хотя для определения ряда параметров используются стандартные методы анализа.
Одновременно знание генетических особенностей углей имеет большое значение при создании научно-обоснованной систематики (классификации), которая обеспечивает надежную оценку технологических свойств и может служить основой для разработки стандартов.
Отдельные генетические характеристики наряду с оценкой природных особенностей могут давать информацию о возможностях применения углей для практических целей. Так, в ГОСТ 21489–76 «Угли бурые, каменные и антрациты. Разделение на стадии метаморфизма и классы по показателю отражения витринита» на основе генетического параметра — показателя отражения витринита — установлены стадии метаморфизма углей, объединенные в группы стадий: буроугольную, каменноугольную и антрацитовую. Каждой группе стадий соответствует набор классов с различными интервалами значений показателей Ro,r и Ra,r , которые связаны с изменениями свойств углей (табл. 23.1).
Такое подразделение углей и антрацитов позволяет судить о возможных областях их практического использования. Кроме того, установлено наличие довольно тесных корреляционных связей показателя отражения витринита с химико-технологическими характеристиками [25].
Промышленные классификации, называемые также потребительскими или техническими, предназначены для технологической группировки углей в соответствии с требованиями, которые предъявляют к ним как к сырью различные отрасли переработки и использования (энергетика, коксование, полукоксование, гидрогенизация и др.). Эти классификации, в отличие от генетических, не в полной мере отражают природные особенности углей. Они применяются, в первую очередь, в сфере производства и при достаточно хорошем уровне разработки могут быть представлены в виде стандартов.
В промышленно-генетических классификациях ископаемых углей технологические свойства связаны с генетическими особенностями: исходным растительным материалом и условиями углеобразования. Эти классификации устанавливают на научной основе связь между составом, химическим строением, происхождением, условиями образования и важнейшими характеристиками углей, от которых зависит их технологическая и энергетическая ценность. Такие классификации позволяют прогнозировать поведение углей в различных технологических процессах и определять способы их эффективной переработки и использования. Промышленно-генетические классификации играют большую роль как в науке об угле, так и при использовании углей. Разработанные на их основе стандарты позволяют обеспечить надежную и квалифицированную оценку углей, необходимую для решения многочисленных проблем угледобывающей и углеперерабатывающей отраслей, а также в сфере торговли (внутренней и международной).
В промышленно-генетических классификациях, построенных по кодовому принципу, каждый отдельный уголь характеризуется кодовым числом, которое представляет собой сочетание кодов, обозначающих интервалы значений классификационных параметров (показателей) в соответствии с принятой системой кодирования. Близкие по генетическим и технологическим свойствам угли объединяются в статистические группы (марки).
Наряду с промышленно-генетическими классификациями в настоящее время разработаны и широко применяются кодификации углей. Такие системы позволяют достаточно подробно характеризовать отдельные угли или образцы угольной продукции с помощью кодового числа, составленного из кодов основных генетических и технологических параметров. В отличие от промышленно-генетических классификаций кодового типа, в кодификациях не производится объединение отдельных углей в статистические группы (марки).
Достижения современной химии и физики углей, изучение общих закономерностей и особенностей структуры органической массы углей позволяют найти такие показатели структуры, которые могут быть использованы для систематизации углей. По результатам исследований углей с применением комплекса физико-химических методов был разработан проект структурной классификации углей [42]. В настоящее время проводятся исследования, направленные на разработку структурно-химической классификации углей, показателями которой являются параметры ненасыщенности структуры и атомного отношения водорода к углероду [43].
