علوم زمـــــــــین || زمینی [نقطه] آی آر

زغال سنگ چیست ؟

زغال سنگ نوعي سنگ رسوبي قابل احتراق است و از دسته كانسارهاي رسوبي بيوشيميايي(شامل زغال سنگ ها، شيل هاي نفتي، رسوبات فسفاته گوانو و هيدروكربورها)، تشکيل شده است. 
زغال به طور كلي از عناصر كربن (به صورت تركيبات هيدروكربوري و كربن ثابت)، هيدروژن، ازت، نيتروژن و ناخالصي تشكيل گرديده که درصد اين عناصر در زغالهاي مختلف متغير است. به طور کلي50% زغال را مواد هيدروكربوري و كربن تشكيل مي دهد. 
زغال بر اساس خواص فيزيكوشيميايي و درجه زغالي شدن به چهار نوع مهم زغال آنتراسيت، زغال بيتومينه، زغال ليگنيت، زغال قهوه اي تقسيم مي شوند.
نسبت كربن فرار به كربن ثابت، ضريب سوختن زغال ناميده مي شود. اين ضريب در آنتراسيت زياد و در زغال قهوه اي كم است. درصد هيدروژن، اكسيژن و رطوبت از آنتراسيت به طرف زغال قهوه اي افزايش   مي يابد. 
گياهاني كه در باتلاقها، مردابها و محيطهاي دلتايي رشد كرده اند در شرايط مناسب به زغال تبديل شده اند. تعداد اين گياهان بيش از 3000 گونه تشخيص داده شده است. مطالعات رسوب شناسي و تكتونيكي نشان مي دهد كه محيطهاي دلتايي حاشيه كراتون هاي پايدار و حوضه هاي درون قاره اي مناسب براي تشكيل گياهان بوده است. 
مرز بين زغال سنگ حرارتي و كك شو را نمي توان دقيقاً مشخص نمود. چه بسيار زغال سنگ هايي كه عرفاً حرارتي ناميده مي‌شوند، در حاليكه قابليت تبديل به كك را داشته و سپس در مصارف مختلف از جمله مصارف حرارتي مورد استفاده قرار مي گيرند. تاريخچه اكتشاف و استخراج زغال سنگ به بيش از 2000 سال پيش مي رسد، ولي شواهد زيادي وجود دارند كه حكايت از استخراج اصولي زغال سنگ از قرن دوازده ميلادي دارند.
از آنجا كه زغال سنگ منشأ رسوبي دارد، غالباً در ميان سنگ هاي رسوبي مناطق مردابي و باتلاقي مشرف به دريا بطور متناوب ديده مي‌شود. مواد دربرگيرنده زغال عمدتاً شامل رس، لاي (سيلتستون) در كمر پايين و ماسه سنگ در كمر بالاست. 
زغال‌سنگ از عناصر ميكروسكوپي قابل رؤيتي به نام ماسرال ها تشكيل يافته است. ماسرال ها بر خلاف كاني هاي ديگر ماهيت بلورين و كريستالي ندارند. از كاربردهاي وسيع و در حال گسترش زغال سنگ به عنوان سوخت براي توليد حرارت بوده است. به دليل وجود ذخاير عمده و قابل دسترس زغال سنگ در ايران، استخراج زغال سنگ همواره از اهميت فوق العاده اي برخوردار بوده است.
مراحل زغالي شدن، بخشي از دياژنز و گاهي مرحله اي از دگرگوني محسوب مي شود. گياهان بعد از مرگ در سطح زمين، تحت تأثير باكتري هاي هوازي به مواد آلي و معدني تجزيه مي شوند. در صورتي كه گياهان در رسوبات نرم مدفون شوند و يا در محيط آب قرار گيرند، تجزيه آنها تدريجي و در شرايط غير هوازي صورت خواهد گرفت.
شرايط مهم و اساسي تشكيل زغال عبارتند از عمق زياد، گراديان حرارتي مناسب و طولاني بودن زمان زغالي شدن است که مرغوبيت زغال رابطه مستقيم با عمق، زمان زغالي شدن و گراديان حرارتي منطقه دارد.

انواع كانسارهاي زغال سنگ

مهمترين فاكتور در تغييرات و دگرگوني زغال سنگ درجه حرارت و زمان است عمل دگرگوني يا متامرفيزم نسبت به دو مرحله ذكر شده در بالا زمان فوق‌العاده طولاني‌تر و اثري مهمتر در بوجود آوردن انواع زغال سنگ دارد.
دگرگوني يا متامرفيزم به سه دسته تقسيم مي‌شود:
1 دگرگوني منطقه‌اي
2 دگرگوني حرارتي
3 دگرگونی دینامیک

دگرگوني منطقه‌اي: 
بر اثر قرار گرفتن رسوبات روي طبقات زغال سنگ در عمق و افزايش فشار و حرارت حاصل مي‌شود، كه در نتيجه مواد فرار زغال سنگ ازاءد مي‌شود (بطور متوسط 3-1 درصد در 100 متر) و موجب دگرگوني زغال سنگ مي‌گردد. چون حداكثر رسوب‌گذاري در مركز نادويس‌ها مي‌باشد بنابراين قسمت وسط شامل دگرگوني بيشتري مي‌شود.
در دگرگوني منطقه‌اي متامرفيسم زغال يكنواخت و بطور تدريجي و در يك جهت تغيير مي‌كند، اين دگرگوني كه بطور گسترده عمل مي‌كند روي نام زغال سنگ اثر گذاشته و مي‌گذارد.

دگرگوني حرارتي يا تماسي: 
در نتيجه تاثير حرارت مواد آتشفشان بصورت دايكها يا سيلها و برخورد يا نزديكي آنها با لايه‌هاي زغال سنگ بوجود مي‌آيد. حرارت مواد آتشفشان بين 1050 تا 1300 درجه سانتيگراد بوده و گازهاي حاصل از آن نيز در دگرسان كردن زغال سنگ موثر است. ميزان اثر ماگما بستگي به موقعيت آن نسبت به رگه زغال سنگ دارد در بعضي نقاط ديده شده است كه بر اثر متامرفيسم حرارتي زغال سنگ به كك طبيعي تبديل شده است. اهميت دگرگوني حرارتي محدود بوده گاهي اثر منفي دارد. چه اينكه اين نوع دگرگوني ممكن است باعث از بين رفتن مقداري از زغالها شده يا بواسطه حرارت زياد و بالا رفتن ميزان متافرفيسم زغال سنگ خاصيت كك‌دهي خود را از دست بدهد.
نمونه دگرگوني حرارتي در بعضي نقاط در مجاورت دايكها در معدن سنگرود و اطراف امل ديده شده است.

دگرگوني ديناميك: 
شامل اثرات نيرو‌هايي است كه بر اثر عوامل تكتونيكي و گسل‌ها در روي قشر زمين بوجود آوردن فشار و حرارت مي‌شود كه اگر نزديك رگه‌هاي زغال سنگ باشد روي آنها اثر گذاشته باعث دگرگوني مي‌گردد، همانطور كه در بالا ذكر شد اثر تغييرات دگرگوني منطقه‌اي در يك كانسار تدريجي بوده معمولاً داراي جهت است، به اين معني كه ميزان دگرگوني در كانسارها در يك جهت زياد و يا كم مي‌گردد، در حوضه‌هاي زغال‌دار ايران اين كانون كلي كلا حفظ نشده و در هر قسمتي از كانسارهاي زغال سنگ تقريبا در همه جاي ايران تغييرات شديد مي‌باشد و اين اثر دگرگوني ديناميك مي‌باشد‌، كه اين مسئله خود ما را وادار مي‌سازد از نظر اكتشافي، استخراج و حتي استفاده از زغالهاي كك‌شو روشي محتاطانه و سيستم خاصي را اعمال نماييم. مثلا زغال سنگ كانسار كرمان تغييرات شديد داشته بطوريكه زغال پابدانا و پابداناي جنوبي از نوع زغال سنگ گازدار يا گازدار چرب بوده و مي‌توان در كك‌سازي از آنها استفاده كرد، در حالي كه به فاصله چند صد متر بطرف جنوب زغال سنگ دهرود، نيزار به زغال سنگ لاغز و نيمه آنتراسيت و حتي آنتراسيت تبديل مي‌گردد و باز به فاصله كمي بطرف جنوب شرقي يعني بطرف دره گز و داربيد خون و باب نيزو ميزان متامرفيزم كم شده و در نتيجه كيفيت زغال به نوع كك‌شو و كك‌شو چرب تبديل گشته است.
با ملاحظه تغيير دگرگوني ناوديس كرمان و با در نظر گرفتن موقعيت محلي هر معدن مشخص مي‌شود كه ميزان تغييرات تا چه حد شديد مي‌باشد بطوريكه به فاصله خيلي كمي زغال سنگ بيتومينه‌دار كك‌شو به آنتراسيت و يا بالعكس تبديل مي‌شود.
اين وضعيت در سلسله جبال البرز صادق است و بواسطه اينكه از نظر جغرافيايي گسترده‌تر است به موازاءت آن اين تغييرات وسيعتر مي‌باشد. به غير از دو منطقه البرز و كرمان كه بررسي و مطالعه شده به نظر مي‌رسد كانسارهاي زغال سنگ ديگر نقاط كشور از قبيل اطراف طبس، كاشان، اصفهان و آذربايجان كم و بيش آشنا بوده و در آنها ميزان متامرفيسم گاهي در يك منطقه كوچك بطور شديد تغيير مي‌كند.
در ايران جهت طبقه‌بندي ذخاير زغال سنگ روش روسي مبناي كار قرار گرفت و سپس تغييراتي در آن بوجود آمد. در كشور ما بر اساس طبقه‌بندي ذخاير كانسارهيا مواد معدني جامد و با توجه به وسعت مطالعات و اكتشافات، كيفيت ماده معدني و شرايط معدنكاري، ذخاير زغال سنگ به چهار كاتاگوري تقسيم مي‌گردند كه به ترتيب درجه اطمينان و درجه امكان پذيري استحصال فني و اقتصادي عبارتند از: C2, C1, B, A همچنين ساير منابعي كه بالقوه پتانسيل تبديل به ذخاير را دارند در رده C3 يا ذخاير ممكن و يا منابع فرضي قرار مي‌گيرند. مهمترين ويژگيهاي هر يك از اين كاتاگوريها به شرح ذيل است :

كاتاگوري A: 
براي قرار گرفتن ذخيره‌اي در اين كاتاگوري موقعيت كارهاي معدني و فاصله بين آنها بايد بنحوي باشند كه بتوان شرايط قرارگيري لايه را بطور كامل تشخيص داد و كليه ساختمانهاي زمين شناسي نيز معين باشند. ذخاير اين طبقه قاعدتا در مراحل اكتشافات تكميلي و استخراج ارزيابي مي‌گردند.
كاتاگوري B:
براي قرار گرفتن ذخيره‌اي در اين كاتاگوري حجم و فاصله بين كارهاي معدني و اطلاعات حاصله بايد به حدي باشند كه امكان بدست آوردن شكل صحيح لايه و ميزان يكنواختي در محدوده بلوك مورد ارزيابي وجود داشته باشد. در اين طبقه مشخصات اصلي كانسار تعيين شده اما جزءئيات تكتونيكي و مواردي از قبيل نازك شدن لايه نياز به مطالعات بيشتر دارد. ذخاير اين كاتاگوري در مراحل اكتشاف تفصيلي برآورد مي‌شوند.
كاتاگوري C1: 
ذخايري در اين طبقه قرار مي‌گيرند كه ضخامت لايه‌ها، ساختمان و ميزان يكنواختي و همچنين كنتورهاي ضخامت قابل كار آنها هنوز بطور كامل معين نشده باشند و شرايط قرارگيري لايه‌ها نيز فقط بطور كلي شناخته شده باشد. ذخاير كاتاگوري C1 گاهي بر اساس گروه ساختماني منطقه به دو رده C11 و C12 طبقه‌بندي مي‌شوند.
كاتاگوري C2: 
ذخايري در اين طبقه قرار مي‌گيرند كه مشخصات لايه‌ها از نظر شكل، ضخامت، شرايط قرارگيري و كيفيت زغالها فقط بر مبناي اطلاعات عمومي زمين شناسي و ژئوفيزيكي بدست آمده و فقط در چندين نقطه توسط باز كردن و نمونه‌گيري در محلهاي پراكنده و يا از طريق مشابهت با نواحي اكتشاف شده مجاور شناخته شده باشند.

ذخاير بالقوه يا پتانسيلي C3: 
براي تعيين ذخيره پتانسيلي يك منبع بزرگ معدني در صورت لزوم مي‌توان برآورد را بصورت پيش‌بيني يا استنباطي انجام داد. در اين حالت تعيين شكل هندسي غير ممكن بوده و ذخيره برآورد شده بصورت بسيار تقريبي مي‌باشد. در اين شرايط دقت بررسيهاي اكتشافي بسيار كمتر از آن است كه بتوان اين ذخاير را در يكي از كاتاگوريهاي چهار گانه قرار دارد.
در كشور ما در معادن زغال سنگ كاتاگوريهاي A+B+C1 ذخاير قطعي، كاتاگوري C2 ذخاير احتمالي و رده ذخاير ممكن را تشكيل مي‌دهند.