Угольный пласт Питтсбурга является самым толстым и самым обширным угольным пластом в Аппалачском бассейне; [1] следовательно, это самый экономически важный угольный пласт на востоке Соединенных Штатов . Угольный пласт Питтсбурга Верхней Пенсильвании группы Мононгахела обширен и непрерывен, простираясь более чем на 11 000 миль 2 через 53 округа. Он простирается от округа Аллегейни, Мэриленд, до округа Белмонт, Огайо , и от округа Аллегейни, Пенсильвания, на юго-запад до округа Патнэм, Западная Вирджиния . [2] [3]
Этот угольный пласт назван так по своему выходу на поверхность высоко на отвесной северной стороне горы Вашингтон в Питтсбурге, штат Пенсильвания , [4] и считается, что он образует основание верхних угольных пластов плато Аллегейни , [5] ныне известных как группа Мононгахела. [6] Первое упоминание о Питтсбургском угольном пласте, названном HD Rodgers из Первой геологической службы Пенсильвании, [7] было на карте 1751 года. [8]
Часть пласта Питтсбург под долиной Джорджес-Крик в Западном Мэриленде известна как Большая жила [9]. Она изолирована от остальной части пласта Питтсбург горой Сэвидж (часть антиклинали Дир-Парк), горой Негро-Маунтин , горой Лорел-Хилл и горой Честнат-Ридж . Между этими антиклиналями пласты, содержащие уголь Питтсбург, были почти уничтожены эрозией. Исключением является небольшой остаток в округе Сомерсет, штат Пенсильвания , в Берлинской синклинали между горами Негро-Маунтин и Сэвидж-Маунтин . [10]
Уголь Питтсбурга является одним из многих пригодных для разработки угольных пластов, которые откладывались в течение пенсильванской (поздний карбон ) и пермской (330–265 млн лет назад) эпох в опускающемся форландовом бассейне, который был заполнен осадками, смытыми с древнего массива суши, расположенного на востоке. [11] Группа Мононгахела и другие северные и центральные Аппалачские бассейны (рис. 1) Пенсильванские осадки откладывались на аградирующей и проградирующей прибрежной равнине в форландовом бассейне, прилегающем к складчатому и надвиговому поясу Аллегана. [12]
Угольный пласт Питтсбурга образовался во время перерыва в активном отложении обломочных пород, что позволило развиться огромному торфяному болоту. Очень толстое торфяное месторождение было призвано стать одним из самых ценных энергетических ресурсов в мире. Распределение некоторых осадков, особенно русловых песков, могло частично контролироваться глубокими раннекембрийскими разломами фундамента, которые были реактивированы во время орогенеза Аллегани (Рут и Хоскинс, 1977; Рут, 1995).
Значительные части глинистого слоя непосредственно под Питтсбургским углем лежат на несогласии , то есть на старой эродированной поверхности. [13] По этой причине Питтсбургский пласт считается базальным членом группы Мононгахела. Лежащая под ним эрозионная поверхность считается верхней частью группы Конемо, ранее известной как Нижние безрудные меры, поскольку эта формация содержит мало угольных пластов.
Мононгахела в основном состоит из песчаника, известняка, доломита и угля [14] и состоит из серии до десяти циклотем . Во время каждой циклотемы земля была затоплена, что позволило накопить морские отложения, такие как сланец , известняк и песчаник . Когда уровень моря упал, уголь образовался из остатков болот. Некоторые угольные пласты в группе Мононгахела нерегулярны, иногда чуть больше черной полосы в скале, в то время как другие имеют коммерческое значение. [15]
Угольный пласт Питтсбурга имеет латеральную протяженность. Обычно он встречается на юго-западе Пенсильвании в двух уступах, а нижний уступ может иметь толщину более шести футов. [16] Угольный пласт Питтсбург-райдер, который залегает над нижним уступом, может иметь толщину от 0 до 3 футов.
В 1760 году капитан Томас Хатчинс посетил Форт-Питт и сообщил, что на Угольном холме, первоначальном названии горы Вашингтон через реку Мононгахела от форта, есть шахта. Уголь добывался из штреков шахты в Питтсбургском угольном пласте на обнажении вдоль склона холма примерно в 200 футах над рекой. Уголь высыпался в траншеи, вырытые в склоне холма, скатывался к краю реки и перевозился на каноэ и лодках в военный гарнизон. Где-то около 1765 года в этой шахте вспыхнул пожар, который продолжался в течение многих лет, что привело к обрушению части склона холма. Права на добычу были официально куплены у вождей Шести Наций в 1768 году, и с этого момента уголь подпитывал взрывной рост промышленности в регионе Питтсбурга.
К 1796 году угольные шахты простирались вдоль склона горы Вашингтон на 300 саженей (1800 футов), с центром через Мононгахела от Вуд-стрит. 40°25′55.74″N 80°0′24.08″W / 40.4321500°N 80.0066889°W / 40.4321500; -80.0066889 [17] К 1814 году в районе Питтсбурга было не менее 40 угольных шахт, которые работали из штолен в забое угольного пласта с использованием камерно-столбовых методов. [18] [19] К 1830 году город Питтсбург потреблял более 400 тонн битуминозного угля в день для бытовых нужд и легкой промышленности. [20] В начале 19 века уголь из Питтсбурга стал основным источником топлива для города: около 250 000 бушелей (приблизительно 400 коротких тонн) угля потреблялось ежедневно для бытовых нужд и легкой промышленности. [21] Основной причиной перехода с древесины на уголь была экономика. В 1809 году связка дров стоила 2 доллара, а бушель угля стоил 0,06 доллара с доставкой. Угля было много, и рабочие, работавшие на шахтах в миле от Питтсбурга, зарабатывали около 1,60 доллара в неделю и могли производить до 100 бушелей угля ежедневно. [22]
Питтсбургский пласт был основным пластом добычи угля в Америке в конце девятнадцатого и начале двадцатого века. [23] Уголь из Питтсбургского пласта идеально подходил для производства кокса , особенно для доменных печей. Он способствовал развитию большей части юго-западной Пенсильвании, особенно части Питтсбургского пласта, известной как район Коннеллсвилл.
Добыча угля из пластов Питтсбурга началась медленно. Сначала кузнецы и литейщики делали из угля кокс для использования в своих очагах и небольших печах. В начале девятнадцатого века предприниматели в западной Пенсильвании адаптировали британские методы производства кокса для производства кокса для местных металлургических заводов. Чтобы сделать кокс, уголь сжигают в контролируемых условиях, чтобы удалить летучие вещества (газы, выделяющиеся при сжигании угля), в результате чего углерод и зола из угля сплавляются вместе в форме кокса. [24] Они делали кокс в покрытых дерном «кучках», в которых уголь горел медленно и без кислорода, чтобы удалить примеси. Внедрение коксовых печей типа «ульи» в 1830-х годах стимулировало использование угля из пластов Питтсбурга в железных печах, и эти печи производили кокс лучшего качества, чем кучи.
Уголь из пласта Питтсбурга, особенно уголь самого высокого качества, найденный в районе Коннеллсвилля, был лучшим углем в Америке для производства кокса. После преобразования в кокс он был достаточно прочным, чтобы выдерживать вес железной руды, которая была завалена коксом внутри железных печей. Он имеет высокую долю углерода, который ускоряет горение, и низкую долю примесей, включая золу и влагу, которые замедляют горение. Уголь из Питтсбурга также имеет низкую долю серы, которая имеет решающее значение для производства высококачественного железа. Кроме того, пласт Питтсбурга находился недалеко от Питтсбурга, тогдашнего центра растущей американской металлургической промышленности. Кокс приходилось перевозить по воде или по железной дороге к железным печам, а близость пласта Питтсбурга к железным печам давала пласту еще одно конкурентное преимущество перед более отдаленными угольными пластами, которые могли производить кокс.
Добыча угля из пластов Питтсбурга резко возросла после 1860 года, когда быстро развивающаяся сталелитейная промышленность приняла кокс. Производство сталелитейной промышленности резко возросло в конце девятнадцатого и начале двадцатого века, когда резко возрос спрос на стальную продукцию. Чтобы удовлетворить соответствующий спрос на кокс, шахты пластов Питтсбурга значительно увеличили добычу с 4,3 млн тонн угля в 1880 году до пика в сорок миллионов тонн в 1916 году. Большая часть роста добычи угля до 1900 года пришлась на округ Коннеллсвилл. Однако спрос сталелитейной промышленности рос так быстро, что к 1900 году стало ясно, что этот округ не может удовлетворить спрос сам по себе. В 1900-х и 1910-х годах горнодобывающие компании разрабатывали округ Нижний Коннеллсвилл пласта Питтсбурга, значительно увеличив общий объем добычи. Рост добычи угля в Питтсбургских пластах был настолько масштабным и настолько тесно переплетен с производством кокса для черной металлургии, что конец девятнадцатого и начало двадцатого века были названы «золотым веком King Coal, Queen Coke и Princess Steel».
Начиная с 1910-х годов, важные технологические и промышленные изменения положили конец важности Питтсбургского пласта. Коксовые печи для побочного продукта, которые давали больше кокса на тонну угля, заменили большинство коксовых печей с ульями с 1910 по 1940 год. В печах для побочного продукта использовался уголь более низкого качества, чем уголь из Питтсбургского пласта, что значительно снизило спрос на уголь из Питтсбургского пласта. Великая депрессия также внесла значительный вклад в снижение производства. Добыча из Питтсбургского пласта продолжала падать после всплеска Второй мировой войны , поскольку сталелитейные заводы перешли на альтернативные виды топлива, такие как природный газ и нефть, и повысили энергоэффективность чугунолитейных печей. Еще один серьезный удар был нанесен в конце 1970-х и 1980-х годах, когда американская сталелитейная промышленность закрыла многие сталелитейные заводы в регионе Питтсбурга и в других местах. Спад добычи угля в Питтсбургском пласте привел к масштабным социальным и экономическим изменениям на юго-западе Пенсильвании, поскольку безработица росла, регион терял население из-за оттока населения, предприятия, зависящие от доходов шахтеров, закрывались, а налоговые базы муниципалитетов сокращались. [25]
Несмотря на два столетия добычи, осталось около 16 миллиардов коротких тонн ресурсов, причем крупнейший оставшийся блок находится на юго-западе Пенсильвании и в прилегающих районах Западной Вирджинии. Большая часть оставшихся ресурсов к югу от округа Мэрион, Западная Вирджиния, и на запад через большую часть Огайо имеет высокое содержание золы и серы, и вряд ли будет широко добываться в ближайшем будущем, учитывая текущие экономические тенденции. [26]
The Big Vein был обнаружен в 1804 году в обнажении к востоку от Фростбурга, штат Мэриленд , [27] но только в 1824 году началась мелкомасштабная отгрузка в Джорджтаун . Первой шахтой была шахта Нефф, позже известная как шахта Экхарта 39°39′4.46″N 78°54′1.59″W / 39.6512389°N 78.9004417°W / 39.6512389; -78.9004417 . Первоначально добыча была сезонной и в основном ограничивалась зимним временем. Уголь перевозили по суше в Камберленд, штат Мэриленд , а затем грузили на плоскодонные суда для отправки по реке Потомак во время весенних паводков. Шахта Экхарт в Мэриленде начиналась как город-компания, оказывающая поддержку этому городу, а затем эта шахта была объединена с другими более поздними шахтами и стала тем, что сейчас называется Consol Energy .
В 1842 году железная дорога Балтимора и Огайо достигла Камберленда, а в 1850 году последовал Чесапикский и Огайский каналы . Это позволило широкомасштабную эксплуатацию. [28] [29]