Кризисное состояние угольной отрасли Украины характеризуется устойчивым падением добычи угля, объем которой снизился в 3 раза [1], Производительность труда на шахтах стала самой низкой в мировой практике, затраты на добычу столь значительны, что более дорогого угля не добывает ни одна страна в мире [2]. Вместе с тем, уголь в обозримой перспективе должен быть в Украине приоритетным видом энергоносителя. Теоретический срок службы месторождений топливно-энергетических ресурсов составляет в мировом масштабе 250-300 лет, для нефтяных и газовых - от 40 до 50 лет. А если учесть, что твердое топливо в среднем на 30% дешевле нефтяного, то нет другой альтернативы, кроме перехода к более интенсивной добыче и использованию угля. Многие развитые страны мира, обладающие достаточными запасами угля, в частности, США и Германия, перешли на более широкое его использование [3].

Для Украины в настоящее время в части обеспечения ее энергетики первичными энергоносителями существуют такие серьезные проблемы, как высокая степень зависимости от других стран по обеспечению жидким и газообразным топливом; трудности в развитии ядерной энергетики, практическая невозможность достигнуть прироста гидроэнергетики. В то же время Украина обладает большими собственными запасами углей различных марок. Балансовые запасы углей Украины составляют 41-42 млрд. т (не считая запасов, которые оценены как перспективные, но недостаточно разведанные). Из этих запасов 31-32 млрд. представляют свободные участки, часть которых подготовлена к строительству новых шахт и развитию действующих. Однако конкретный анализ экономической ситуации в стране и в угольной отрасли показывает, что, по крайней мере, в течение 20-ти лет Украина должна ориентироваться на действующий шахтный фонд, который находится не в лучшем состоянии. Для закрытия и реконструкции действующих шахт необходимы очень крупные затраты по крайней мере 15-20 лет [4]. Годовое понижение горизонтов горных работ составляет 10-12 м, т.е. через 50 лет глубина разработки достигнет 1200-1300 м. На ряде шахт Центрального Донбасса уже сегодня ведутся работы на таких горизонтах, условия которых чрезвычайно сложны и опасны. Из вышесказанного следует, что перед угольной отраслью Украины и наукой ее обслуживающей стоят задачи, с которыми не сталкивались в мировой практике угледобычи. Решение их должно быть экономически и экологически выверенными. Из научно-исследовательских приоритетными должны быть работы, которые нацелены на создание техники и технологии для разработки пластов мощностью до 0,9 м на больших глубинах, при этом технология должна обеспечить отсутствие людей в забое либо безопасное от него расстояние [5, 6].

Недостаток энергетических ресурсов в Украине способствует повышению интереса к использованию нетрадиционных источников получения топливно-энергетического сырья. Одним из них, к тому же достаточно перспективным, является метан угольных месторождений.

Ресурсы метана в украинской части Донбасса оцениваются в 6-13 трлн. м3. Для сравнения: объемы поточных разведанных запасов традиционного природного газа по всей территории Украины, по данным атласа "Геология и полезные ископаемые Украины", составляют 1,3 трлн. м3. Согласно оценкам экспертов компании Energy and Communications Solutions LLC, из недр Донецкого бассейна при условии инвестирования приблизительно в $180 млн. ежегодно можно добывать более 12 млрд. м3 газа, тогда как общая добыча природного газа в нашей стране составляет 20 млрд. м3 в год. То есть при научно обоснованной и рациональной добыче метана Украина могла бы обеспечивать себя альтернативным видом энергетического сырья достаточно длительное время. По крайней мере, перевести на этот газ население Донецкого и прилегающих регионов удалось бы точно.

К тому же метан - усложняющий работу шахт фактор. Так, из 190 действующих шахт 90% опасны по показателям выделения метана. Кроме того, с повышением нагрузки на очистной забой и увеличением скорости продвижения в выработке резко возрастает метановыделение из разрабатываемых и сближенных с ними пластов, т.к. расход воздуха, подаваемого для проветривания лавы, ограничен его скоростью в рабочем пространстве. По мере освоения резервных угольных участков и более глубоких горизонтов происходит дальнейшее закономерное ухудшение горно-геологических условий эксплуатации месторождений, при этом одно из первых мест занимает газоносность угольных пластов и вмещающих пород. При отработке угольных пластов в таких условиях все чаще отмечаются активные газодинамические явления - суфляры, а также выбросы угля, породы и газа. И несмотря на значительное сокращение за последнее десятилетие объемов добычи угля и численности работающих, уровень аварийности и смертельного травматизма не уменьшился.

Поэтому представляется целесообразным и необходимым как можно скорее перейти к комплексному использованию месторождений, добывая уголь и газ, а также уточнить возможности, заложенные в принятых государственных программах "Метан", "Украинский уголь", "Повышение безопасности труда на угольных шахтах", а также в нескольких постановлениях Кабинета Министров Украины по развитию промышленной добычи метана угольных месторождений Донбасса. [7]

Газоносность горных пород- количество свободных или сорбированных газов (главным образом метана), которое содержится в единице массы или объёма горной породы в природных условиях. Газоносность измеряется в м3/т или в м3/м3. Наиболее газоносными являются угольные месторождения. Например, при атмосферном давлении 1см3 угля способен сорбировать 7-8 см3 метана или до 18 см3 углекислого газа. С повышением давления в газоносных пластах количество газов, которое может быть ими сорбировано, повышается. Газоносность зависит от влияния многих факторов, важнейшим из которых являются: геологические условия разведываемого района, масштабы газообразования при метаморфизме горных пород, газопроницаемость вмещающих угольных отложений, газоёмкость полезных ископаемых и вмещающих пород. Кроме метана, угольные пласты могут содержать углекислый газ; из отдельных угольных пластов выделяется сероводород или сернистый газ и др. [8]

Центральный угленосный район занимает западную часть Главной антиклинали Донбасса-между рекой Кривой Торец на западе и железнодорожной магистралью Дебальцево-Чистяково на востоке.

Поле шахты им. Ворошилова и её резервный участок расположены в западной части северного крыла Главной антиклинали Донбасса. В административном отношении поле шахты находится на территории города Дзержинска Донецкой области. Геогр. коорд.: 37^ов.д. и 48^ос.ш. Границами шахтного поля являются: на севере - изогипса с отметкой минус 919м по всем угольным пластам, что соответствует горизонту 1160м; на юге - выхода пластов на дневную поверхность и старые горные работы; на востоке - условная линия, проходящая вкрест простирания пластов, на расстоянии 3850 м от ствола №1 (общая граница с полем шахты им. Изотова); на западе - тектоническое нарушение (Дылеевский надвиг ) на расстоянии в среднем 2700 м от ствола №1 на гор.1050 м (общая граница с полем шахты "Торецкая".

Площадь шахтного поля 17,1 км2 при длине по простиранию 6,1 км и ширине 2,8 км.

Поверхность шахтного поля представляет собой холмистую степную равнину, расчленённую балками и оврагами (балки Дылеевская, Шумы). Максимальные абсолютные отметки поверхности (+260-270 м) наблюдаются в северо-восточной части площади, минимальные (197 м) приурочены к северо-западной части.

По данным газового каротажа вмещающие породы характеризуются низкими фоновыми значениями (до 0,2 м3/т). Встречаемость интервалов с более высокой газоносностью пород составляет 7,5% от общего метража исследования, и в основном (72%) они отмечаются по скважине №1598-ц. Повышение газоносности вмещающих пород следует рассматривать как локальные, в большинстве случаев (92,4%) для не больших интервалов (0,5-10 м) исследуемой толщи пород. Только в единичных случаях отмечаются более значительные интервалы (до 44 м).

Метаносность пород в интервалах с повышенной газоносностью возрастает с глубиной их залегания: в среднем от 0,5 м3/тn.в интервале глубин 700-1000 м до 2,0 м3/тn на глубинах свыше 1500 м. Отдельные значения газоносности в условиях повышенной трещиноватости достигает 5,315 м3/тn. Предполагается, что они не являются типичными для данного шахтного поля.

По результатами испытаний с помощью керногазонаборника КА-61 доминирующая метаноносность вмещающих пород составляет 1 м3/тn., повышаясь в единичных случаях до 7,4 м3/тn. Однако отмечается, что отобранные породногазовые пробы находятся в контакте с угольным пластом и содержат повышенные количества рассеянного органического вещества. Изменение метаносности пород находится только в прямой зависимости от содержания в них массовой доли органического вещества. В этой связи характеризовать газоносоность пород угленосной толщи в целом они не могут.

Данные о метаноносности песчаников, полученные керногазонаборниками, вряд ли можно считать представительными в этой связи, так как состав газа в них резко отличается от состава газа в породе по результатом испытаний КИИ-65.

По данным испытаний с помощью КИИ-65 газ в песчаниках содержится как в водорастворенном, так и в свободном состоянии. Газоносность газоводоносных песчаников изменяется в пределах 0,11-0,20 м3/г/ м3 (до 0,1 м3/тn). Газоносные горизонты развиты локально, и их газоносность в основном составляет до 0,6 м3/г/ м3 (0,2 м3/тn) в единичном случае - 1,24 м3/г/ м3(0,5 м3/тn).

По вышеприведённым данным различных методов (газовый каротаж, керногазонаборник КА-61, испытатель пластов КИИ-65) изучения газоносности пород следует, что доминирующая газоносность пород в основном составляет до 0,22 м3/тn.

Мощность интервалов с более высокой (аномальной) газоносностью пород по полю шахты "Северная" незначительная, и составляет (по данным газового каротажа) 7,5% от общего метража исследования.

Метаноносность пород в интервалах с повышенной газоносностью изменяется от 0,6 м3/тn в интервалах глубин с 700-1000м до 2,0 м3/тn, на глубинах свыше 1500м при отдельных значениях до 5,31 м3/тn в зонах повышенной трещиноватости.

Природная газоносность угольных пластов по данным газового каротажа приведена в таблице. [9]

В Донбассе газоносность пластов повышается с увеличением степени метаморфизма углей от длиннопламенных (не превышает 6-8 м3 /т г.м.) к наиболее метаморфизованным каменным углям (до 30-35 м3 /т г.м.) и достигает максимума (до 40 м3 /т г.м.) у низкометаморфизованных антрацитов. Эта закономерность служит основой прогноза газоносности каменных углей. Метаноносность высокометаморфизованных антрацитов (А/12-А/14) независимо от глубины залегания низкая, не превышает 2-3 м3 /т г.м. Поэтому метаноносность антрацитов с глубиной вначале увеличивается до 20-40 м3 /т г.м., а затем снижается до 1-2 м3 /т г.м. по мере роста степени метаморфизма антрацитов. Изменение метаноносности угольных пластов с глубиной от дневной поверхности в пределах Донецкого бассейна приведено в таблице. [10]

На условия дегазации угленосных отложений оказывают влияние разрывная тектоника и вторичная складчатость. В осевой части Главной антиклинали направление и характер трещиноватости Осевого надвига создают благоприятные условия для глубокой дегазации в пределах зоны дробления. Ширина этой зоны не превышает 100-150 м. В местах же сочленения зоны разлома со вторичной складчатостью площадь глубокой дегазации значительно расширяется. Такая газовая депрессия наблюдается в пределах поля шахты им. Ворошилова, по-видимому, обусловленная сочетанием Главного и Дылеевского надвигов и вторичной антиклинальной складкой - Северным куполом.

В настоящее время изучение газоносности угольных бассейнов и месторождений обязательно при геологоразведочных работах на угольных месторождениях. На всех основных угольных бассейнах и месторождениях (Донецком, Кузнецком, Печорском и др.), в трестах и управлениях имеются группы квалифицированных специалистов-геологов: газовые лаборатории и отряды по опробованию угольных пластов и вмещающих пород. [10]

На сегодняшний день главной преградой на пути реализации коммерческих проектов по добыче шахтного метана является его себестоимость, которая пока существенно превышает цену традиционного природного газа. Реальным путем к ее уменьшению может быть организация добычи, прежде всего - на перспективных угольных полях, чтобы заинтересованные в дегазации шахты доплачивали эту разницу. Да и основные затраты по извлечению метана уже сделаны - за годы угледобычи прорублены многокилометровые выработки. По этой схеме уже начато внедрение нескольких мелких проектов.

Длительное время финансирование угольными шахтами работ по дегазации было невозможным в связи со сложным экономическим состоянием отечественной угольной промышленности, которая традиционно остается дотационной, т.е. зависящей от государственных субвенций. Однако в прошлом году ситуация заметно изменилась. В частности, на данный момент недалеко от г. Красноармейска работает экспериментальный полигон по испытанию образцов техники, предназначенной для метановой дегазации шахт.

Можно выделить 3 перспективных направления т.н. метановых работ в рамках рационального комплексного использования углегазовых месторождений:

o проведении предварительной дегазации шахтных полей и угольных участков первоочередного освоения;

o поиске свободных углеводородных газов;

o дегазация закрытых шахт.

Дегазационные системы шахт несовершенны. Содержание метана в смеси, добываемой работающими на шахтах дегазационными системами, в 80% случаев составляет всего 10-25%. В связи с изношенностью оборудования средняя эффективность дегазации за несколько последних лет снизилась с 17% до 13%, а полученные дегазационными системами объемы метана уменьшились с 590 млн. м3 до 230 млн. м3. Практически дегазационные системы не обеспечивают необходимой технической производительности, они требуют реконструкции и обновления.

Устарело и существующее на угольных и геологоразведочных предприятиях оборудование для бурения скважин. В связи с недофинансированием объемы бурения в подземных выработках уменьшились в 8 раз, а с поверхности - в 20 раз.

Остаются актуальными оперативная разработка и внедрение технологий дегазации угольных и породных массивов для использования метана на основе совершенствования известных и разработки нетрадиционных средств и способов его извлечения. [7]

Расчёт средней мощности пласта

М - общая мощность пласта,м;

N - количество прослоев породы.

M N = Мср

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. С.В. Янко Итоги работы угольной промышленности за 1997 г. и задачи на 1998 г.// Уголь Украины. - 1998. - № 1. - С. 14-17.

2. А.Ф. Булат О фундаментальных проблемах разработки угольных месторождений Украины // Уголь Украины. - 1997. - № 1. - С. 14-17.

3. Н.С. Сургай, С.В. Янко, С.П, Фищенко, А.А. Татаринов Уроки истории в угольной промышленности // Уголь Украины. - 1997. - № 4. - С. 3-6.

4. П.И. Пономаренко, Б.Л. Райхель Социально-экономические проблемы энергетики накануне нового века // Философские, социальные и экономические проблемы современной экологии. Сборник Национальной горной академии Украины. - Днепропетровск: - 1998. - С. 54-60.

5. К.Ф. Сапицький Проблеми вугільної промисловості в новому віці // Уголь Украины. - 1998. - № 1. - С. 9-10.

6. Газоносность http://fgtu.donntu.ru/fm/1999-1/13.htm

7. Газоносность http://www.epu.kiev.ua/All/2005/04/10.htm

8. Большая советская энциклопедия, Москва, изд. "Советская энциклопедия", 1971г., т.6

9. Г.И. Андрич, В.И. Мотинов, Н.А. Бень, Т.Н. Хомич, С.Т. Волков, "Геологічний звіт про результи дорозвідки поля шахти "Ворошилова" виробничого об'єднання"Дзержинскуголь". Тм 1. Донецк, 1990-261с

10. В.Г. Белоконь Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР-Москва, "НЕДРА"-1980-217с.