БИБЛИОТЕКА ФОРМИРОВАНИЕ ЭФФЕКТА ОТ ДЕГАЗАЦИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ПЛАСТА К.С.Коликов,проф., д.т.н., А.Л.Пучков, доц., к.э.н. Угольный метан является одной из основных опасностей, возникающей при разработке угольных месторождений. Одновременно он также является и ценным углеводородным сырьем, огромные запасы которого заключены в угольных пластах и вмещающих их горных породах. При системном решении проблем угольного метана, при рассмотрении возможности его включения в топливно-энергетический баланс, одной из проблем является оценка эффекта от дегазации разрабатываемого горного массива, который будет складываться из эффекта от предотвращенных потерь и эффекта от утилизации.
Поскольку газовый фактор является одним из основных сдерживающих факторов роста интенсивности ведения подготовительных и очистных работ, дегазация является неотъемлемым элементом технологии отработки газоносных угольных пластов.
Характерная черта современной дегазации - рост газовыделения, с одной стороны, а с другой - усложнение условий применения и снижение эффективности способов дегазации. Так, например, увеличение глубины разработки с 300-400 до 600-800 м снизило эффективность предварительной дегазации пластов в Карагандинском и Донецком бассейнах в 1,5-2 раза.
Особенно это сказывается на состоянии горно-подготовительных работ. Значительно осложняет разработку пластов возрастающая с глубиной их выбросоопасность. Проведение подготовительных выработок в таких условиях производится с применением локальных противовыбросных мероприятий, таких, как гидроотжим, увлажнение угля и бурение опережающих скважин. Это приводит к значительному ухудшению технико-экономических показателей проведения выработок: темпы снижаются в 1,5-2 раза, производительность труда проходчиков - в 1,2-1,4 раза по сравнению с показателями, достигнутыми при проведении выработок по пластам, не опасным по внезапным выбросам угля и газа. Весьма низок и уровень организации труда из-за больших простоев, связанных с осуществлением мероприятий по предупреждению внезапных выбросов, достигающих 25-50 % общей продолжительности проведения выработок.
При выделении огромного количества метана в атмосферу предприятиями угледобывающей промышленности России, в себестоимость добычи угля включается доля затрат на управление газовыделением. Себестоимость добычи угля в шахтах глубиной более 800 м повышается из-за влияния газового и теплового факторов на 5-6 % на каждые 100 м углубления горных работ. При метановыделении 30 м3/т нагрузка на очистной забой составляет всего 10-25 % технической производительности добычного оборудования.
Постоянное ухудшение горно-геологических условий отработки и развитие техники определяют высокую актуальность данной проблемы на перспективу.
Для обеспечения нагрузок на уровне 5000-8000 т/сут при газоносности угольных пластов более 20 м3/т в современных горнотехнических условиях эффективность дегазации добычного участка должна составлять не менее 80-85%, а разрабатываемого пласта 45-60%.
На добычных участках, разрабатывающих высокогазоносные угольные пласты, применяется до 5-6 различных способов дегазации. При этом выбор способов осуществляется без должного экономического обоснования по критерию технической эффективности с предпочтением способам текущей дегазации, что приводит к снижению безопасности труда.
Как известно, проблема угольного метана имеет три основные составляющие:
Решение проблемы безопасности во многом определяет эффективность горных работ: объемы и темпы проведения подготовительных выработок, нагрузку на очистной забой.
Сырьевая составляющая решается за счет использования извлекаемого метана. При этом важное значение имеют параметры газа, которые зависят от способа дегазации.
В последние годы все большее внимание уделяется вопросам снижения эмиссии метана, на долю которого приходится около 20 % парникового эффекта.
При выборе способа дегазации необходимо учитывать не только затраты на реализацию способа, но и упущенную выгоду, которая определяется возможными объемами снижения подготовительных работ, повышением темпа проведения подготовительных выработок и нагрузки на очистной забой.
При определении рациональных затрат на мероприятия по дегазации, распределенные по времени существования шахты, актуален вопрос об оптимальном распределении затрат на предварительную и заблаговременную дегазацию с одной стороны и сопутствующую дегазацию с другой стороны. Затраты на предварительную, заблаговременную с одной стороны и сопутствующую дегазацию с другой стороны будут затратами на мероприятия предупредительного и компенсирующего характера. При оптимальном распределении затрат на мероприятия предупредительного и компенсирующего характера будет достигнут наибольший эффект от дегазации. Рациональные затраты на мероприятия по дегазации определяются из условия минимизации возможной упущенной выгоды и общих издержек на дегазацию. Соответственно, при этих условиях будет достигаться максимальный эффект.
Упущенная выгода определяется возможными объемами снижения подготовительных работ, повышением темпа проведения подготовительных выработок и нагрузки на очистной забой.
Проведение мероприятий по дегазации обеспечивает угледобывающему предприятию возможность получения дополнительного дохода за счет использования метана.
Упущенная выгода от повышения темпа проведения подготовительных выработок может быть определена по формуле:
У1 = (1- V1/V2) Кс Сд Д1 λп.з. Vуч / 100Vш, (1)
где V1,V2 - скорость проведения подготовительных выработок соответственно средняя по шахте и в зоне дегазационной подготовки, м/мес;
Упущенная выгода от повышения нагрузки на очистной забой :
У2 = [0,1 +0,7( к -1,1)] λ*п.з. Сд Д1с N / 100, (2)
Упущенная выгода от снижения объема проведения У3 подготовительных работ определяется затратами на проведение этого объема выработок.
Экономический эффект от утилизации извлеченного метана определяется не только объемом, но и способом. В случае утилизации в шахтной котельной он будет определять объемом замещенного угля:
Эу = Qм Сд cу/1000см , (3)
где Qм - количество извлеченного метана, м3;
Основная проблема в настоящее время заключается в том, что способы дегазации принципиально различаются по объемам необходимых для их реализации первоначальных вложений, и отсутствует строгое соблюдение Правил безопасности. Следует отметить и явную тенденцию роста доли текущей дегазации, при сокращении предварительной, что в конечном итоге приводит к снижению безопасности ведения горных работ.
Так по экономическим показателям современная технология заблаговременного извлечения метана является наиболее дорогостоящим дегазационным мероприятием. В Карагандинском угольном бассейна на глубине разработки до 600 метров при величине затрат на сооружение одной скважины 40 - 50 тыс. у.е., срок окупаемости этих затрат (с учетом процентной ставки на инвестированные средства в 12% в год) в среднем составляет 8-9 лет.
При пластовой дегазационной подготовке, затраты на сооружения дегазационного источника, состоящего из 10 скважин, оцениваются в 3тыс. у.е. при сроке их окупаемости до 6 месяцев.
Извлечение метана из выработанного пространства действующих очистных забоев через скважины, пробуренные с поверхности или из горных выработок, можно одновременно рассматривать как способ обеспечения безопасности горных работ как способ эффективного извлечения метана. При затратах на сооружение одной вертикальной скважины на пласт д6 в 7-8 тыс. у.е сроке окупаемости этих затрат составляет около 5 месяцев.
При этом последние два способа значительно снижают свою эффективность с ростом нагрузок на очистные забои, что в перспективе обострит вопросы безопасности.
Широкое распространение заблаговременной дегазации сдерживается в первую очередь необходимостью долгосрочных вложений. В этих условиях большой интерес представляет возможность снижения выбросов парниковых газов при заблаговременной дегазации. В том случае, если в соответствии с Киотским протоколом будет реализован механизм торговли квотами на выбросы парниковых газов (ПГ), необходимо учитывать величину снижения эмиссии ПГ. Следует подчеркнуть, что в эту категорию попадает угольный метан действующих шахт, а не весь угольный метан. Естественно, что на величину углеродного эквивалента влияние оказывает и способ утилизации метана. Однако даже при обычном сжигании метана в факеле обеспечивается значительное снижение выбросов ПГ. Так 1 тонна СО2 образуется при сгорании 512 м3 СН4, которые при выбросе в атмосферу эквивалентны 7,16 т СО2. Следовательно, сжигание каждой 1000 м3 метана эквивалентно снижению выбросов СО2 на 12 т. При стоимости тонны углеродного эквивалента порядка 10 у.е. экономический эффект даже в случае факельного сжигания превышает затраты на заблаговременную дегазационную подготовку.
Для повышения экономической эффективности извлечения метана на угольных шахтах необходимо определить рациональные затраты на мероприятия по дегазации, распределенные по времени существования шахты. В каждом конкретном случае существует оптимальное распределение затрат на предварительную и заблаговременную дегазацию с одной стороны и сопутствующую дегазацию с другой. Ухудшение горно-геологических условий отработки и развитие техники определяют высокую актуальность проблемы повышения экономической эффективности извлечения метана на ближайшую перспективу.
|