Источник: Сборник института горного дела и геологии, V Международная научно-практическая конференция студентов, 2010.
По оценкам ряда специалистов, на территории СНГ запасы метана в угленосной толще в 5-7 раз превышают запасы природного газа и оцениваются в 100-150 трлн. м³. Угольные шахты Донбасса классифицируются, как одни из самых газоносных в мире. По ресурсам метана Украина занимает 4 место в мире после Китая, России, Канады, опережая США. По последним оценкам наши ресурсы составляют 12 трлн. м³. Следовательно, основные угольные бассейны необходимо рассматривать как газо-угольные и предусматривать при их освоении добычу не только угля, но и метана.
Необходимо также учесть экологический аспект. На основании того, что метан - это один из шести основных газов, создающих парниковый эффект (причем он в 21 раз больше по сравнению с СО2 в расчете на 100-летний период) утилизация его становиться необходима исходя из объемов выбрасываемых в атмосферу. Таким образом, с точки зрения экологической безопасности и парникового эффекта, переработка шахтного метана является весьма актуальной.
ГОАО "Шахта им. М.И. Калинина" в результате проведения дегазации угольных пластов ежегодно выбрасывает около 4,5 млн. м3 шахтного метана, приведенного к 100 % концентрации. Источниками выделения метана в выработку выемочного участка являются: разрабатываемый угольный пласт, сближенные угольные пласты (спутники) и вмещающие породы. Долевое участие каждого из источников в формировании метанообильности выработок отражается в структуре газового баланса и с учетом в конкретных условиях, коэффициента дегазации.
Расчетным путем установлено, что относительная метанообильность участка составляет 50,25м³/т, метановыделение разрабатываемого пласта составляет 13,88 м³/т, относительное метановыделение из спутников составляет 18,74 м³/т, метановыделение из вмещающих пород составляет 17,63 м³/т.
Расчет параметров дегазации.
Вынимаемая мощность пласта – 1,3 м
Угол падения пласта º
Длина лавы – 220 м
Схема проветривания - возвраточная
Скорость продвигания очистного забоя - 1,8
Планируемая нагрузка на лаву - 780 т
Сечение лавы для прохода воздуха – 3,84 м ²
Максимально допустимая скорость движения воздуха по лаве - 4,0 м ²
Допустимая концентрация метана в исходящей струе воздуха – 1,0 %.
Абсолютное метановыделение на участке по прогнозу дегазации источников метановыделения составит 27,2 м³/мин, а коэффициент дегазации, при котором обеспечивается нормальное по фактору метановыделение, составляет 0,75.
Частичное использование указанного объема метана возможно при сжигании его в котельной. Однако сезонное использование метана в котельной не позволяет эффективно его утилизировать.
С целью исключения выброса метана в атмосферу и повышения эффективности его использования предлагается установить на территории шахты две когенерационных установки (модульного исполнения) с газо-поршневыми двигателями и генераторами мощностью 1053 кВт каждая напряжением 6,3 кВ. Расчетами установлено, что указанная установка позволит вырабатывать электрическую энергию в объеме порядка 16 млн. кВт·ч в год и частично обеспечит потребителей шахты горячей водой.
Основные сведения о когенерационной станции.
Когенерационная станция (КС) представляет энергетическую установку, состоящую из 2-х модулей, в состав которых входят:
· газопоршневой 4-х тактный 20-ти цилиндровый двигатель типа J320 GS, изготовитель GE Jenbacher (Австрия);
· электрический генератор типа DIG 120 g/4 номинальной мощностью 1053 кВт, изготовитель AVK;
· система утилизации тепла, поставляемая комплектно изготовителем двигателя;
· панели управления, система синхронизации, защиты и мониторинга для каждого модуля.
Когенерационная станция предназначена для полезного использования метана, дегазируемого ГОАО "Шахта им. М.И. Калинина", с целью выработки электрической и тепловой энергии для потребителей шахты.
Электрическая нагрузка ГОАО "Шахта им. М.И. Калинина" в целом не превышает 6 МВт, а годовое потребление электроэнергии составляет порядка 53 млн. кВт·ч/год.
Генерируемая электрическая мощность КС за вычетом собственных нужд составляет не более 2 МВт с планируемой выработкой электроэнергии до 16 млн. кВт·ч/год. Обеспечение надежности электроснабжения электроприемников шахты сохраняется от действующей энергосистемы. КС выполняет функции утилизации шахтного метана.
Присоединение когенерационной установки предлагается выполнить к РУ-6 кВ компрессорной станции и вентилятору ВЦ-5 с сохранением на них действующих вводов 6 кВ от РУ-6 кВ подстанции "Калинина-новая".
В условиях больших глубин при существенно большем содержании метана в углях растет ограничение нагрузок на очистной забой по газовому фактору, что требует применения принудительной дегазации. Таким образом, установка когенерационных станций позволит повысить безопасность подготовительных и производительность очистных работ вследствие снятия ограничений по газовому фактору.
Экономия электрической энергии благодаря установке когенерационных станций на предприятии составит 32 млн кВт·ч/год. Экономический эффект составит:
Э = Ээ * Ц,
где: Ээ – количество электрической энергии, вырабатываемой когенерационными станциями, кВт·ч/год;
Ц – действующий тариф на электроэнергию для предприятий, грн/ кВт·ч/год.
Э = 32000000 * 0,582 = 18624000 грн.
Таким образом, извлечение метана угольных месторождений позволит решить одновременно несколько задач: использовать извлеченный метан для выработки электроэнергии, тепла и т. п.; уменьшить выбросы метана в атмосферу; снизить объем выделения метана в горные выработки и тем самым повысить безопасность и эффективность добычи угля.