Копылова О. В., Масленко Ю. В. - Утилизация шахтного метана на горных предприятиях

Аннотация

Копылова О. В., Масленко Ю. В. Проблема утилизации шахтного метана на горных предприятиях. В данной работе рассмотрена возможность использования шахтного метана, как альтернативного источника топлива. Показана экономическая эффективность применения для дегазации сепаратор СЦВ – 7 с последующим использованием собранного газа для нужд шахтного предприятия.

Основное содержание статьи

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. Большинство угольных месторождений, разрабатываемых на территории Донецкого бассейна, являются чрезмерно загазованными (загазованность угольных пластов достигает 50–100 и более м³ на тонну добываемого угля). Вследствие этого при правильном подходе к дегазации угольных пластов и переработке газа, метан может стать важным нетрадиционным источником топлива.

Теоретическое обоснование целесообразности установки оборудования по дегазации угольных пластов является основной целью данной работы.

Тема развития угольной промышленности Украины и, в частности, Донбасса всегда была и остается актуальной. Это обусловлено тем, что в топливном балансе теплоэлектростанций уголь занимает более 90%.

Добыча угля в нашем регионе имеет множество проблем. Одной из основных является то, что угли Донбасса сильно загазованы, что приводит к загрязнению атмосферы и высокой опасности отработки месторождений.

Ресурсы метана в украинской части Донбасса оцениваются в 6–13 трлн. м³. Согласно оценкам экспертов компании Energy and Communications Solutions LLC из недр Донецкого бассейна при условии инвестирования 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 обеспечить себя альтернативным видом энергетического сырья достаточно длительное время. По крайней мере перевести на этот газ население Донецкого и прилегающих регионов удалось бы точно.

В настоящее время на 62 шахтах Донецкой области используются системы дегазации угольных пластов. И лишь на шахте им. А. Ф. Засядько откачанный метан используется на нужды коммунальных построек шахтного предприятия, а так же для заправки автотранспорта работающего на метане.

Правофланговым в деле дегазации в Украине может считаться арендное предприятие "Шахта им. А.Ф. Засядько". Поверхностные бурильные установки заработали здесь 25 лет назад. Тогда же, сполна оценив главное предназначение таких мероприятий – безопасность выработок, - задумались и над использованием горючего газа.

Совершенствуя систему дегазации, "засядкинцы" стали проводить ее не только при помощи наземных установок, но и подземных. Работы осуществляются параллельно с очистной выемкой. Когда появляется система трещин, газ по ним устремляется вверх. А там помогают насосы. Эффект, конечно, не такой, как при поверхностном бурении, когда на-гора выдается 100-процентный метан. Газ из выработок – это метановоздушная смесь, в котором метана от 20 до 50 процентов. Но ведь эта смесь и представляет наибольшую опасность.

Используя пример «засядкинцев» на всех шахтах Донецкой области, где отмечено повышенное содержание метана (а таких шахт в области более 100), рекомендуется установить такое оборудование, для дегазации угольных пластов и переработки метана.

По данным полученным при исследованиях на Кузбасе наиболее экономически выгодным является использование комбинированных методов дегазации, т.е. поверхностных и подземных. На поверхности рекомендуется установить бурильные установки с применением искусственных методов повышения газпроницаемости угольных пластов. Непосредственно на глубине для дегазации предлагается устанавливать сепаратор СЦВ – 7 изготовленный конструкторским бюро Кочубея «НПО Конструкторское бюро Кочубея», для сепарации шахтного газа.

Комбинирование данных методов позволит через пробуренные шурфы откачивать метан. Концентрация метана при такой откачке составляет 25–40%, что делает возможным его использование в качестве топлива для газо-поршневых установок и другого оборудования.

Предлагаемая установка данного оборудования на шахтах области является очень затратным мероприятием, которое безусловно является выгодным и приносит прибыль не только шахтному предприятию, но и области в целом.

Рассматривая экономический аспект использования дегазирующих установок на шахтах, было выяснено следующее:

- в Донбассе практически все шахты начинали свою работу во времена СССР;

- метан в угольных пластах является основной и наиболее старой проблемой, возникающей при отработке угольных месторождений;

- на всех шахтах Донбасса используются скважины пробуренные с поверхности для вентиляции и частичной дегазации отрабатываемых пластов.

В связи с вышесказанным, комплексная установка дегазирующего оборудования на шахте не выглядит такой дорогостоящей как при начале рассмотрения данной проблемы.

При исследовании возможности установки на шахтах дегазирующего оборудования было выяснено, что бурильные установки для наземной дегазации пластов можно взять в аренду в «Укругольгеологии». Там предлагают установки отечественного производства, которые являются аналогами импортного скоростного оборудования.

Для подземной дегазации сепаратор СЦВ-7 выгоднее закупить у российского представителя «Газпром» с его доставкой на место использования.

Предположим, одна из шахт Донецкой области решила приобрести один сепаратор СЦВ-7 с максимальной мощностью и собирается установить его для каптирования метана из массива. Так же на шахтном предприятии уже установлены и успешно работают бурильные установки с применением искусственных методов повышения газпроницаемости угольных пластов. При проведении данных мероприятий шахта получает метан либо метановоздушную смесь.

Следовательно, возникает вопрос о том как использовать полученный газ? Традиционным для шахт Украины остается использование газовоздушной смеси в качестве топлива в шахтных котельных установках.

На большинстве шахтных предприятий котельная шахты работает на собственном угле, годовой расход топлива при 100% нагрузке котла составляет 32150 тонн, стоимость которого при отпускной цене 530 грн/т равняется 17,04 млн. грн. Срок окупаемости капиталовложений на перевод котельной на метан дегазации даже при 75% нагрузке котла составляет не более 3,5–4 месяцев.

Перспективным направлением использования газа метана на предприятии является его применение для заправки автомобилей. Используя опыт шт. «им. А. Ф. Засядько», можно утилизировать катим образом около 25% оставшегося дегазируемого метана. А следовательно перевести автотранспорт шахтного предприятия на метан.

Метан - это бесценное топливо, которое может использоваться как для заправки автомобилей, так и для других нужд народного хозяйства. Достаточно его просто извлекать из угольных пластов и использовать в производстве. Применение метана, а также нефтяных попутных газов – пропана и бутана – в качестве топлива для автотранспорта обходится намного дешевле бензина или дизельного топлива.

Кроме того, метан практически безвреден. Использование его как альтернативного вида топлива для автомобилей уменьшает вредные выбросы в атмосферу углеводородных соединений в 5–10 раз, оксида азота – вдвое, а также позволяет полностью исключить выбросы сажи и свинца, которые, не секрет, могут привести к тяжелым болезням.

Украина обладает огромными, фактически не разработанными ресурсами метана угольных месторождений. По его запасам наша страна занимает четвертое место в мире. Специалисты оценивают их объем в пределах 12–17 трлн. кубометров. Но наша специфика в том, что его запасы в угленосных толщах в несколько раз превышают залежи, которые содержатся в газовых месторождениях. Этот "шахтный", попутно добываемый метан, используется почти во всех угледобывающих странах: Польше, Германии, Франции, Великобритании и США. Его добыча в Украине особенно выгодна, поскольку наши шахты очень метанообильны.

В статье предложено решение актуальной проблемы, заключающейся в разработке рекомендаций по использованию шахтного метана. За основу взят метод дегазации, с помощью наземных буровых дегазирующих установок и подземного сепаратора СЦВ-7.

Данный агрегат обладает рядом экономических преимуществ перед другими методами дегазации, при этом решая те же экологические проблемы.

Научные исследования по экологизации горного производства должны быть направлены на создание замкнутых технологических схем с наиболее полным извлечением полезного ископаемого и сопутствующего минерального сырья, экологически чистых технологий, технологических процессов и оборудования, пока эта "обильность" по большому счету приносит только вред окружающей природной среде. Потому что из-за взрывов газа в угольных шахтах гибнут сотни людей. Из 219 шахт Украины 95% – газовые, 70% – опасные по взрывам угольной пыли, 45% - опасные по газодинамическим явлениям, 30% – опасные по самовозгоранию угля. И самое трагичное в том, что государство на сегодня контролировать этот процесс не в состоянии. Добыча и переработка газа налажена настолько слабо, что "шахтный" метан в прямом смысле этого слова выбрасывается на ветер, как это ни прискорбно - вместе с человеческими жизнями.

Библиографический список

1. Панов Б.С. и др. Современные экологические проблемы Донецкого бассейна // Геофизический журнал. - 2003. - №3.

2.Гуревич Ю.С., Егоров А.Г. Утилизация шахтного метана с учетом требований промышленных потребителей. Учебное пособие по дисциплине «Управление состоянием массива горных пород». М.: МГИ. - 1990. – 57 с.

3. Ястребинский М.А. Методология оценки стоимости экономического потенциала горных предприятий. М.: МГГУ. - 1999.

4. Гукова О. А. Ефимов Е. Г. Збірка доповідей Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів» том 1.«III міжнародна наукова конференція аспірантів та студентів» // Донецьк – 2004. – 193 с.

5. Ресурсы сети интернет: http://mpe.kmu.gov.ua – Сухорукова Е. Укрощение строптивого. Метан - враг или друг горняков. «Голос Донбасса» № 13(579) от 13.05.2004