шахта им. А.Ф. Засядько
Автор:
В.К. Костенко,
Н.Н. Зинченко, В.С. Бригида
Источник:
Материалы IV
Международной
научной конференции студентов факультета геотехнологий и управления
производством. Донецк 2009.
Для Украины, остается актуальной проблема энергетической независимости от стран – экспортеров природного газа (России, Туркменистана, Казахстана). Единственной альтернативой природному газу является уголь и попутно извлекаемый газ – метан. Роль последнего до недавнего времени, в нашей стране, была недооценена, несмотря на то, что наши угольные пласты, одни из самых газоносных в мире. В практике целого ряда стран накоплен многолетний опыт использования альтернативной энергии, а шахтный метан, как альтернативный энергоресурс, все более широко используется в карбюраторных и дизельных двигателях внутреннего сгорания на шахтах и заводах Великобритании, ФРГ, Чехии и других стран. Так, на шахте Ментон (Великобритания) генераторная установка, работающая на метане, полностью обеспечивает потребности шахты в электроэнергии [2].
По имеющимся прогнозам мировое потребление первичной энергии к 2020 г. может возрасти более чем в 1.65 раза [2]. В связи с этим наряду с основными органическими энергоресурсами: нефтью и природным газом из традиционных источников – возрастает роль метана из угольных пластов и угленосных толщ, который является высококачественным. Таким образом, необходимость, возможность и экономическая целесообразность крупномасштабной добычи метана из угольных пластов подтверждается опытом ряда стран. По мнению американских экспертов, это направление будет неуклонно развиваться и к 2020 г. мировая добыча метана из угольных пластов достигнет 78 млрд. куб. м в год [3].
Особенностью газоугольных месторождений является то, что в отличие от традиционных залежей, где природный газ находится в свободном состоянии в порах и микротрещинах (например, в песчанике), в угольных пластах метан, сорбирован углем (находится в связанном с углем состоянии). Кстати, на глубинах до 1 км концентрация метана в угле выше, чем в пористых породах. Но здесь возникает проблема, трудности извлечения его из пласта, которая связана с целым рядом причин. Для начала добычи необходимо пробурить дегазационную скважину. Однако, если газ, содержащийся в песчанике, свободно выходит на поверхность за счет пластового давления, то в залежах угля необходимо создать каналы для его движения (увеличить проницаемость среды). Для этого надо вывести систему “уголь – метан” из состояния равновесия сложившегося за млн. лет формирования пласта. Только тогда метан, постепенно, переходит из связанного состояния в свободное. Затем он мигрирует, за счет вакуометрического давления (создаваемого вакуум-насосной станцией) по образовавшимся трещинам к устью скважины. Причем процесс диссорбции (отдачи связанного с углем) метана из угля довольно продолжителен. Он может длиться до нескольких десятков лет. Это коренным образом отличает метаноугольные пласты от других газовых месторождений. Несмотря на существующую проблему извлечения и утилизации метана из угольных пластов, их дегазация в Донецком бассейне отличается малой эффективностью и высокой энергозатратностью. Методика оценки дегазации не отображает реальной ситуации по всей длине участка. Только на 66 шахтах из 180 имеются действующие дегазационные системы. Проблема их оптимизации крайне актуальна на сегодняшний день.
Разработка методики обработки результатов шахтных замеров, разряжения и концентрации метана, для оптимизации работы дегазационных установок.
Объектом исследования является АП «Шахта им. А.Ф. Засядько», которая расположена в центральной части Донецко – Макеевского геолого – промышленного района на территории города Донецка. Шахтное поле по простиранию граничит на западе с Октябрьским рудником, на востоке – с шахтой им К.И. Поченкова. По падению поле шахты граничит со свободным участком Кальмиуского рудника. Была запроектирована институтом “Южгипрошахт” в 1948 году, сдана в эксплуатацию в 1958. Проектная мощность шахты составляет 1,2 млн. тонн угля. После ввода нового горизонта мощность шахты достигла 1,8 млн. тонн.
Были использованы данные: паспорта выемочного участка 18 восточной лавы пл. m3, таблицы изменения концентрации метана и величины разряжения в кустах дегазационных скважин находящихся по всей длине участка (пикеты 111 и 109 за 02.06.08 – 11.08.08). Мощность пласта m3 изменяется от 1,4 м до 2,3 м. Угол падения пласта изменяется от 14 до 15 градусов. Пласт имеет двухпачечное строение, разделяющий прослой представлен песчаником, мощностью от 0,04 до 0,08 м. Выход летучих веществ колеблется от 30 до 35%, природная метанообильность - от 19 до 23 м3 /т.с.б.м. Пласт опасен по самовозгоранию, выбросам угля и газа, суфлярным выделениям, взрывам угольной пыли.
При анализе таблиц возникают сложности интерпретации данных. Они связаны с тем, что непонятен процесс взаимодействия четырех основных параметров: времени, расстояния до лавы, концентрации и разряжения. Без четкого представления о взаимосвязи этих параметров невозможно определить наиболее продуктивные участки дегазационной сети. Они, в свою очередь, позволят повысить эффективность дегазации за счет рационального управления разряжением, на различных участках сети. Это позволит: сократить энергозатраты на участках с низкой метаноотдачей (где существует негативное влияние горно – геологических условий) и повысить общую долю добытого метана, рационально используя разряжение на продуктивных участках.
Номер пикета соответствует расстоянию до начала участка (пример: 111 пк. – 1110 м до начала участка). Данные за весь период были внесены в МС Excel и после их дальнейшей обработки были построены графики изменения разряжения и концентрации метана (Рис. 1–2). На рисунках пунктирной линией показано изменение концетраци метана, а сплошной линией – разряжение. Отрицательные значения, по оси «х» показывают расстояние от лавы до пикета, когда он уже находится позади лавы, а положительные – впереди лавы. Из рисунков видно, что для 20–ти метрового диапазона (разница изменения расстояний между пикетами 20 м) можно отслеживать зависимость разряжения и концентрации метана от расстояния до лавы.
Рисунок 1 – Абсолютные изменения показателей за исследуемый период по 111 пикету
Для интерпретации полученных графиков недостаточно только абсолютных величин. Т.к. они показывают только существование процесса, а не характеризуют направленность его изменения во времени. Необходимо ввести ряд уточняющих значений. Относительные значения, должны показывать, насколько увеличилось или уменьшилось абсолютное значение. Т.е. характеризовать динамику изменения процесса. Эти значения находятся при отнимании данных взятых за настоящий и прошедший день. Пример 13.06 СН4–111 (концентрация метана в 111 пикете, %) = 73 %, а 09.06 было 80 %, следовательно, Динамика (Д) = 73 – 80 = –7%. Данные динамики приведены на (Рис. 3). Теперь, исходя из динамики, мы можем сравнивать два пикета по направленности изменения (рост или падение) и количественной характеристики этого изменения.
Рисунок 2 – Абсолютные изменения показателей за исследуемый период по 109 пикету
Рисунок 3 – Относительные изменения показателей за исследуемый период по 111 и 109 пикетам
Предложена методика обработки результатов шахтных измерений разряжения и концентрации метана, которая позволяет получить картину процесса выделения метана под влиянием очистных работ.
Получены зависимости метановыделения от разряжения, для 18 восточной лавы пл. m3 АП «Шахта им. А.Ф. Засядько», что позволит разработать рекомендации для улучшения работы дегазационных установок.
1. Проблемы разработки метаноносных пластов в Кузнецком угольном бассейне / Малышев Ю.Н., Худин Ю.Л., Васильчук М.П. и др. М.: Изд–во Академии горных наук, 1997.
2. Энергия: экономика, техника, экология. 2001. № 1.
3. Паспорт выемочного участка 18 восточной лавы пл. m3 шахты им. А.Ф. Засядько