Бесспорно, одним из основных вопросов, который значительно влияет на дальнейшее развитие экономики Украины, по-прежнему остается вопрос энергоносителей. Украина, на сегодняшний день обеспечивает лишь 22,5 % государственных нужд по потреблению природного газа, (потребление 80 млрд. м3, добыча 18 млрд. м3). Большая часть газа, для покрытия дефицита, импортируется из стран СНГ (Россия, Туркменистан и др.). Недавнее повышение цен на энергоносители и большой внешнеэкономический долг перед Россией, особенно остро поставил вопрос по поиску и разработке альтернативных энергоносителей.
Одним из таких альтернативных источников в Донбассе, исходя из специфики района, которая представлена большей частью горнодобывающими предприятиями, можно рассматривать шахтный газ метан. В последнее десятилетие, из-за роста глубины работ (до 1500 м), повышается выделение метана из угольных пластов, что является одним из сдерживающих факторов, определяющих предельную нагрузку на лаву. Так увеличение глубины разработки с 300-400 до 600-800 м снизило эффективность предварительной дегазации пластов в Донецком бассейне в 1,5-2 раза. Для снижения концентрации метана, выделяемого при добычных работах в лаве, а также для повышения безопасности ведения горных работ, применяется система дегазации из угольного массива и вмещающих пород, посредством дегазационных скважин. В настоящее время, из всего объема, выделяемого шахтами, системами дегазации извлекается лишь 15% метана, из него утилизируется лишь 7%.
Исходя из курса политики, взятого Украинским правительством по присоединению и вступлению в Евросоюз, необходимо отметить, такой аспект, как экологическая безопасность. 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 (по оценкам специалистов, угольные пласты и вмещающие породы Украины содержат свыше 11 трлн. кубометров метана). Таким образом, с точки зрения экологической безопасности и парникового эффекта, переработка шахтного метана является весьма актуальной.
Основная цель работы заключается в аналитическом рассмотрении возможности переработки шахтного газа-метана, а также охарактеризовать текущее положение, а также возможные предпосылки по внедрению когенарционных установок в Украине. Для определения области использования когенерационных установок на шахтах Донбасса, с точки зрения экономического эффекта, рассматриваются и сравниваются 2 варианта ведения очистных работ: столбовая, с системой дегазации и без нее, а также комбинированная системы разработки.
С точки зрения научной новизны, программа, используемая для расчетов, может наглядно показать студентам, изучающим вопросы в данной области, как и какие горно-геологические условия влияют на себестоимость тонны угля. Так, при изменении параметров, вводимых в программу, это можно наглядно продемонстрировать с помощью диаграмм и таблиц.
Практическая ценность данной работы в определении области применения когенерационных установок на угледобывающих предприятиях Донбасса. С помощью программы рассчитывается себестоимость тонны угля при использовании когенерационной установки и без нее, для столбовой системы разработки. Для расчетов взяты средние величины по горно-геологическим характеристикам и условиям шахт Донбасса. Для данных условий составлены графики и диаграммы себестоимости тонны угля.
Обеспечение безопасности горных работ в сложных условиях отработки свит угольных пластов, опасных по выбросам угля и газа, в значительной степени зависят от выбора рационального варианта ведения горных работ и мероприятий по дегазации пластов и вмещающих пород. С каждым годом неуклонно увеличиваются объемы бурения скважин как с поверхности для предварительной дегазационной подготовки угольного массива, так и по угольным пластам из горных выработок для заблаговременной дегазации отрабатываемых пластов.
Надежное удаление возникающего газа с помощью достаточной вентиляции и эффективного отсоса имеет, таким образом, жизненно важное значение. Так в горнодобывающей промышленности можно избежать аварий, повысив продолжительность эксплуатации и добычу.
Метанобезопасность отработки пластов с нагрузками на лаву более 4-5 тысяч тонн в сутки может быть обеспечена только комплексной дегазацией. Обеспечение метанобезопасности требует значительных затрат энергии. В частности, энергозатраты на добычу тонны угля составляют до 140 МДж, из них до 65% - это энергозатраты на вентиляцию и дегазацию.
Часть энергозатарат можно вернуть за счет переработки газа-метана, выделяемого при добыче угля, в когенерационных установках. А при достаточно долгом их использовании, возможно, и снизить себестоимость угля.
Когенерация электрической и тепловой энергии представляет собой энергоэффективную технологию, которая может сыграть важную роль в XXI веке в осуществлении перехода Европы на путь устойчивого развития. С помощью когенерационных установок возможно одновременное производство нескольких видов энергетических услуг:
отопление и холодоснабжение зданий;
выработка электроэнергии для освещения и работы двигателей;
производство технологической энергии для промышленности и т. д.
На сегодняшний день, в горной практике по осуществлению дегазации, существует 3 основных источника извлечения метана:
из дегазационных скважин (концентрация - 94-97%, дебит - до 30 м3/мин, давление - до 10 МПа);
в процессе дегазации метановоздушной смеси, содержащей около 15-60% объема метана, его расход - 20-70 м3/мин;
из вентиляционного шахтного воздуха (включение метана в нем - всего 0,3-1%, но происходит большой расход воздуха - около 10 тыс. м3/мин (т.е. 17 т в сутки) на один вентиляционный ствол).
В данной работе рассматривается метан, извлекаемый из дегазационных скважин и выдающийся на поверхность по дегазационному трубопроводу. Дегазация разрабатываемых угольных пластов подготовительными выработками применяется при столбовых системах разработки и пластовой выработке. При этом выработки выемочного участка (поля) после окончания проведения должны проветриваться обособленно или временно изолироваться. Данный способ дегазации может применяться на пластах любой мощности. Срок эффективной дегазации - 6-8 мес.
Длина подготовительных выработок определяется элементами принятой системы разработки. Продолжительность дренирования пласта выработками предопределяется календарным планом подготовки и выемки участка.
Для исследования области применения когенерационных технологий в условиях шахт Донбасса был составлен алгоритм расчёта в программе Microsoft Exсel.
В Украине сегодня в решении вопроса применения когенерационных установок существует ряд проблем и вопросов, требующих решения:
Создание правовой базы для решения вопросов по использованию шахтного метана;
Решение проблемы торговли квотами;
Государственное инвестирование проектов по внедрению когенерационных установок или привлечение частных, внутренних или зарубежных инвестиций;
Развитие программ по переработке метана с точки зрения экологической безопасности.
В разделе 1 основной части рассмотрена проблематика вопроса об утилизации шахтного метана: основные понятия и термины, рассмотрены основные положения Киотского протокола, описано государственное регулирование добычи метана.
Раздел 2 работы анализирует газоносный массив Донбасса с позиции геологии.
Отечественный и зарубежный опыт использования шахтного метана и международное сотрудничество в этой сфере описаны в разделе 3.
Раздел 4 основной части посвящён технологическим аспектам когенерации, рассмотрены вопросы безопасности, описана когенерационная установка, вопросы повышения качества дегазации и шахтной вентиляции.
В разделе 5 представлена исследовательская часть работы. Методика исследований - экономико-математическое моделирование. Представлены особенности применения дегазации на добычном участке, предложен анализ технологий разработки угольного пласта комбинированной системы разработки как альтернатива дегазации и столбовая система разработки с дегазацией как противоположный вариант.
Подробный обзор существующих исследований и разработок по теме приведён в разделе Библиотека.
Предварительно можно сделать следующие выводы:
Обоснованно судить о целесообразности применения когенерационных технологий в Украине можно будет после принятия Парламентом необходимых правовых документов, в частности установления размеров штрафов за выбросы парниковых газов согласно Киотскому протоколу;
Предприятия, применяющие когенерационные технологии, потенциально имеют возможность получать финансовую прибыль от торговли квотами на атмосферные выбросы;
Широкий зарубежный опыт позволяет сделать вывод о целесообразности использования когенерационных технологий, но для широкого внедрения их в Украине необходимо решить ряд правовых, технических, финансовых и организационных вопросов.
