Источник: http://www.tehnopolis.dp.ua/TEX/2002/4/1.htm
Национальной
энергетической программой Украины на период до 2010 года разработаны
пути эффективного обеспечения страны энергетическими ресурсами за
счет активизации развития собственного топливно-энергетического
комплекса. При этом уголь остаётся и на перспективу главным
отечественным энергоносителем. Вместе с тем, только 14% нефти и 30%
газа от общей потребности Украины предполагается покрыть за счёт
внутренних ресурсов. Именно поэтому важное место в "Программе..."
уделяется альтернативным видам энергии, за счёт которых после 2010 г.
будет производиться до 10% всей энергии. Значительное место в этой
области уделяется угольному метану.
В настоящее время выполнена
оценка мировых ресурсов метана угольных пластов. Общий объем метана
оценивается от 93,4 до 285,2 триллиона м3. Украина по ресурсам метана
занимает четвёртое место в мире, уступая лишь Китаю, России и Канаде.
Наши ресурсы составляют более 12 трлн. м3 метана, что в 3-3,5 раза
превышает ресурсы природного газа. На пятом месте находятся
США.
Промышленная добыча угольного метана на основе созданной
индустрии осуществляется только в США. Из года в год объем
добываемого метана увеличивается. В 2000 г. в США добыто и
утилизировано 35 млрд. м3 метана, что почти вдвое превышает добычу
природного газа в Украине. Насколько серьезно американское
правительство относится к рассматриваемой проблеме, красноречиво
говорит тот факт, что в новой энергетической программе, озвученной
президентом США в июне текущего года, метан угольных пластов назван
особо. В газовом балансе США угольный метан составляет 7% от объема
добычи природного газа (515 млрд. м3).
Сегодня Украина потребляет
приблизительно 75 млрд. м3 природного газа в год и только 18 млрд. м3
- за счет внутренних источников. Остальные приблизительно 57 млрд. м3
в год ввозятся из России и других стран СНГ. Украина получает
ежегодно 30 млрд. м3 природного газа из России в счет компенсации за
транспортировку российского природного газа в Европу через
газопровод, расположенный в Украине.
В Украине есть 2 угольных
бассейна, которые имеют достаточное количество угля на нормальной
глубине и подходящих для добычи МУП. Это - Донецкий бассейн,
расположенный на юго-востоке Украины и в западной части России, и
Львовско-Волынский бассейн, который расположен в Западной Украине и
тянется на северо-запад, входя в Люблинский бассейн
Польши.
Львовско-Волынский бассейн занимает около 7500 кв. км на
северо-западе Украины. Шахты расположены на глубине от 300 до 600
метров. Качество угля улучшается с севера на юг: от высокого
содержания летучих до коксующихся со средним содержанием летучих.
Углесодержащие толщи варьируют по мощности от 90 до 140 метров. Здесь
есть три группы пластов мощностью: от 0,5 до 0,7; от 0,7 до 1,0 и от
1,0 до 1,5 метров. Несмотря на недавнюю заинтересованность в
коммерческой плотной тестирующей программе в Львовско-Волынском
регионе (ЕuroGas, Іnс.), все же больший интерес инвесторы проявляют к
Донецкому бассейну, где потенциал выше.
Большинство шахт Донбасса
относительно глубокие, более 700 м, многие - глубиной более 1000
метров. Класс угля улучшается с запада на восток, а также в
зависимости от глубины, изменяясь от газовых, с высоким содержанием
летучих, до антрацитов. Донецкий бассейн в пределах Украины
охватывает более 60000 кв. км. Для сравнения, наиболее активные
бассейны, содержащие метан в угольных пластах США - бассейн Уорриор,
штат Алабама, охватывает всего лишь 15500 кв. км, а бассейн Сан-Хуан
в Нью-Мексике, штат Колорадо -19000 кв. км.
Оценки концентрации
запасов метана в различных регионах Донбасса составляют от 118 до 494
млн. м3 на один квадратный километр. Для сравнения, концентрация в
регионах США с коммерческой добычей метана колеблется от 100 до 437
млн. м3/км2. Из 35 млрд. м3 угольного метана, добытых в 2000 г. в
США, шахтный метан составляет 5% или 1,8 млрд. м3. Следует отметить,
что в американской практике угольным метаном - coalbed methane (СВМ)
называется метан, содержащийся в угольных пластах, а шахтным метаном
- соаl mеnі methane (СММ) - метан, выделяющийся в результате активной
деятельности шахт. В этой связи концептуальная проблема метана должна
включать два основных направления:
1) извлечение шахтного метана с
целью обеспечения безопасных условий работы шахт, улучшения
экологической обстановки и последующей утилизацией этого газа;
2)
промышленное извлечение угольного метана с целью предварительной
дегазации угольных месторождений и получения дополнительных объемов
энергоносителя.
Эти два направления должны развиваться
параллельно, так как многие технические и технологические вопросы
реализации этих работ являются общими.
Безусловно, что извлечение
шахтного метана с целью обеспечения безопасных условий работы шахты
является главным в этой проблеме.
В 1999 году в Донбассе работало
152 газообильные шахты. Среднесуточная добыча на этих шахтах
составляла 144,8 тыс. тонн угля в сутки, в том числе на 44 шахтах,
работавших с применением систем дегазации, среднесуточная добыча угля
составляла 84,4 тыс. тонн.
В 1999 году общее метановыделение на
шахтах Донбасса составило 1700 млн. м3, в том числе метановыделение
из вентиляционных и дегазационных систем шахт, где применялась
дегазация, - 1200 млн. м3. Из них 254,7 млн. м3 газа или 21% общего
метановыделения 44 шахт было каптировано шахтными системами
дегазации.
В 1999 году на 8 шахтах использовалось 55,4 млн. м3
каптированного дегазационными системами метана, что составляет 22% от
метана из дегазационных шахт.
Выход метана в переводе на чистый
эквивалент колеблется от 66 до 3150 м3/ч по 81 шахтам, осуществляющим
добычу метана. Однако только на 39 шахтах получен эквивалентный дебит
чистого метана выше 300 м3/ч и на 25 шахтах - выше 500
м3/ч.
Процентное содержание метана очень низкое: в диапазоне от 5
до 65%, причем на 74% шахт содержание метана ниже 25%, только на 6%
шахт оно превышает 45% и на 9 шахтах содержание метана превышает
35%.
На половине шахт, где дебит чистого метана выше 300 м3/ч,
добываемый газ содержит меньше 25% метана.
Из 41 шахты, где дебит
чистого метана превышает 300 м3/ч, 51% нуждаются в проведении
значительных работ для получения содержания метана в газе больше
25%.
В пределах двух крупнейших угледобывающих объединений -
Донецкуголь и Макеевуголь - можно выделить четыре значительных центра
добычи метана:
• шахта им. Засядько (дебит 3150 м3/ч,
содержание метана всего 20%);
• шахты "Глубокая",
"Заперевальная", им. 60-летия Советской Украины (общий
дебит 1494 м3/ч, хорошее процентное содержание метана);
•
шахты им. Батова, "Чайкино", им. Поченкова объединения
Макеевуголь (дебит 2214 м3/ч);
• шахта им. Бажанова (дебит
1158 м3/ч).
Для извлечения газа в большинстве случаев используется
обычная технология бурения подземных и наземных дегазационных скважин
с последующим подключением их к вакуумным станциям. Как видно из
приведенных выше данных, основным недостатком существующей системы
дегазации является низкое содержание метана в отбираемом газе. Такое
положение приводит с одной стороны к увеличению энергозатрат на
вакуумных станциях, перекачивающих до 80% воздуха, с другой - к
невозможности утилизировать значительные объемы метана, когда его
концентрация в газе не превышает 30%.
Существует целый ряд причин,
обусловливающих низкую эффективность работы дегазационных систем
шахт. Это и технические - отсутствие технологии и техники бурения
длинных горизонтальных подземных дегазационных скважин, большая
протяженность дегазационных газопроводов и их некачественная
герметичность, отсутствие техники направленного вертикального бурения
для сокращения пути транспортировки дегазированного метана на
поверхность; и методические - отсутствие научно обоснованных методик
комплексной дегазации углепородных массивов, активной дегазации
угольных пластов, отсутствие надежной системы контроля количества и
качества извлекаемого газа. Решение этих актуальнейших вопросов
позволит не только обеспечить безопасность на шахтах, но и повысить
добычу газа с более высоким содержанием метана. Увеличение объемов и
качества дегазированного метана позволит не только использовать его
как энергоноситель, но и увеличить производительность действующих лав
за счет снижения эмиссии метана в горные выработки.
Сегодня метан
приносит беды не только под землей и в атмосфере, но и на поверхности
тем, кто не имеет к нему прямого отношения. Так, в Стахановском
регионе Луганской области создалась чрезвычайная ситуация, вызванная
выходом шахтного газа на поверхность и его проникновением в здания и
сооружения. Эта ситуация сложилась в результате выполнения работ по
ликвидации 4 шахт. На территории выделенных угрожаемых и опасных зон
по проникновению шахтного газа расположены 1871 жилой дом, 283
производственных, административных и общественных зданий. Уже
выявлены 78 зданий, в подвалы которых проникает метан.
Зарегистрировано 63 случая воспламенения шахтного метана в зданиях и
сооружениях Донбасса, при этом травмировано 31 человек, один из них
смертельно.
Согласно Киотскому соглашению Украина должна
стабилизировать выбросы парниковых газов на уровне 1990 г., что
составляет 854,1 млн. т. эквивалентно СО2. Наиболее вероятно, что в
2008-2012 гг. выбросы СО2 не превысят 565 млн. т. Украина может взять
обязательства по стабилизации выбросов СО2 в атмосферу, а также
обеспечить снижение эмиссии метана и получить компенсацию от продажи
квот до 2,8 млрд. долларов США.
В этой связи представляет интерес
опыт Германии, где из старых горных выработок закрытых шахт метан
откачивается вакуумными насосами (процентное содержание метана 70%,
дебит 14 м3/мин чистого метана) и перерабатывается на
газодизельгенераторных установках в электроэнергию.
Для
обеспечения рентабельности добычи шахтного газа из закрытых шахт при
значительной производительности необходимо наличие следующих
условий:
• относительно высокий уровень выделения газа из
угленосных отложений;
• предварительное нарушение и разрыв
породного массива в результате горных работ;
• низкий приток
воды;
• изоляция шахты от соседних угледобывающих предприятий
и от поверхности.
В настоящее время промышленная добыча шахтного
газа из закрытых шахт в Донбассе не производится. Газ извлекается
только из старых горных выработок шахты "Центральная-Первомайская",
но для целей безопасности.
Из 13 шахт, которые планируется
закрыть в ближайшее время, рассматриваться могут только те, в которых
уже осуществляется подземное извлечение газа (4 шахты). Из этого
числа, учитывая размеры старых выработок, наилучшим объектом для
добычи газа после закрытия является шахта "Красногвардейская".
Еще
одним важным аспектом работ является изоляция коллектора. Уменьшить
давление в коллекторе до значений ниже атмосферного можно лишь в том
случае, если выработки расположены не вблизи поверхности и при
наличии мощного покрывающего слоя. В настоящее время значительная
часть угленосных пород Донбасса практически выходит на поверхность,
что серьезно затрудняет изоляцию коллекторов, образованных закрытыми
шахтами. На многих шахтах доступ к разрабатываемым угольным пластам
выполнен в виде наклонных стволов, в частности, в южной части
бассейна. Кроме этого, отмечается высокая плотность шахт,
сообщающихся друг с другом. Такие связи могут быть непосредственными
(через штреки и главные сбойки) или непрямыми (через трещиноватые и
нарушенные массивы, окружающие зоны ведения горных работ).
Несмотря
на приведенные отрицательные данные, возможность добычи шахтного газа
должна рассматриваться по каждой шахте, планируемой к закрытию, с
учетом следующих критериев оценки:
• осуществление дегазации
во время горных работ;
• площадь старых выработок;
•
наличие непроницаемых покрывающих пластов;
• наличие
поблизости потенциально крупного потребителя газа.
Исходя из
данных условий, наиболее благоприятные зоны в Донбассе расположены в
Западной части бассейна (район объединения Красноармейскуголь), а
также в юго-западной части Донецко-Макеевского района. Интерес может
также представлять северная граница бассейна вблизи Луганска или
Краснодона в силу наличия здесь покрывающих пластов мезозойского
периода и антиклинальных купольных структур, способствующих
сохранению газа в разуплотненном массиве над старыми горными
выработками.
И все же широкомасштабная промышленная добыча метана
может быть связана с применением технологии СВМ - активного
воздействия на угольный пласт путем его гидроразрыва или другими
методами. В настоящее время такая технология применяется только в
США. Попытка применить её в Саарском угольном бассейне (Германия) не
привела к положительным результатам, из-за больших притоков воды,
низкой газоносности угля и высокой его крепости. По геологическим
условиям этот участок Саарского бассейна аналогичен Западному
Донбассу.
На Украине отсутствует опыт применения гидроразрыва для
промышленной добычи метана. Предварительные оценки показывают, что
для отработки технологии СВМ целесообразно провести отработку
методики на наиболее перспективных участках, где угольные пласты
характеризуются высокими значениями газоносности.
Как и для любого
крупномасштабного проекта, для разработки МУП потребуется создание
правительственной политики в области налогообложения и
законодательства. Украинское правительство уже предприняло первые
важные шаги в создании требуемой схемы работы с тем, чтобы упростить
и оказать содействие в разработке МУП в Донбассе.
Кроме
продолжающихся действий со стороны правительства, требуется также
конкурентоспособный (с точки зрения затрат) рынок для природного газа
(включая МУП). Сюда входят реальное, способное продвинуть рынок,
ценообразование и структура тарифов на транспортные услуги и торговлю
газом. Изменения в этих системах укрепят потенциал и тем самым
привлекут крупные инвестиции, которые требуются для коммерческого
крупномасштабного проекта МУП.