ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШАХТНОГО МЕТАНА
СЫСОЕВА Н.С. (ДОННТУ), АРТАМОНОВ В.Н. (ДОННТУ)
Збірка доповідей студентів та аспірантів першої регіональної конференції «Комплесне використання надр», 24 листопада 2008 р., м. Донецьк, 2008. - С. 13-16
В настоящее время Украина ежегодно потребляет около 75 млрд. кубометров природного газа, из которых лишь около 18 млрд. кубометров добывают в самой стране. Более 75 % потребляемого газа стране приходится импортировать из других государств. К сожалению, увеличить объемы собственной добычи природного газа (кроме угольного метана) в Украине экономически невозможно, поскольку для дальнейшей разработки относительно небольших и более глубоких запасов необходимы огромные капиталовложения и инвестиции, которыми государство не располагает.
В тоже время выбросы метана, которые являются неотъемлемой частью при работе угледобывающего предприятия, приводят к загрязнению воздушной оболочки Земли. Метан относится к газам, которые создают парниковый эффект, удерживая тепло в земной атмосфере. Степень, с которой тот или иной такой газ удерживает тепло, измеряется относительно теплового эффекта двуокиси углерода. По такой способности метан в 21 раз превосходит двуокись углерода. А экологические сборы за выбросы этого углеводорода (метана) составляют около одной четверти всего платежа за загрязнение окружающей природной среды каждого горнодобывающего предприятия.
Только в крупных авариях за последние десять лет на шахтах Украины погибло более 500 шахтеров, что составляет около 4 погибших на 1 млн. тонн добытого угля. Эти трагические показатели относятся к числу наиболее высоких в мире. Во многих случаях причинами гибели горняков послужили внезапные выбросы угля и газа, вызванные высокой газоносностью горных пород или же взрывы в результате повышения концентрации метана в атмосфере горных выработок. Использование метода предварительной дегазации угольного массива с бурением вертикальных скважин с поверхности и совершенствование системы подземной дегазации позволяет значительно уменьшить количество аварий и несчастных случаев на угольных шахтах Украины. Кроме того, уменьшение объема метана, поступающего в шахту, будет способствовать росту добычи угля за счет сокращения простоев, связанных с опасной концентрацией метана.
&Мировые запасы метана угольных пластов превышают запасы природного газа и оцениваются в 260 трлн. кубометров. На долю Украины приходится примерно 12-25 трлн. кубометров, она занимает восьмое место в мире по уровню запасов метана в угольных шахтах. По самым скромным оценкам, местные угольные пласты (Донецкий и Львовско-Волынский бассейны) содержат около 8 трлн. кубометров метана.
Шахтный метан уже используется во всем мире, превращаясь из проблемы, связанной с безопасностью в ценный источник энергии. Проекты по извлечению метана активно внедряются в США, Австрии, Китае, Польше, Великобритании, Германии.
Существующие в настоящее время методы дегазации приведены на рис. 1.
Рисунок 1 – Способы извлечения шахтного метана
Расширение использования метана возможно в следующих технологических процессах:
Использование сжатого метана для заправки автомобилей – применение метана, а также попутных газов – пропана и бутана – в качестве топлива для автотранспорта обходится гораздо дешевле бензина или дизельного топлива. Это также в 5-10 раз уменьшит выбросы углеводородных соединений, а также позволяет полностью исключить попадание в атмосферу вредных для здоровья сажи и свинца.
Производство электроэнергии – с помощью специальных газогенераторных станций, на которых вырабатывается электроэнергия.
Получение тепловой энергии путем сжигания метана в переоборудованных котлах котельной.
Работа вакуумных насосов на метане.
Каталитическое дожигание обедненной смеси метана и воздуха.
В нашей стране дегазацию метана как источник альтернативного вида топлива уже используют отдельные шахты. Крупнейший из украинских проектов стоимостью 150 млн. долларов был реализован в 2003-2005 годах на шахте им. А.Ф.Засядько. Компания «Синапс» спроектировала и ввела в эксплуатацию первую очередь когенерационной электростанции, мощность электрической и тепловой энергии которой составила 36 МВт и 35 МВт соответственно. После запуска второй очереди общая проектная мощность электростанции превысит 131 МВт, что сделает ее самой большой в мире станцией, работающей на шахтном метане. Сейчас шахта полностью обеспечивает себя электричеством и теплом, на метане работает и автотранспорт, а ежегодное количество выбросов парниковых газов снизилось на 2,5 млн тонн углекислых газов. Примером также может послужить шахта «Щегловская – Глубокая» ш/у «Донбасс», на которой каптированный газ применяется для отопления котельной, а также для производства электроэнергии. На питание котлоагрегатов используется около 4500 тыс. кубометров в год, при этом не образуются выбросы неорганической пыли и соединений тяжелых металлов (мышьяка, хрома, меди, ртути, никеля, свинца, цинка). Более 1300 тыс. кубометров в год метана расходуется на питание газодизельгенераторной установки ДГР-400. Динамика извлечения метана, прогнозируемого метана и угледобычи приведена на рис.2 и говорит о постоянном росте его количества
Рисунок 2 – Динамика угледобычи и дегазированного метана в условиях шахты «Щегловская - Глубокая»
Таким образом, промышленная разработка и утилизация метана угольных месторождений в Украине окажет положительное влияние на экономику страны, в частности, на угольную промышленность и, кроме того, благоприятно скажется на состоянии окружающей природной среды. Реализация проекта по извлечению метана угольных месторождений позволит обеспечить следующее:
Альтернативный источник топлива, что сделает Украину менее зависимой от импорта топлива, особенно природного газа из России и других республик СНГ.
Улучшение экологической ситуации страны за счет сокращения выбросов парникового газа – метана украинскими шахтами.
Повышение безопасности труда шахтеров.
Рост производительности труда.
Экономический эффект, поскольку не будет выбросов метана, утилизация шахтного метана позволит снизить себестоимость добычи угля на шахтах в зависимости от конкретных условий на 3-4%, это достигается в результате того, что общепроизводственные затраты на добычу будут распределяться между двумя видами продукции: углем и шахтным метаном.
Следовательно, угледобывающим предприятиям целесообразно производить как можно полную утилизацию шахтного метана для применения его в собственных нуждах или для удовлетворения потребностей других производств с целью получения экономического, экологического и социального эффектов.
©ДонНТУ 2009 Сысоева Н.С.