Газовые конфликты с Россией стимулируют украинское правительство к поиску альтернативных источников энергоносителей, и задача утилизации шахтного метана в очередной раз обрела актуальность. О проблемах, связанных с ее решением, пока предпочитают не вспоминать.

Безопасность и экономика

Идея утилизации метана, в изобилии присутствующего в угольных пластах Украины, возникла около 50 лет назад. Ее реализация могла бы решить сразу две важнейшие задачи: обезопасить процесс добычи угля и предоставить дополнительный источник энергоносителей. Однако до недавнего времени эта идея не получила практического воплощения в промышленных масштабах. Хотя, по разным оценкам, в Донбассе залегает 14-22 трлн куб м метана, лишь немногие предприятия используют его в котельных, отапливающих шахтные помещения, или для выработки электроэнергии. Правда, кое-где появились АЗС для заправки автотранспорта шахтным метаном.

Первая из этих задач была актуальной всегда: дегазация шахт – это на сегодняшний день, фактически, единственный способ обезопасить труд шахтеров. Из этих соображений откачке газа из пластов с повышенным содержанием метана всегда старались уделять серьезное внимание. По данным Макеевского научно-исследовательского института по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ), в 1990 г. в Донбассе эта процедура применялась на 92 шахтах, но по мере их ликвидации, это число сократилось до 43.

Были попытки решить и вторую задачу — использование добытого метана. Так, на шахте им.Горького (сейчас находится на стадии подготовки к ликвидации) в 80-х этим газом нагревали воду для шахтерской бани. В конце 90-х в поселке Угледар построили первую в регионе газонаполнительную автостанцию, на которую подавали метан, добытый в порядке подготовки к разработке новых угольных полей. Но все это – капля в море… В 2001 г. в Украину пришли иностранные компании, которые были готовы инвестировать (около $180 млн) в добычу метана. Инвесторы утверждали, что реализация их проектов даст возможность ежегодно добывать более его 12 млрд куб м. Этот газ можно было бы использовать либо для нужд региона (американское предложение), либо для производства э/э на экспорт (японский проект).

Однако предложенные ими условия не понравились местным властям. Поэтому первый в Украине проект полномасштабного промышленного использования шахтного метана был реализован гораздо позже, на шахте им.Засядько, где решили приобрести модульную станцию утилизации метана австро-американского производства. Сейчас этот газ используется для выработки э/э, отопления и заправки грузового автотранспорта.

Тем не менее, широкомасштабное внедрение подобных технологий в промышленность задержится, скорее всего, надолго. Если состоится вообще. Прежде всего, как показал опыт шахты им.Засядько, себестоимость шахтного метана – с учетом затрат на обслуживание многочисленных дренажных скважин и компьютерной системы управления заслонками, а также амортизации уникального оборудования — втрое превышает цену импортного природного газа. Поэтому все зависит от целей. Если речь идет о дегазации угольных пластов с целью обезопасить труд шахтеров, то использование добытого газа обеспечит определенную экономию затрат на эти жизненно необходимые мероприятия.

Если же искать альтернативу российскому природному газу, то украинский шахтный метан вряд ли способен достойно выступать в этом качестве. Причем дело не только в высокой себестоимости – ее можно было бы уменьшить за счет экономии на масштабах, расширяя промышленную добычу метана и развивая потребляющую инфраструктуру. Главная проблема – геологические особенности Донецкого региона и связанные с ними физические характеристики угольных пластов. Правда, во многих странах промышленная добыча шахтного метана растет. Вопрос в том, пригодны ли используемые в этих странах технологии для условий Украины.

Мировая практика

По оценкам многих экспертов, мировые запасы метана угольных пластов составляют около 260 трлн куб м. Страны с наибольшими резервами уже давно занимаются разработкой технологий промышленной добычи этого газа. Так, в США в данной отрасли работает около 200 компаний, и за последние 10 лет объемы добычи были доведены до 60 млрд куб м в год. В стране разработана и внедрена технология извлечения из угольных пластов до 80% содержащегося в них метана. Такая степень извлечения достигается пневмо- и гидродинамическим воздействием на пласты, стимулирующим повышенную газоотдачу углей. Интенсивные работы по извлечению метана ведутся в Австралии, Китае, Канаде, Польше, Германии и Великобритании.

В Австралии некоторые компании успешно добывают метан с середины 90-х годов. Разработка ведется горизонтальными скважинами, пробуренными по пласту на расстояние до 1500 м. Из них газ подают на очистительную фабрику, где его обезвоживают, фильтруют и сжимают. Далее, по газопроводу высокого давления, метан поставляют потребителям. В Китае запасы метана составляют около 35 трлн куб м, и его добычей начали заниматься в начале 90-х. К настоящему времени на территории угольных бассейнов страны пробурено более 100 опытных скважин, и сейчас объем добычи составляет около 5 млрд куб м, а к 2010 г. планируется увеличить ее до 10 млрд куб м. В Канаде экспериментальные работы по извлечению метана угольных пластов только начались. Его запасы составляют 8 трлн куб м, и ожидается, что в ряде регионов страны он станет основным видом добываемого газа. В Великобритании компания Coalgas разработала альтернативный метод извлечения метана — путем его откачки через вентиляционные стволы шахт, куда он поступает из неотработанных угольных пластов. По этой технологии Coalgas ведет добычу метана из двух заброшенных шахт.

По мнению американских экспертов, мировая добыча метана из угольных пластов будет неуклонно расширяться, и к 2020 г. ее объемы будут доведены до 100-150 млрд куб м в год. В более отдаленной перспективе эксперты ожидают, что она будет увеличена до 470-600 млрд куб м (15-20% мировой добычи природного газа).

Украинская реальность

В Украине же ситуация иная. По словам специалистов МакНИИ, наличие огромных запасов метана в Донбассе создает обманчивое впечатление, что существует реальная возможность его добывать. Однако это возможно, на самом деле, только одновременно с добычей угля, в порах которого находится газ.

Дело в том, что в США и Китае толщина угольных пластов обычно составляет около 20 м, и они обладают высокой проницаемостью. Поэтому в этих странах метан добывают не шахтным способом, а через скважины, которые бурят прямо с поверхности. По этой технологии производится гидравлический удар на угольный массив, и в нем образуются микротрещины. Затем в массив под большим давлением закачивают воду, которая заполняет трещины песком. Далее воду откачивают, а песок свободно пропускает метан по расширенным трещинам к скважине, по которой газ поступает на поверхность.

Однако в Донбассе максимальная мощность пласта угля составляет 2 м. Кроме того, у украинских пластов проницаемость, как правило, очень низкая. Поэтому традиционные американские технологии в данной геологии непригодны. По словам старшего специалиста по вентиляции и дегазации угольных шахт МакНИИ Олега Касимова, еще в 70-х годах прошлого века американскую технологию апробировали в Донецком регионе, но безрезультатно. "Даже подземный ядерный взрыв мощностью в мегатонну не позволил извлечь из залежей угля метан. Самый масштабный в мировой практике эксперимент, проведенный в 1979 г. на шахте "Юнком" в Енакиево, лишь оставил после себя экологическую проблему", — отметил О.Касимов.

Фактически, метан пойдет из пробуренной с поверхности скважины только если она пересечет насыщенную газом породу. Свободного же газа в Донбассе мало — до 6 куб м в 1 т породы. Правда, подземное давление местами изогнуло пласты угля, поэтому на некоторых полях собрались куполообразные складки, свободный объем которых заполнен либо газом, либо водой.

В МакНИИ уверены, что добывать газ можно только при проведении горных работ. При добыче угля на глубинах около 1000 м метан в пластах подвергается давлению около 100 атм. При разработке угольного массива, находящиеся над ним пласты смещаются, и давление снижается до 10-50 атм. При этом из пор выделяется метан, который по трещинам и пустотам двигается в сторону меньшего давления – к выработке. Чтобы газ не попал в забой, из шахты бурят скважины, пересекающие зоны его движения, и до 70% газа уходит в эти скважины. При помощи вакуумного насоса его по системе труб откачивают на-гора.

В вентиляционной струе концентрация метана слишком низкая для промышленного использования. Однако эта проблема, в принципе, разрешима. Так, краснодарская фирма "Роском", основываясь на разработках Краснодарского политехнического института, начатых еще в 60-е годы, предложила шахте им.Засядько оптимальные технические решения этой проблемы.

Компания выиграла тендер, предложив использовать в проекте ее центробежный вихревой газожидкостный сепаратор (СЦВ), который дает возможность быстро и дешево выделить из любого потока его составляющие. Один сепаратор предназначен для отделения метана от шахтного воздуха с последующей его концентрацией до уровня, достаточного для сжижения или сжигания на тепловой электростанции. Второй был установлен в шахтный ствол, чтобы вентилируемый из лавы воздух поступал в "метановый" сепаратор уже очищенным от угольной пыли и влаги. Это необходимо, поскольку скапливаясь в грязевую смесь, данные компоненты регулярно забивают шахтные стволы, из-за чего насосная станция перестает справляться с прокачкой воздушно-грязевой массы с километровой глубины. В результате, шахту приходится останавливать на 6-8 часов для очистки вентиляционного хода.

Аналогичный проект реализует компания "ДТЭК": на ее шахте "Комсомолец Донбасса" уже произведена реконструкция действующей дегазационной системы, при которой откачка газа происходит непосредственно из горной выработки, и смонтированы две факельные установки. К маю 2009 г. будут реконструированы две котельные с увеличением тепловой мощности каждой из них до 10 МВт, а в рамках следующего этапа планируется ввести в действие две когенерационные установки с общей установленной мощностью около 3 МВт. Пока же завершается только первый этап проекта: улавливание метана и его факельное сжигание (вместо традиционного выброса в атмосферу). В конце января компания объявила о проведении открытого тендера по продаже единиц сокращения выбросов (720 тыс т в эквиваленте CO2, что соответствует выбросам отработанных газов 380 тыс легковых автомобилей).

Похожие проекты планируются и на некоторых других шахтах: украинские предприятия уже заказали, в общей сложности, 44 когенерационных установки Jenbacher, работающих на метане угольных пластов. А в августе прошлого года шахта "Красноармейская-Западная №1" подписала рамочное соглашение с американской GE Energy, которая до 2011 г. поставит предприятию 20 установок Jenbacher (их совокупная мощность составит 129 МВт). Кроме того, GE Energy обязалась предоставить шахте полную систему утилизации тепла, систему аварийного охлаждения, систему контроля и синхронизации, а также обеспечить весь цикл пусконаладочных работ и сдачу объекта в эксплуатацию.

Разумеется, идея промышленной добычи метана до разработки угольных пластов гораздо более привлекательна со всех точек зрения. Однако технологических решений, пригодных для Украины, пока не существует. Возможно, они появятся в будущем, а пока все проекты добычи метана, которые реализуются в Украине, ориентированы, в первую очередь, на безопасность труда шахтеров.

Фактически, в рамках подобных проектов можно обеспечивать газом энергетические потребности только самой шахты. Это принесет ощутимый экономический эффект. Но рассматривать метан угольных пластов как альтернативу российскому природному газу способны только политики, и только – в порядке предвыборной рекламы.