Караченцев А.Е., Караченцев Е.И. - Экологические проблемы связанные с выделениями шахтного метана и пути их решения

Наряду с традиционными выбросами от промышленных предприятий и автотранспорта в угледобывающих районах Украины, в том числе в первую очередь в Донбассе, существенную долю выбросов в атмосферу добавляют выбросы шахтного метана от вентиляционных и дегазационных систем угольных шахт. В отличие от выбросов промышленных предприятий выбросы шахтного метана невидимы и не имеют запаха, поэтому об их наличии мало известно общественности и недостаточно уделяется внимания.

Доля выбросов шахтного метана в Донбассе весьма значительна. По имеющимся данным, на примере шахты «Суходольская-Восточная», которая относится к газоносным шахтам Донбасса выбросы метана в атмосферу за 2009 год составили 26,28 млн.м³. А таких шахт в Донбассе около сотни. В настоящее время при разработке газоносных угольных пластов вентиляционными и дегазационными системами шахт России извлекаются от 1,2 до 1,4 млрд.м³ шахтного метана, однако лишь около 25% извлекается системами дегазации, из которых только около 45-50 млн. м³ утилизируется, остальное выбрасывается в атмосферу, загрязняя ее устойчивым парниковым газом. Примерно такое же состояние по шахтному метану имеется и на Украине.

Киотский протокол, принятый в дополнение к Рамочной конвенции ООН о смене климата, обязывает сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов. Парниковый газ – газ, задерживающий инфракрасное излучение земной поверхности, что приводит к глобальному потеплению на планете. К основным парниковым газам относятся: двуокись углерода (СО₂), метан (СН₄) окись азота (N₂O) и другие. Метан - второй по значимости парниковый газ, регламентируемый Киотским протоколом. Шахтный метан является сильнейшим загрязнителем окружающей природной среды, одним из разрушителей озонового слоя атмосферы планеты.

В Украине выпущены следующие законы и постановления, поддерживающие и регулирующие необходимые мероприятия в области дегазации угольных пластов и использовании шахтного метана:

- Постановление Правительства Украины от 6 июля 2002 года № 939, утверждающие Комплексную программу по дегазации угольных пластов на угольных шахтах;

- Закон Украины «Про газ (метан) вугільних родовищ» № 1392-VI от 21.05.2009г.;

- Постановление Кабинета Министров Украины от 22 февраля 2006г. № 206 «Об утверждении порядка рассмотрения, одобрения и реализации проектов, направленных на уменьшение антропогенных выбросов или увеличение абсорбции парниковых газов в соответствии с Киотским протоколом к Рамочной конвенции» и другие.

Следует подробно остановиться на выделениях шахтного метана. Выделения шахтного метана условно можно разделить на три вида:

- выделение шахтного метана сквозь трещины и разломы в земной коре;

- выделение шахтного метана в составе вентиляционных выброс о г. шахтных выработок;

- выделение шахтного метана из дегазационных скважин угольных пластов.

Утилизация шахтного метана, выделяющегося сквозь трещины п разломы в земной коре, практически нереализуема из-за невозможности их централизованного сбора для переработки и весьма низкой концентрации метана. Утилизация шахтного метана в составе вентиляционных выбросов.шахтных выработок также в настоящее время не реализуема из-за низки концентраций метана и отсутствия промышленных технологий ею утилизации и использования.

Выделения шахтного метана из дегазационных скважин угольных пластов являются основными источниками выбросов и загрязнителей атмосферы. Высокая концентрация метана (до 80%) в этих выбросах и возможность его централизованного сбора и подготовки позволяем использовать его в качестве источника для получения электроэнергии, тепла и сжатого метана для заправки автомобилей и при этом существенно снизить вредные выбросы в атмосферу.

Утилизация шахтного метана из дегазационных скважин решает следующие задачи:

- снижение загазованности горных выработок и как следствие этого повышение производительности уг ольных шахт и обеспечение безопасных условий труда;

- снижение выбросов метана, который относится к парниковым газам;

- снижение потребности Украины в дефицитном и дорогом природном газе;

- выработка собственной электрической энергии и тепла угледобывающими предприятиями.

Утилизация и использование шахтного метана решает не только экологические проблемы, но и важна по экономическим соображениям, поскольку позволяет использовать существенно более дешевое газообразное топливо для выработки тепловой (в котельной) и электрической энергии.

В соответствии с предпроектными проработками по комплексному использованию шахтного метана на центральной промплощадке шахты «Суходольская-Восточная» предусматривается установка контейнерных теплоэлектростанций (КТЭС) с двигателями ТСС 2020 V 16 производства Deutz Power System (Германия). Топливом для них является мегановоздушная смесь, поступающая с участка дегазации, расположенного на центральном участке промплощадки шахты.

Реализация этого проекта позволит не только снизить выбросы метана, но и выработать электроэнергию в размере 50615 тыс. кВт.ч и перевести существующи котельные с твердого топлива на газообразное, что позволит сэкономить 7320 т/год твердого топлива. Может возникнуть вопрос, что при утилизации и использовании шахтного метана все равно присутствуют вредные выбросы в атмосферу. Следует отмстить, что в результате сжигания метана образуется менее вредный (в 21 раз) по своему парниковому эффекту углекислый газ. Кроме этого, при использовании шахтного метана в качестве топлива наблюдается сокращение выбросов диоксида серы и оксида углерода (за счет сокращения применения твердого топлива, сжигаемого в котельных). Наряду с вышеуказанными преимуществами при использовании шахтного метана в качестве топлива для электростанций и котельных имеется определенный недостаток, связанный с увеличением выбросов диоксида азота в продуктах сгорания шахтного метана. Но выбросы диоксида азота значительно менее вредны, чем выбросы шахтного метана без сжигания и их в несколько раз меньше. Кроме этого, имеется возможность снижения выбросов диоксида азота при использовании современного высокоэффективного газогорелочного оборудования.

В заключение следует отметить, что для снижения выбросов шахтного метана, которые являются одними из основных загрязнителей атмосферы Донбасса, необходимо активно внедрять установки по утилизации для получения электроэнергии, тепла и сжатого газа для заправки автомобилей. Внедрение таких установок позволит улучшить экологическую обстановку в Донбассе.