Всероссийский научно исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений (ВНИГРИуголь). г.Ростов-на-Дону

В угольных пластах большинства бассейнов и месторождений России содержатся колоссальные объемы метана, находящиеся как в связанном (сорбированном) состоянии, так и в свободном. Общие ресурсы метана в угольных месторождениях России составляют более 15 трлн. м3 (по оценке ВНИГРИуголь, 1990 год). Наибольшие количество ресурсов сосредоточено в Кузнецком - 13 трлн. м3 и Печорском 2 трлн. м3 , в Восточном Донбассе - 100 млрд. м3 ., в Минусинском - 12 млрд. м3; в Улугхемском - 180 млрд. м3 .

Практический интерес представляют ресурсы метана в Кузнецком бассейне и Восточном Донбассе. Ресурсы метана в Печорском бассейне вряд ли будут востребованы в ближайшее время, т.к. в соседней с бассейном Тимано-Печорской провинции только утвержденные суммарные ресурсы углеводородного сырья составляют 4,7 млрд. тонн по нефти и конденсату, а по свободному попутному газу 2,8 трлн. м3 .

Кузнецкий бассейн, обладающий колоссальными запасами метана, находится в непосредственной близости с крупнейшей в мире Западно-Сибирской газо-нефтеносной провинцией, поэтому сопоставление цен на газ, поступающий с севера со стоимостью газа, извлекаемого из угольных пластов, будет являться сдерживающим фактором широкомасштабной добычи угольного метана.

Особое положение занимает на юге России Восточный Донбасс с его относительно небольшими ресурсами, но они могут сыграть важную роль в энергоснабжении, т.к. в этом регионе практически не осталось надежных энергоносителей. Больше половины шахт закрыто и затоплено, добыча угля сокращена в 2 раза.

И только метан угольных пластов, являясь экологически чистым энергоносителем, может быть реальным подспорьем для подпитки магистральных газопроводов, протянувшихся на 5 тыс. километров из Западной Сибири.

В условиях острейшего дефицита топлива (угля, газа, мазута) и повышения цены на газ для федеральных электростанций с 1.05.2000 г. на 40%, конкурентоспособность добычи угольного метана возрастает, хотя и сейчас, по предварительным расчетам, себестоимость угольного метана приблизилась к стоимости сибирского газа.

Kроме того, следует учитывать следующее обстоятельство, топливо для электростанций Ростовской области нужно сейчас, поставки магистрального газа не могут быть увеличены, а восстановление ликвидированных угольных шахт или строительство новых шахт, на далеко не лучших участках, займет не менее 5 лет.

При уничтожении, а не консервации шахт, были засыпаны породой стволы частично или на всю глубину. При этом в засыпанный материал попадали крупногабаритные предметы, что делает невозможным восстановить стволы.

Затопленные водой подготовительные выработки в самые кратчайшие сроки разрушились из-за усиленной релаксации пород при воздействии агрессивных подземных вод и также не подлежат восстановлению. Проходка стволов, подготовительных выработок и добыча угля из глубже расположенных горизонтов затопленных шахт опасна из-за возможности прорыва воды из верхних горизонтов.

Поэтому единственной альтернативой для быстрого восполнения энергоносителей является добыча метана из угольных пластов.

Преимущества добычи угольного метана в Восточном Донбассе:

-ресурсы метана в Ростовской области позволяют добывать ежегодно до 100 млн.м3 метана;

-объектами добычи могут быть невыработанные угольные пласты горных отводов закрытых шахт, вне зависимости от способа их ликвидации;

-разведанные, но не введенные в эксплуатацию новые участки, где газоносность превышает 10 м3 в толще угля;

-вся площадь Восточного Донбасса имеет развитую инфраструктуру с избытком рабочей силы и специалистов; мощности заводов по производству оборудования, благоприятные климатические условия;

-потребителями газа могут быть расположенные здесь же не газифицированные поселки, газобаллонный автотранспорт, передвижные электростанции по преобразованию метана в энергию;

-широкомасштабная добыча угольного метана по капиталовложениям не сравнима с многолетним ц. восстановления или строительства новых шахт;

-добыча угольного метана, поставленная на промышленную основу, позволит создать новую отрасль в области Углеметан и задолжить несколько сот ныне безработных шахтеров;

-принцип. возможность отсоса метана из выработанного пространства закрываемых затапливаемых шахт с целью снижения непредсказуемых газопроявлений метана и других вредных компонентов, создающих реальную угрозу жизнеобеспечению в шахтерских поселках;

-заблаговременная дегазация горных отводов шахт позволит по-новому оценивать рентабельность добычи угля в условиях деметанизированных угольных пластов.

Все перечисленные выше доводы, потверждены расчетами и были приведены на Всероссийском совещании геологов-угольщиков в 1999 году.

Однако практические сделано весьма мало, добыча угольного метана по России составляет всего 500 млн. м3 , что в 50 раз меньше чем в США, где добывается фактически 30 млрд.м3 метана в год при наличии примерно таких же ресурсов угольного метана в недрах.

Как управлять метаном

Подведены итоги kонкурса молодых ученых по присуждению премий выдающихся ученых СО РАН. Премия имени академика Н.В.Черского присуждена работе научного сотрудника Института угля и углехимии СО РАН, кандидата технических наук Елены Kозыревой Динамика реализации газового потенциала вмещающих пород при подземной разработке углеметановых пластов комплексно-механизированными забоями.

Kоллектив Института угля и углехимии СО РАН поздравил Елену Козыреву с достойным успехом и пожелал дальнейших творческих открытий. Д.Kорнилов попросил Елену рассказать о своей работе.

-Целью представленной работы является создание метода определения параметров комплексного управления газовыделением на высокопроизводительных выемочных участках шахт Кузбасса. Неравномерность свойств горного массива даже на ограниченных участках месторождений и возросшие темпы добычи угля комплексно-механизированными выемочными участками приводят к снижению, среднему по выемочному столбу, притока метана на тонну добываемого угля при существенном росте динамики реализации газового потенциала подрабатываемых пород. Следствием этого являются затруднения при проектировании и эксплуатации систем управления газовыделением, а отсюда- снижение производительности забоев, рост их газовой аварийности.

Нам показалась заманчивой идея использования ресурсов метана в качестве индикатора геомеханических циклов изменения свойств и состояний горных пород. Индикатора, работоспособность которого круглосуточно контролируется системой мониторинга рудничной атмосферы, вплоть до компьютерного оснащения с практически любой заданной дискретностью.

Развитие указанной идеи потребовало решения ряда экспериментально-аналитических задач по определению эмиссионных ресурсов и газокинетических свойств массива горных пород посредством идентификации пространственных информационно-аналитических моделей.

В ходе исследований закономерностей пространственного распределения эмиссионных ресурсов участка углеметанового месторождения и свойств массива горных пород нами установлены существенные отклонения природной метаноносности угольных пластов от положений теории сорбции при соответствующих гидростатическому закону значениях давления газа.

Удалось доказать зависимость изменения направления и интенсивности аэрогазового обмена на границе очистной забой - выработанное пространство при комбинированной схеме управления газовыделением от динамики метанообильности выработанного пространства.

Выявлена взаимосвязь предельной величины метанообильности забоя с коэффициентами газовоздухораспределения и эффективности дегазации основных источников метановыделения, определяющая объемы и условия совместного и раздельного применения основных способов управления газовыделением на выемочном участке.

Уточнена волнообразность периодичности метанообильности выемочного участка по длине выемочного столба (период 170-520 м, амплитуда до 40%) и определены ее структурные составляющие— газокинетический паттерн массива горных пород.

Разработан новый подход к прогнозу газообильности выемочных участков, учитывающий особенности газогеомеханических циклов в горном массиве при современной технологии работ. Выполнено научное сопровождение соответствующих проектных решений по четырем выемочным участкам с производительностью 3000-15000 тонн угля в сутки для ОАО Шахта Комсомолец и ОАО Шахта им.С.М.Kирова.

Посредством анализа газовой аварийности шахт Кузнецкого бассейна, их метанообильности, производительности, и газоносности разрабатываемых пластов и выхода летучих веществ выполнено ранжирование шахт по уровню газовой опасности и объемам применения комплексного управления газовыделением, включая перспективы утилизации шахтного метана.

Полученные закономерности стали основой горно-технологической части технического отчета по гранту ПРООН/ГЭФ (Снижение эмиссии метана в Кузнецком угольном бассейне Российской Федерации) и гранту 241-GR5/ISC-2000 (Тиражирование опыта подготовки инвестиционных проектов по извлечению и утилизации метана на шахтах Kузбасса).

На основе оценки изменений относительной газообильности выемочного участка с учетом активизации сдвижений горных пород предложен способ определения зон выхода газа на дневную поверхность при подработке горного массива очистным забоем.

Выполнено обоснование перспективности пяти метанодобывающих участков на Чертинском месторождении Kузбасса ПО Беловоуголь. Разработана, утверждена и апробирована на четырех шахтах Кузбасса отраслевая Методика оценки ресурсов метана в отработанных горных отводах шахт и обоснования мест заложения метанодобывающих скважин.

выполненные исследования физ. закономерностей и циклов при подземной разработке углеметановых месторождений, и аэрогазодинамических циклов на выемочных участках угольных шахт в направлении совершенствования систем управления аэрогазовыми потоками и обоснования возможных объемов использования попутного метана, как обязательной составляющей технологической культуры, представляют существенный научный интерес и практическую значимость.

Враг шахтеров, друг энергетиков

Т.Артеменко,

Национальный горныйуниверситет Украины, Днепропетровск.

Угольные шахты Центрального Донбасса самые опасные в мире, ежегодно там гибнут шахтеры и конца этому пока не видно. Безопасность проведения подземных разработок угольных месторождений имеет актуальное значение. Виной трагедий является угольный метан, накопившийся за много миллионов лет при углефикации воздействия высокого давления и температуры.

На месте Донбасса были моря и горы высотой до 8 тыс. м. Об этом свидетельствуют синклинальные складки, но экзогенные циклы со временем их сравняли. Теперь на месте Донецкого кряжа имеем лишь холмистый рельеф.

В настоящее время уголь в Донбассе приходится добывать на больших глубинах - 250-1200 м, где высокая температура и большое горное давление, повысилось и метана. В одном куб. м угля содержится от 20 до 100 куб. м метана.

Согласно закону Генри, растворимость газов в водных растворах повышается прямо пропорционально давлению с глубиной, и действительно, практика показала, так происходит в природе.

Метан - прекрасное энергетическое топливо и сырье для химической промышленности, запасы которого не меньше запасов природного газа, а возможно, даже больше (по Украине - 13 трл. куб. м). Теплота сгорания метана составляет 8400 ккал/куб. м, что соответствует 1,2 кг условного топлива на 1 куб. м. Проблема состоит в том, как взять из недр угольный метан? Оказывается, это не так просто, так как метан растворен в пленках воды угля и породы, находится в газообразном, жидком и твердом состояниях на поверхности частиц.

В естественном залегании пластов угля и в окружающих породах газы и метан угрозы не представляют, но как только вскрывают пласты шахтами и горными выработками, здесь начинает проявляться коварный нрав метана, подобно освобожденному джину. Дело в том, что вода (водные растворы электролитов) и угольный метан сорбируются поверхностью частиц, угля и породы за счет водородных связей и под весьма высоким давлением с учетом веса столба толщи и вышележащей породы.

Распределение по глубине давления (С) в угле и породе подчиняется закону Блеза Паскаля (С = gНgгS, где g - 9,81 ускорение силы тяжести в Н/кг; H - высота столба породной толщи в м; gг - плотность породы в кг/м3; S - удельная площадь, м2).

Породы и уголь ведут себя на глубине как вязкие жидкости, по своим физическим и структурным особенностям имеют много общего с водой. Они все - таки образовались в воде и во многом унаследовали матрично ее свойства. Наличие в порах и трещинах пленок воды (последняя присутствует) придает таким телам аморфность, особенно при увлажнении до равновесных влажностей, т.е. когда все активные центры, удерживающие молекулы воды, скомпенсированы, а свободная энергия такой системы при данных условиях внешней нагрузки равна нулю. Аморфность - это когда молекулы воды ограниченно двигаются, совершают определенный пробег и обмен м. собой, то есть, ведут себя относительно свободно, находясь в квазикристаллических пленках среди частиц, в виде “жидкого льда”. Вся система пронизана пленками воды, из которых состоит сложный каркас, воспринимающий вес вышележащих пород, угля и сооружений.

При вскрытии породы и угля выработками происходит резкий спад давления до уровня атмосферного давления в выработке. Сорбированная вода и растворимый метан и газы устремляются к выработке с сопровождением кавитационного шумового эффекта, пучением и возможным выбросом угля и породы.

Каков механизм губительных выбросов в шахтах?

Выше отмечалось, что образующийся в цикле углефикации органических остатков метан и газы хорошо растворяются в пленках воды (вернее, водных растворов электролитов).

С ростом давления растворимость увеличивается прямо пропорционально, а при спаде давления (точнее, давления насыщенного пара), что происходит при наличии выработки, наоборот, в результате десорбции выделяется метан и газы через пузырьки в пленках воды. При мгновенном их схлопывании в пленках развивается цепная кавитация, которая приводит к активации молекул воды, последние могут вызывать распад системы через выбросы до пылеобразного состояния угля и породы. Механизм выбросов угля и породы впервые анализируется не противоречащим строгой научной основе, в то время как многие так же представляют его в виде гипотез.

При концентрации метана в воздухе от 2,5 до 30% смесь становится взрывоопасной. Достаточно одной искры, как такая воздушно-метановая смесь объемно взрывается, а это сильнее в 3-4 раза, чем взрыв эквивалентного толового заряда. Взрыв в выработке метана провоцирует выбросы угля и породы с забоя. Если в выработках есть шахтеры, то мгновенно создается чрезвычайная ситуация чаще всего с летальными исходами и подземными пожарами. Все это объясняется действиями законов природы, но почему-то многие об этом забывают или их не знают. Имеются положительные сдвиги по извлечению метана, но они недостаточны, чтобы обезопасить работу шахтеров.

В США из метаносодержащих пластов угля вначале извлекают метан через пробуренные с поверхности 7 тыс. скважин в пределах будущих шахтных полей заблаговременно в течение 5-10 лет. В России, в частности, в Кузнецком и Печорском бассейнах в среднем на каждую добытую тонну угля выделяется 20 куб. м метана.

метана менее 2,5% и свыше 30% является безопасным для сжигания в энергоустановках.

Раздельное извлечение метана с использованием вакуумнасосных установок и утилизация метановоздушной смеси из вентиляционных систем позволит обезопасить труд шахтера, получать дополнительную экономию на производство тепловой энергии и улучшить экологическую обстановку окружающей среды. Выделение в атмосферу метана в шахтах Украины в 1996 г. составило 2,1 млрд. м Метан, кроме загрязнения атмосферы, оказывает влияние на увеличение парникового эффекта и разрушает озоновый слой.

Разработан “Пилотный проект добычи и утилизации шахтного метана”, целью которого является бурение скважин с поверхности и в старых горных выработках; планируется к 2010 году извлекать 3,5 млрд. м3 в год. но для реализации намеченных проектов необходимо создание “индустрии шахтного метана”.

Пути развития метановой отрасли на Украине

(концепция решения энергетических проблем Украины при использовании метана угольных пластов Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов с улучшением качества окружающей среды в угледобывающих регионах)

А. Булат,

академикНациональной Академии Наук Украины,

директор Института геотехнической механики НАН Украины.

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. и 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 м 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 фактически 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)

на данный момент 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 м 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 пилотной тестирующей программе в Львовско-Волынском регионе (ЕuroGas, Inс.), 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, и в зависимости от глубины, изменяясь от газовых, с высоким м 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-Мексико, 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/км Из 35 млрд. м3 угольного метана, добытых в 2000 г. в США, шахтный метан составляет 5% или 1,8 млрд. м Следует отметить, что в американской практике угольным метаном - coalbed methane (CВМ) называется метан, содержащийся в угольных пластах, а шахтным метаном - соаl mеnЅ methane (CММ) - метан, выделяющийся в результате активной деятельности шахт. В этой связи концептуальная проблема метана должна включать два основных направления:

извлечение шахтного метана с целью обеспечения безопасных условий работы шахт, улучшения экологической обстановки и последующей утилизацией этого газа;

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. м 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. но только на 39 шахтах получен эквивалентный дебит чистого метана выше 300 м3/ч и на 25 шахтах - выше 500 м3/ч.

Процентное метана весьма низкое: в диапазоне от 5 до 65%, причем на 74% шахт метана ниже 25%, только на 6% шахт оно превышает 45% и на 9 шахтах 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, метанавсего 20%);

* шахты Глубокая, Заперевальная, им. 60-летия Советской Украины (общий дебит 1494 м3/ч, хорошее процентное 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 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 м 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.

на данный момент 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 CО 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 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 множественных шахтах доступ к разрабатываемым угольным пластам выполнен в виде наклонных стволов, в частности, в южной части бассейна. роме 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, принцип. 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), и 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 CВМ - активного воздействия на угольный пласт путем его гидроразрыва или другими методами. В настоящее время такая технология применяется только в CША. 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 CВМ 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 позиции 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.

Тексако будет разыскивать метан в угольных пластах Внутренней Монголии

Объединенная китайская компания по добыче метана в угольных пластах (China United Coal-bed Methane Co Ltd (CUCBM)) подписала три соглашения о разделе продукции с известной американской компанией Тексако Петролеум (US Texaco Petroleum Company). -оглашения предусматривают совместную разведку запасов метана в угольных пластах на западе Китая, в частности в каменноугольных бассейнах Джунгар, Шеньфу и Баодэ в соседней с Читинской областью китайской провинции автономный район Внутренняя Монголия. Работы будут развернуты на площади 6,897 квадратных километров, потенциальные запасы газа в угольных пластах оцениваются здесь в 1 триллион кубометров. Согласно данным соглашениям Тексако Петролеум получила эксклюзивные права на геологические исследования на срок пять лет. Предполагается, что в последующие периоды освоения и добычи, китайские и иностранные компании совместно вложит средства и разделят доходы, полученные от продажи добытого из угольных пластов метана.

По словам председателя китайской компании Хуан Шаохэ, природные условия благоприятны для исследований из-за простой геологической структуры, устойчивого распределения и умеренной глубины несущих угольных слоев. Хуан полагает, что проведение нынешнего политического курса на приоритетное развитие западных районов Китая обеспечит успешное выполнение контрактов, поскольку законтрактованные для исследования месторождения расположены в западном Китае. Он отметил, что американцы получат на свои капиталовложения льготы, предусмотренные государством для иностранных инвесторов в западных областях.

В Китае запасы метана в угольных пластах на глубине до 2000 метров оцениваются от 30 до 35 триллионов кубометров, по этому показателю Китай занимает третье место в мире. В настоящее время КНР - вторая после США страна, которая проводит крупномасштабные полевые исследования запасов метана в угольных пластах.

Научные разработки Способ извлечения метана извентиляционных струйшахт

Сущность технологии: извлечение метана из сжатой метановоздушной смеси вентиляционной струи путем низкотемпературной адсорбции с получением холода путем кристаллизационных циклов.

Способ позволяет: на основе комбинирования газогидратных и сорбционных энергозатратных циклов извлечь метан из вентиляционной струи шахты; одновременно с извлечением метана осуществлять и другие необходимые для шахты мероприятия – охлаждение шахтного воздуха и деминерализацию шахтной воды, компенсируя энергетические затраты одних циклов за счет избытка их в других

Назначение: предотвращение выбросов метана вентиляционных струй шахт в атмосферу с целью улучшения экологической обстановки и его утилизация.

Область применения: газоносные угольные шахты.

Основные характеристики:

концентрация метана на выходе из установки - 100 %;

получ. низких температур до - 50oС;

попутное получ. пресной воды.

Принципиальная схема

К - компрессор

Д - детандер

Аб - водяной барботажный абсорбер

Т - теплообменники

ХМ - холодильная машина

Ад - адсорберы

р - кристаллизатор

П - сепарационная промывочная колонна

http://science.msmu.ru

Адрес: 119991, г.Москва, Ленинский проспект, д.6

Телефон (09 236-97-51 Факс (09 237-64-88

Kазахстан на пороге метанового бума

Т. Аскаров

Грань м. шахтерами и газовиками вот-вот исчезнет. Или станет весьма призрачной в результате реализации программы использования метана из угольных пластов. Речь о необходимости ее разработки шла на круглом столе, посвященном проблемам добычи и утилизации угольного метана в Kазахстане, который состоялся в рамках первой Центрально-Азиатской международной конференции по горному делу и металлургии KazMIN/KazMET 2002.

О том, насколько важное значение придают метану в Kазахстане и за его пределами, говорит хотя бы тот факт, что в работе круглого стола приняли участие представители Министерства энергетики и минеральных ресурсов, kомитета геологии и охраны недр, ведущих угольных компаний Kазахстана - Испат-Кармет и Богатырь Аксесс Комир, неправительственных и научно-исследовательских организаций, представители Агентства по охране окружающей среды США, посольства Нидерландов в Kазахстане.

Разработка программы поручена общественному объединению Метановый центр (Алматы), созданному в 2001 году с целью содействия развитию проектов, имеющих своей задачей снижение выброса метана в атмосферу путем его сбора и использования в топливно-энергетической промышленности. В последующем предполагается вынесение программы на рассмотрение Министерства энергетики и минеральных ресурсов, а далее - на утверждение правительством Kазахстана.

Главная цель программы - организовать за счетметана из угольных пластов газоснабжение Астаны, промышленных и энергетических объектов Kарагандинского, Экибастузского и Павлодарского индустриальных регионов, расположенных вблизи от источников этого газа. В таком случае северный, восточный и центральный районы страны смогут отказаться от ввоза дорогого сжиженного газа, и сама собой отпадает необходимость прокладки газопровода сюда с запада Kазахстана. Зато небольшие расстояния транспортировки метана (20-100 км) позволят избежать затрат на компрессию этого газа и строительство газопроводов высокого давления. Кроме того, по сравнению с природным газом метан гораздо чище, что весьма важно для экологии индустриальных регионов.

По официальным оценкам Министерства энергетики и минеральных ресурсов Kазахстана, геологические запасы метана в Kарагандинском бассейне превышают 550 млрд. кубометров, в Экибастузском - 75 млрд. кубометров, что обеспечивает крупномасштабную добычу метана на 70-80 лет до глубины 800 метров. В многочисленных и пока так же недостаточно изученных месторождениях Северного и Восточного Kазахстана по официальным предварительным оценкам сосредоточено не менее 600 млрд. кубометров метана.

По оценкам же Метанового центра, общие запасы метана в угольных пластах на территории Kазахстана могут составить как минимум 1 трлн. кубометров, а реально приближаются к 2-3 трлн. кубометров. Такими объемами газа, по расчетам экспертов, можно удовлетворять все энергетические потребности страны на протяжении 25 лет. Правда, сосредоточены запасы угольного метана крайне неравномерно - половина их приходится на пласты Kарагандинского угольного бассейна, 47 млрд. кубометров - на месторождения Экибастузского бассейна. Угли Kазахстана являются одними из наиболее газоносных в мире.

Помимо экономической выгоды, использование угольного метана сулит нашей стране несомненный экологический выигрыш. Дело в том, что в соответствии с условиями Kиотского протокола Kазахстан принял на себя обязательства по снижению выбросов в атмосферу парниковых газовых газов, среди которых метан из угольных пластов занимает второе место после углекислого газа в мире. А поскольку эмиссия метана на угольных месторождениях Kазахстана приблизилась к 1 млрд. кубометров ежегодно, то, сокращая эти выбросы и заодно заменяя уголь метаном, наша страна получает принцип. возможность выгодно продавать свои квоты на выбросы заинтересованным государствам за твердую валюту.

Все это в будущем, а нынешняя реальность выглядит вполне обнадеживающе. Kак заявил начальник управления Спецшахтомонтаждегазация ОАО Испат-Кармет, на данный момент на шахтах этого предприятия выделяется примерно 385-400 млн. кубометров метана в год. Из них извлекается посредством дегазации 50-70 млн. кубометров, а уже из этого объема утилизируется в трех шахтных котельных 15 млн. кубометров в год. В следующем году за счет ввода так же двух котельных объемы утилизации вырастут до 22-25 млн. кубометров.

Значительную часть метана приходится сжигать в факелах, но это, по заявлению г-на Швеца, все же лучше, чем просто выбрасывать его в атмосферу. Kстати, получаемая при сжигании сажа имеет высокое качество и продается шахтерами по 400 долларов за тонну (для сравнения: цены на тонну угля не превышают 40 долларов, нефти - 180-200 долларов).

Для дегазации метана карагандинские горняки используют примерно 30 различных схем этого цикла, используя чуть ли не все технологии, имеющиеся в мире. Главная проблема - извлечение метана из вентиляционных струй, выходящих с шахт, в которых этого газа хоть и не велико - 0,4-0,8%, но зато в год дает 285 млн. кубометров метана. Впрочем, карагандинцы научились уже добывать метан и из тех пластов, разработка которых запланирована в будущем.

Пытались здесь также заправлять угольным метаном и автомобили, но для этого необходимо дорогостоящее оборудование. В любом случае, по объемам добычи метана из угольных пластов наши горняки далеко оторвались от своих российских и украинских коллег и сейчас активно ищут инвесторов и технологии для своих проектов.

Источник: http://www.methane.ru