CC BY
79
__________________________________________ © С.В. Сластунов, 2011
УДК 622.411.33:622.8 С.В. Сластунов
МЕТАНОБЕЗОПАСНОСТЬ ШАХТ РОССИИ -КЛЮЧЕВАЯ ПРОБЛЕМА УГОЛЬНОЙ ОТРАСЛИ
Рассмотрен вопрос системного обеспечения метанобезопасности угольных шахт. Изложены концептуальные подходы к решению этой проблемы. Отмечается необходимость глубокой дегазации разрабатываемых пластов в условиях их интенсивной разработки. Показана необходимость применения новых технологий заблаговременной дегазации с использованием скважин с поверхности. Рассмотрены перспективы развития научного направления по управлению свойствами и состоянием углегазоносного массива для борьбы с основными опасностями в угольных шахтах.
Ключевые слова: метанобезопасность угольных шахт, взрывы метана, состояние травматизма, эффективная дегазация, заблаговременная дегазационная подготовка шахтных полей, законодательные ограничения, инновационные решения в горном деле, роль государства в решении проблем метанобезопасно-сти.
~П 2007 г. нами был сделан доклад на пленарном заседании
-Я-М «Неделя Горняка - 2007» по метаноугольной тематике «Проблемы угольного метана - мировой и отечественный опыт их решения» [1]. Посвящен он был состоянию решения основных проблем угольного метана - экологических, энергетических, экономических и, основное, проблеме обеспечения метанобезопасности при подземной угледобыче. Отметив тяжелейшее состояние в отрасли с этим важным аспектом, доклад был закончен дословно следующими словами «Россия продолжает хладнокровно жить в ожидании новых трагедий на угольных шахтах». Очень печально было найти этому выводу быстрое подтверждение, но спустя считанные недели произошла катастрофа на шахте «Ульяновская», унесшая жизнь 112 человек, затем на шахте «Юбилейная».
В докладе мы говорили о необходимости законодательных мер по предотвращению взрывов на угольных шахтах ссылаясь на мировой опыт, в том числе на опыт ряда штатов Австралии и США, где законодательно ограничивается величина газоносности угольных пластов, разработку которых разрешено вести подземным способом, в частности, приводилась ограничительная величина для газоносных (выбросоопасных) пластов в 9 м3/т.
Последний нормативный документ по дегазации угольных шахт РД-15-09-2006 «Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт» (Приказ Ростехнадзора № 797 от 24.08.2006) пунктом 5 предусматривает определенные ограничения по газоносности разрабатываемых пластов. Указывается, что дегазация пластов должна применяться во всех случаях, когда на участках ведения очистных и подготовительных работ метаноносность пласта составляет 13 м3/т.с.б.м и более, и когда экономически выгодно извлекать и использовать угольный метан. Такая же норма прописана в подготовленной Инструкции по дегазации, которая находилась к моменту написания статьи на рассмотрении в Минприроды. В этом документе предусмотрена корректировка указанной предельной величины метаноносности для конкретных условий. Это справедливо, так как при сравнительно небольших нагрузках на очистные забои допустимый барьер может быть изменен.
По итогам расследования названных выше аварий в Кузбассе в 2007 г. был выпущен ряд приказов, в частности, приказ от 29.06.2007 № 535 Управления Ростехнадзора по Кемеровской области (по ш. «Ульяновская»), где в п. 1.3.15. запрещалось:
• с 20.07.2007 года проектирование отработки пластов угля без предварительной дегазации с природной газоносностью более 9,0 куб. м/т;
• с 01.11.2007 года эксплуатацию шахт без проведения дегазации с природной газоносностью более 9,0 куб. м/т.
Но эти записи радикально по смыслу отличаются от принятого в мировой практике подхода. Принципиальное отличие приказов по Кемеровской области заключается в том, что ими предусматривается сам факт применение дегазации, а не обязательное достижение снижения газоносности до граничной критической величины. Таким образом, остается широкая лазейка для применения дегазации как факта без каких-либо требований к ее эффективности. И ключевым вопросом становится экономический фактор - эффективные способы дегазации достаточно дороги и требуют существенных инвестиций заблаговременно, в ряде случаев за несколько лет до начала ведения горных работ и в этих условиях применяться не будут.
Этот же принципиальный методологический недостаток присущ и названным выше Методическим рекомендации о порядке де-
газации угольных шахт (РД -15-09-2006) и Инструкции по дегазации.
Нами при участиии специалистов угольной отрасли в развитие опыта ведущих угледобывающих стран мира была разработана «Концепции обеспечения метанобезопасности угольных шахт России на 2006-2010 гг. [2], где указывалось, что радикальным государственным мероприятием, которое позволит решить проблему метанобезопасности угольных шахт, является полный запрет на разработку угольных пластов с газоносностью более 9 м3/т без заблаговременной дегазации. При этом был предложен достаточно мягкий вариант принятия этой нормы. Последнюю предлагалось внедрять поэтапно, в течение 15 лет, в следующей последовательности:
- в период 2006-2010 гг. - подготовка к дегазации, создание соответствующих структур;
- в период 2011-2015гг. - запрет на разработку пластов с газоносностью более 14 м3/т без заблаговременной дегазации;
- в период 2016-2020 гг. - запрет на разработку пластов с газоносностью более 12 м3/т без заблаговременной дегазации;
- после 2021 г. - запрет на разработку пластов с газоносностью более 9 м3/т без заблаговременной дегазации.
К сожалению, несмотря на то, что указанная концепция была разработана по заказу управления угольной промышленности Рос-энерго, принята последним и согласована Ростехнадзором (письмо 13-07/701 от 29 ноября 2006 г.) практической ее реализации достигнуто не было. Даже после катастрофы на шахте «Распадская» в 2010 г. после громких заявлений в средствах информации был принят ФЗ от 26.07.2010 № 186-ФЗ «О внесении изменений в статьи 1 и 14 ФЗ «О государственном регулировании в области добычи и использования угля, об особенностях социальной защиты работников организаций угольной промышленности и отдельные законодательные акты РФ», где указывалось, что вводятся меры, направленные на снижение взрывоопасности на предприятиях угольной промышленности, а также, что в ФЗ включено новое понятие «дегазация». Данный термин означает проведение работ по извлечению и выводу взрывоопасных газов в шахтах, угольных пластах и выработанном пространстве до допустимых норм. Допустимые нормы содержания взрывоопасных газов, при превышении которых дегазация является обязательной, будут устанавливаться Правительством РФ.
К сожалению, по существу ничего нового в законе не было прописано - никаких конкретных ограничений. Те же отмеченные выше лазейки для формального проведения дегазации.
И мы можем только повторить наш вывод, который был сделан в конце прошлого доклада и процитирован в начале этого. Утверждать что-либо иное было бы по меньшей мере необоснованным и поспешным.
По-прежнему нет узаконенного норматива по предельно допустимому уровню интенсивности добычи угля по газовому фактору. Действующая методика изложена в «Руководстве по проектированию вентиляции угольных шахт», подготовленном МакНИИ в 1989 г. Все параметры расчета ограничивались нагрузками на очистной забой до 4-5 тысяч т в сутки. В настоящее время на многих шахтах фактические нагрузки в несколько раз больше, на некоторых они уже выше 25 тысяч тонн в сутки (например, шахта «Котинская» ОАО «СУЭК-Кузбасс», где в начале 2010 г. суточная нагрузка достигала 30 тысяч тонн, а месячная превышала 700 тысяч т). Неясно, как в этих условия работать шахтам, каким образом проектировать проветривание и дегазацию. Специалисты говорят и пишут об этом более 15 лет с неизменным «успехом». На уровне отрасли понимания и действенной реакции до настоящего времени нет. Отдельные заказные НИР, исполнение которых на так называемой конкурсной основе выполняется без привлечения широкого круга специалистов. Отраслевое научное сопровождение практически отсутствует. Вряд ли тот факт, что у всех угольных предприятий есть собственники, оправдывает такое положение. Взрывы на шахтах - важнейший социальный вопрос, государство не должно оставаться в стороне. К сожалению, сказывается недостаток квалифицированных специалистов в руководстве отрасли, имеющих авторитет и практический опыт решения реальных насущных задач.
После последних трагических событий вновь во всей очевидности встает вопрос о необходимости разработки и реализации единой федеральной программы «Метанобезопасность». Такая программа была разработана ведущими специалистами ИГД им. А.А. Скочинского, МГГУ, ИПКОН РАН, ЦНИЭИуголь, Минтопэнерго РФ с участием ряда специалистов других организаций в середине 90-х годов, но в кадрово-структурной чехарде была благополучно забыта. Программа должна быть возобновлена и возглавлена авторитетными и квалифицированными специалистами в
рассматриваемой области с привлечением широкой научнотехнической общественности.
Мы неоднократно писали, что решение задачи обеспечения метанобезопасности должно осуществляться на всех уровнях: на уровне государства, региональных органов власти и собственников угольных шахт.
На региональном уровне в Кузбассе последние годы активно ведутся и еще более активно пропагандируются работы по добыче угольного метана. Инициаторы и организаторы этих работ утверждают, что работы в числе прочего имеют важное социальное значение, так как обеспечивают решение вопросов метанобезопас-ности. С этими же утверждениями неоднократно выступал уважаемый губернатор Кемеровской области А.Г. Тулеев. К сожалению, это во многом недостаточно обоснованное утверждение, так как работы по добыче метана ведутся в значительном удалении от шахтных и резервных шахтных полей на так называемых благоприятных для добычи метана площадях (в настоящее время это Талдинская площадь, где расположен опытный полигон «Газпром-добыча-Кузнецк»), где в ближайшей перспективе не предусмотрена подземная угледобыча. На этих объектах речь идет о коммерческом (промышленном крупномасштабном по утверждению организаторов) извлечении метана, а не о работах по заблаговременной дегазации или заблаговременной подготовке шахтных полей к безопасной и интенсивной разработке.
В этих условиях неправомерно говорить о решении проблем безопасности угледобычи, равно как о решении глобальных климатических проблем, подпадающих под действие Киотского протокола.
Мы ранее неоднократно писали о недостаточно обоснованных перспективах крупномасштабной добычи угольного метана в Кузбассе. Это же подтверждает и информация от самих исполнителях этих работ [3], где приводятся фактически достигнутые дебиты метана из 7 экспериментальных скважин на уровне 10000 куб. м/сут., что более, чем на порядок ниже ожидаемых и декларируемых ранее. Тем не менее в 2010 г. в очередной раз на самом высоком уровне утверждается об открытие новой углегазовой отрасли в Кузбассе и твердых намерениях уже в очередном следующем году добывать 4-5 млрд. куб. метров угольного метана в год. Это же декларировалось и на состоявшейся 31 марта 2010 г. в РГУ нефти и
газа имени И.М.Губкина - конференции «Добыча метана из угольных отложений. Проблемы и перспективы».
Дело даже не в экономической состоятельности работ по добыче угольного метана. Этими вопросами занимаются ведущие угледобывающие страны мира, он подлежит тщательному изучению и в России. Только взвешенное решение этого вопроса, по нашему мнению, состоит в том, чтобы на данном этапе сконцентрировать основные работы на шахтных (в крайнем случае, резервных) полях, т.е. там, где в ближайшем будущем реально предполагается подземная добыча угля. Только в этом случае может определенно быть достигнута рентабельность работ, частично за счет непосредственного извлечения (добычи) метан, частично, и главным образом, за счет интенсификации горных работ в зонах глубокой дегазации и обеспечения безопасности ведения горных работ. Взвешенное решение задачи лежит на стыке интересов угольной и газовой отраслей. Экономическая целесообразность такого подхода предопределяется также следующим общим соображением, которое мы неоднократно высказывали раньше. Энергетический потенциал метана в системе «уголь - метан» при газоносности угля на уровне 20 куб. м/т для неразгруженных от горного давления угольных пластов в типичных условиях их нахождения до разработки составляет около 2%. Это однозначно говорит о том, что вкладывать существенные средства в достаточно дорогую технологию извлечения метана через скважины, пробуренные с поверхности, может быть оправдано в том случае, если целью работ является извлечения всего энергетического потенциала полезного ископаемого (уголь и метан), а не малой его 2%-ой части. Разумеется, это утверждение не имеет никакого отношения к добыче метана в аномальных горно-геологических условиях, например, в условиях микрогазовых месторождений, расположенных в угольных формациях, что имело место в мировой практике.
Все вышесказанное определяет возможности региональных органов власти внести свою реальную лепту в решение вопроса ме-танобезопасности угольных шахт, а именно способствовать становлению и развитию работ по заблаговременной дегазации угольных пластов с извлечением (добычей) метана скважинами с поверхности на шахтных полях, что в настоящее время широко применяется в мировой практике.
Основная роль в решении проблемы - отношение к ней собственников угольных компаний и их технического руководства. Согласно отмеченной выше концепции первый пятилетний период отводился компаниям для создания производственных структур по решению основных задач обеспечения метанобезопасности на шахтах и их оснащению.
В качестве аналога вполне объективно может быть принят пример Управления «Спецшахтомонтаждегазация» (УСШМД) угольного департамента «Арселор Миттал Темиртау» (б. ПО «Ка-рагандауголь») в Карагандинском угольном бассейне. Управление эффективно функционирует с 1970 г. стабильно обеспечивая эффективность дегазации на шахтах бассейна на уровне 50%. В бассейне эффективно применяется более 20 способов дегазации.
УСШМД выполняет следующие виды работ:
- бурение подземных дегазационных скважин;
- монтаж, анализ и изыскание эффективных способов дегазации;
- профилактическое заиливание и изоляция отработанных участков;
- непосредственное тушение пожаров;
- контроль за выбросами в атмосферу и сбросом воды;
-депрессионные съемки;
- прогноз выбросоопасности;
- химическое упрочнение массивов;
- утилизация шахтного метана;
- заблаговременную дегазацию пластов через скважины с поверхности.
За прошедший со времени утверждения концепции период с определенным удовлетворением можно отметить создание в Кузбассе специализированного подразделения по извлечению и утилизации метана в ОАО «СУЭК-Кузбасс» (г. Ленинск-Кузнецкий). Эта организация на первом этапе своего существования взяла в свои руки дегазационные работы, ранее выполняемые субподрядными организациями. При соответствующем современном техническом оснащении, подготовке и привлечении в свой состав квалифицированных специалистов, соответствующем научнотехническом сопровождении работ эта структура сможет в существенной степени способствовать решению насущных вопросов обеспечения метанобезопасности на шахтах компании.
В настоящее время очень важно правильное понимание проблемы метанобезопасности. После трагедии на шахте «Распадская» можно было слышать с самых высоких государственных и региональных трибун перечисление причин трагедии: от обнаружения в шахте посторонних лиц до объяснения взрывов курением или другими пороками самих шахтеров. К сожалению, такие объяснения аварий уводят нас от понимания глубинных основополагающих причин. Нельзя также сводить все к частным или односторонним причинам, таким как отсутствие или недостатки приборов и систем контроля газовой обстановки, средств индивидуальной защиты и др. Главной причиной является отсутствие системного обеспечения метанобезопасности, взаимосвязанности постановки и решения задач на всех уровнях функционирования шахты начиная с шахтного поля в целом (раскройка, схема вскрытия, способ подготовки, схема проветривания, заблаговременная или предварительная дегазация и многое другое), включая мероприятия на уровне производственного участка (выемочного, проходческого) и заканчивая средствами индивидуальной защиты шахтеров.
Одним из ключевых тезисов неоднократно упомянутой концепции является необходимость извлечения метана на всех стадиях разработки угольного месторождения, начиная со строительства шахты. На знаменах научной школы нашего университета, начиная со времен ее основателя академика А.А.Скочинского, всегда была начертана целесообразность (необходимость) проведения комплекса работ по заблаговременной подготовке угольного месторождения к безопасной и эффективной разработке скважинами с поверхности для предотвращения основных опасностей в угольных шахтах (взрывы газа и пыли, выбросы угля и газа, горные удары, эндогенные пожары и др.). Утверждалось, что с углегазоносным массивом надо начинать работать сразу же после проведения геологоразведочных работ. Геологоразведочные скважины должны переоборудоваться в технические (разбуривание, обсадка, цементация, перекрытие водоносных горизонтов, вскрытие основных угольных пластов, а при необходимости и пород) и через них в течение значительного периода времени должны проводиться работы по управлению свойствами и состоянием массива с целью их целенаправленного изменения. В частности должна обеспечиваться глубокая дегазация угольных пластов, что вполне достижимо при
наличии достаточного времени (3-5 и более лет). При таком подходе реализовывался еще один очень важный тезис: разделение во времени и пространстве дегазационных и основных горных работ. Работы по дегазации должны в основном выноситься из шахты, не мешать основным производственным процессам. Должен быть обеспечен значительный резерв времени на применение целого комплекса активных воздействий на газоносный массив, позволяющих достигать равномерной и глубокой дегазации. Фактор времени в этих вопросах является определяющим, так как хорошо известно, что львиная доля метана находится в связанном (сорбированном) состоянии, процессы десорбции и миграции метана по мельчайшим порам и трещинам в структуре блочнотрещиноватой среды неразгруженного от горного давления угольного пласта (в основном фольмеровская и кнудсеновская диффузия, в ограниченной области пуазейлево вязкое течение и другие процессы) крайне длительны и исчисляются месяцами и даже годами. Необходим также учет энергетического фактора для обеспечения массопереноса в угольном пласте (табл.), который также предопределяет применение того или иного способа дегазации. Заблаговременная дегазация через скважины с поверхности может реализовываться с применением мощного оборудования, обеспечивающего масштабное раскрытие трещин и извлечение угольного метана.
Первые работы по заблаговременной дегазации были проведены в СССР в 1963 г. на поле шахты № 22 в Караганде. В этом бассейне они ведутся до настоящего времени по технологиям и проектам МГГУ (ранее МГИ). Пятью годами позже аналогичные работы были проведены в Донецком бассейне и активно велись там до начала 1990-х гг. Первый существенный этап развития работ связан с выдающимся ученым Николаем Васильевичем Ножкиным. Существенный вклад в развитие работ на этапе их становления внесли Ю.Ф. Васючков, С.А. Ярунин, АС. Бурчаков, И.А. Швец, Ш.У. Ахметбеков, Н.Х. Шарипов,
С.К. Баймухаметов, Г.М. Презент, В.А. Громов, А.И. Буханцов и многие другие. За истекшее время работы по этому научнопроизводственному направлению были проведены более чем на 20 шахтных полях Карагандинского и Донецкого угольных бассейнов, по результатам исследований защищены более 100 кандидатских и около 20 докторских диссертаций. Работа была отмечена рядом престижных премий. Основные технологические решения защищены более чем 100 патентами. Опубликованы десятки монографий. Научная школа продолжает функционировать в настоящее время. Планомерно ведется подготовка кадров для данного научного направления, постоянно выполняются НИОКР по заказам ведущих угольных компаний, ряда других организаций и Минобрнауки. Разработано Отраслевое руководство, являющееся технологическим багажом данного научного направления.
Ведется постоянный поиск новых объектов для промышленного внедрения технологии заблаговременной дегазационной подготовки шахтных полей. Разработаны проекты на заблаговременную и предварительную пластовую дегазацию для ряда объектов ОАО «Воркутауголь» и ОАО «СУЭК-Кузбасс». Фактическая реализации
этих проектов, связанная во многом с перспективными инвестициями покажет серьезность намерений угольных предприятий целенаправленно решать проблему обеспечения метанобезопасности подземной угледобычи.
К сожалению, до настоящего времени остаются некоторые сомнения в неизбежной необходимости применения технологии ЗДП, особенно ввиду того, что доказательства оправданности значительных инвестиций по объективным причинам откладывается на значительный срок, что в наше время само по себе является поводом для серьезных сомнений. Всегда остаются надежды решить проблему с газом быстрее и дешевле. По этому поводу можно еще раз отметить следующее.
Известны и достаточно широко применяются несколько десятков способов дегазации угольных шахт. Высокую и вполне достаточную эффективность имеют способы дегазации выработанных пространств, сближенных пластов - пластов-спутников. Не представляют принципиальной угрозы для очистного забоя все без исключения источники поступления метана в лаву из выработанного пространства. Применяемые способы дегазации выработанного пространства скважинами с поверхности и различные способы, осуществляемые из подземных выработок (кусты восстающих скважин, газоотсос из-за перемычек, газодренаж и др.) имеют надежную и высокую эффективность (до 80% и более), но они ни в коей мере не могут решить проблему снижения непосредственно из разрабатываемого пласта и отбитого угля. Последние же источники газовыделения в очистной забой при интенсивной добычи угля становятся определяющими. Таким образом, проблема безопасной и интенсивной отработки однозначно замыкается на необходимости применения эффективной пластовой дегазации. Пластовая дегазация из подземных выработок в принципе имеет ограниченную эффективность и даже в руководящих документах по дегазации эффективность этого способа указывается на уровне 20-25%. Это связано с объективными причинами. Во-первых, во многих случаях не обеспечивается необходимое опережение очистными работами подготовительных работ, т.е. на дегазацию выемочного столба отводится недостаточно времени. Фактор времени в вопросах пластовой дегазации - определяющий. Во-вторых, процесс истечения газа к пластовой подземной скважине недостаточно интенсивен, т.к. в условиях неразгруженного от горного давления уголь-
ного пласта имеет место низкая проницаемость, пласт, как правило, не подвергнут воздействиям по искусственному повышению проницаемости активными воздействиями. Последние затруднительно провести ввиду отсутствия времени и вероятности прорыва рабочих агентов в горные выработки. По мировому опыту максимальная эффективность съема метана при таком способе дегазации - 3-4 куб.м/т, реально, не более 1-2 куб.м/т. Это означает, что в тех условиях, когда требуется снять 3-4 куб.м/т и более - необходимо применения альтернативной схемы пластовой дегазации. Единственная альтернатива подземной пластовой дегазации - заблаговременная дегазация пласта скважинами с поверхности (ЗДП).
Этот вывод подтверждает и мировой опыт. В близких условиях при необходимости обеспечения высоких нагрузок на очистные забои (например, изученные в недавний период нами и нашими коллегами из Карагандинского угольного бассейна шахты США «Буханап» и «Кумберлент», нагрузки на уровне 25 тыс.т/сут, природная газоносность до 20 куб.м/т) глубокая и эффективная дегазация осуществляется комплексом работ по ЗДП скважинами с поверхности, а также пластовой дегазацией из подземных выработок и вертикальными скважинами в выработанное пространство. Опыт ведущих угледобывающих стран мира подтверждает необходимость и целесообразность применения заблаговременной дегазации шахтных полей.
Перспективы данного научного направления необходимо, с нашей точки зрения, рассматривать более широко. Во-первых, как отмечалось выше, технология заблаговременной (предварительной) дегазации шахтных полей через скважины, пробуренные с поверхности, должны рассматриваться шире, а именно как технология заблаговременной подготовки угольных месторождений к безопасной и эффективной отработке. В понятие заблаговременной подготовки входит комплекс работ по управлению свойствами и состоянием углегазоносного массива горных пород с целью борьбы с основными опасностями в угольных шахтах (взрывы метана и пыли, внезапные выбросы угля и газа, суфлярные газопроявления, горные удары, эндогенные пожары и др.). Предполагается через скважину обеспечивать равномерный доступ к достаточно удаленным участкам угольного пласта за счет искусственного формирования блочно-трещиноватой структуры угольного пласта, поддержания трещин в раскрытом состоянии, нагнетания в пласт химических ве-
ществ (химически-активных веществ, поверхностно-активных веществ, комплексонов), хладоагентов, теплоносителей, текучих различной вязкости (гелей) и всевозможных других рабочих агентов, обеспечивающих повышения газопроницаемости массива, его гидродинамические характеристики, изменяющих его механические и прочностные свойства, определяющих термодинамику системы «уголь-метан-рабочий агент» и многое другое.
По данному научному направлению ведется постоянный технологический поиск новых решений по повышению эффективности технологии ЗДП, расширению области применения технологии. Ведется разработка новых технологических решений по обеспечению равномерности обработки массива (это - ключевой момент, так как при гидрорасчленении раскрываются уже имеющиеся в пласте природные системы трещин), глубины дегазации (повышению ее эффективности), повышению фазовой проницаемости угольного пласта для газа и ряду других направлений.
Разработка технологий скважинного управления состоянием массива горных пород лежит в русле разработки новых инновационных технологий в горном деле. «Инновационное Сколково» этого научного направления лежит, в перспективе, в разработке эффективных геотехнологий добычи полезных ископаемых. Подразумевается реализация известного тезиса: карьер будущего -шахта, шахта будущего - скважина. Весь перспективный технологический задел должен строиться и с учетом этого вектора развития научной школы. На базе новых технологий управления свойствами и состоянием массива горных пород необходимо обеспечивать возможности реализации геотехнологических способов добычи угля уже на данном этапе развития горного дела. В том числе и для этого перспективного и стратегического направления разработаны, апробированы в шахтных условиях и запатентованы на последнем этапе развития скважинных дегазационных технологий такие инновационные принципиально новые технологии, как расчленение угольных пластов с использованием сжиженных газов, тепловое воздействие, воздействие в режиме кавитации с использованием геоэнергии массива, цикл виброакустических воздействий, воздействие с использованием эффекта обратного гидроудара, воздействие с использованием углекислого газа, газообразного азота (пузырьковый эффект), использованием винтовой щелевой разгрузки призабойной зоны пласта, применением вспениваю-
щихся растворов, дегазации выработанных пространств на полях ликвидированных шахт и ряд других.
Некоторые из последних защищенных решений приведены ниже.
• Патент РФ № 2159333 от 20.11.2000.«Способ дегазации угольного пласта» (МГГУ, Пучков Л.А., Сластунов С.В.,Фейт Г.Н.).
• Патент РФ № 2188322 от 07.09.2001 «Способ гидрообработки угольного пласта», (МГГУ, Пучков Л.А., Сластунов С.В., Каркашадзе Г.Г. Коликов К.С.).
• Патент РФ № 2232899 (2004 г.) «Способ обработки угольного пласта» (МГГУ, Пучков Л.А., Сластунов С.В., Каркашадзе Г.Г. Коликов К.С.).
• Патент на изобретение № 2323327 от 27.04.2008. Способ извлечения метана из угольного пласта. Пучков Л.А.,Сластунов С.В.,Каркашадзе Г.Г., Коликов К.С.
• Патент на изобретение № 2338121 от 10.11.2008. Устройство для сжигания взрывоопасныхгазовых смесей. Сластунов С.В., Каркашадзе Г.Г., Шмидт М.В., Коликов К.С.
• Патент РФ №2245443 на «Устройство для определения профиля скважин». Приоритет 15.10.2003. Каркашадзе Г.Г., Негу-рица Л.П., Вигдорчик М.Д. и Трофимов А.С.
• Патент РФ №2263775 на «Электроимпульсное скважинное устройство». Приоритет 15.07.2004. Пучков Л.А. и Шек В.М.
• Патент на изобретение № 2366147 от 10.06.2008. Способ получения газовой сажи. Сластунов С.В., Каркашадзе Г.Г., Шмидт М.В., Коликов К.С.
• Патент на изобретение № 2393353 от 27.06.2010. Способ извлечения метана на полях ликвидированных угольных шахт. Пучков Л.А.,Сластунов С.В.,Каркашадзе Г.Г., Коликов К.С., Борисенко А.В.
В качестве иллюстрации представим некоторые технологии.
Выброс воды и угля через 20 минут- Emission of water and coal in 20 minutes
Рис. 1. Воздействие в режиме кавитации с использованием геоэнергии массива
На рис. 1 - реализация воздействия на угольный пласт в режиме кавитации с использованием геоэнергии массива. На нижнем рисунке показан процесс кавернообразования в угольном пласте за счет организации цикла выбросов угля и газа в скважину.
На рис.2 представлен механизм воздействия с использованием углекислого газа для его секвестирования и замещения последним угольного метана в сорбционном объеме угля.
Приведенные новые технологические решения - это решение вопросов дегазации, но, и в том числе, задел на будущее. В настоящее время основная задача по обеспечению метанобезопасности подземной угледобычи - создание условий для внедрения на газовых шахтах эффективных технологий пластовой дегазации, обеспечивающих глубокую дегазацию интенсивно разрабатываемых угольных пластов. Без этого ситуация будет оставаться критической. По некоторым источникам (данные не всегда совпадают, но порядковые соотношения верны) известны
Рис. 2. Механизм секвестирования углекислого газа и извлечения метана из угольного пласта
широкой общественности следующие цифры смертельного травматизма:
• в США - 1 смертельный случай на 15 млн. т добычи;
• Китай - 5,5-6,0 чел. на 1 млн. т добычи - в 90-100 раз выше, чем в США;
• Украина (после 1991 г.) - около 3,5 чел. - в 65-80 раз выше, чем в США;
• на шахтах РФ этот показатель находился последний период в диапазоне 0,5 - 1 чел.;
• ФРГ (данные 1989 г. - условия в тот период близкие по сложности к РФ) - 0,54 чел.
Ныне по смертельному травматизму в мире Россия уступает лидерство лишь Китаю и Украине, но, к сожалению, все еще впереди. Даже Китай на одном из совещаний групп специальных экспертов по шахтному метану при экономической комиссии ООН декларировал намерение ограничить предельную газоносность, при
которой можно добывать уголь, величиной в 6 куб.м/т, жестче, чем в США и Австралии. Понимание остроты ситуации в мире постоянно растет.
Наше российское отставание в этих вопросах (а оно налицо, последний пример тому, шахта «Распадская») - вина и беда как отраслевого (государственного) руководства, так и собственников угольных компаний. Но у собственников их шахты - это их бизнес, и отношение к проблемам у многих из них крайне прагматичное. Прибыль прежде всего и, подчистую, дорогой ценой. Хотя случается и достаточно взвешенное, прогрессивное отношения к делу, пример тому, по нашему мнению, деятельность ОАО «СУЭК -Кузбасс» (комплекс работ по дегазации и использованию метана на шахте им. Кирова, работы на шахте «Котинская» и др.).
На уровне государства, к сожалению, практически не просматривается государственного подхода. Не вдаваясь в причины сложившейся ныне ситуации, хотелось бы обратиться в недалекое прошлое. Государственный подход к стратегическим решениям в области метанобезопасности достаточно широко культивировался уже в 70-80 гг. минувшего столетия. Достаточно вспомнить глубокоуважаемого и авторитетного министра угольной промышленности СССР Б.Ф.Братченко и его неоценимую поддержку работ по управлению свойствами и состоянием массива горных пород с целью борьбы с основными опасностями в угольных шахтах, в том числе работ по заблаговременной дегазационной подготовке угольных месторождений к безопасной и эффективной разработке. Эта работа широко внедрялась на многих шахтах Карагандинского и Донецкого угольных бассейнов, несмотря на все отмеченные выше объективные и субъективные сложности. Цикл работ под его руководством с участием ведущих ученых Московского горного университета (тогда МГИ) В.В. Ржевского, А.С. Бурчакова, Э.М. Москаленко и Н.В. Ножкина дважды выдвигался на Ленинскую премию, получил ряд других престижных премий и определенное общественное признание. Главное же, к решению очень непростых задач, таких как обеспечение безопасности труда шахтеров, со стороны руководства угольной отраслью было действительно внимательное и достойное отношение. Очень хотелось бы надеяться на преемственность такого подхода в настоящем или, хотя бы, в обозримом будущем.
1. Пучков Л.А., Сластунов С.В. Проблемы угольного метана - мировой и отечественный опыт их решения. М., ГИАБ № 4, 2007.
2. Концепция обеспечения метанобезопасности угольных шахт России на 2006-2010 г.г. (Пучков Л.А., Сластунов С.В., Каледина Н.О. и др.). М.: Изд-во МГГУ, 2006.
3. Президент в Кузбассе сделал открытие. Деловой Кузбасс/Новый век, № 2 /Февраль 2010 г. нш=1
— Коротко об авторе ------------------------------
Сластунов С.В. - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
