CC BY
42
УДК 622.257.1
А. В. Исаенко, А. В. Угляница
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОМПРЕССИОННЫХ СВОЙСТВ ЗАКЛАДОЧНЫХ АВТОКЛАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТОПЛИВЫХ ШЛАКОВ ОТ ПАРАМЕТРОВ ЗАКЛАДОЧНОЙ СМЕСИ
В связи с реструктуризацией угольной промышленности в России было закрыто 188 угольных шахт, в том числе в Кузбассе закрыто 42 шахты и ликвидировано 157 вертикальных стволов. При этом требования нормативных документов [1], обязывающих производить закладку ликвидируемых вертикальных выработок безусадочным и водоупорным материалом, не соблюдались - все стволы были либо просто перекрыты изолирующей перемычкой в устьевой части, либо засыпаны горелой породой или глиной.
Такой подход привел к значительному нарушению экологии Кузбасса и даже к гибели людей.
Причиной несоблюдения требований нормативных документов при закладке стволов послужило отсутствие недорогого и эффективного способа закладки вертикальных выработок безусадочным и водоупорным материалом.
Выполненный в КузГТУ анализ известных способов закладки выработанного пространства показал, что все они разработаны для закладки горизонтальных и наклонных горных выработок, обладают значительной трудоемкостью и стоимостью, вследствие использования дорогостоящих закладочных материалов и технологических приемов, и для закладки вертикальных выработок не пригодны.
Настоящее исследование выполнялось с целью изучения компрессионных свойств автоклавного материала на основе дешевого вяжущего из золо-шлаковой смеси (ЗШС) топливных предприятий Кузбасса и извести и возможности его применения для закладки вертикальных горных выработок.
Известно, что на физико-механические свойства автоклавных материалов оказывают влияние: коэффициент основности (соотношение, учитывающее содержание различных химических элементов, участвующих в образовании новых соединений); тип извести (гашеная известь, негашеная известь, сорт извести); степень дисперсности составляющих вяжущего; водовяжущее отношение (ВВО).
Тип используемой извести. В настоящее время кальциевая известь является основным сырьем для производства автоклавных материалов. Процессам гашения извести в производстве силикатных изделий придается важное значение. В результате исследований и производственного опыта установлено, что чем больше в извести свободной CaO, тем энергичнее идет процесс синтеза новообразований, к тому же химически связанная вода значительно снижает механические свойства материала.
Предварительные исследования показали, что использование кальциевой извести второго и третьего сортов не обеспечивает необходимых компрессионных свойств автоклавного материала, к тому же компрессионные свойства образцов с одинаковыми параметрами изменялись в значительных пределах. Для проведения экспериментальных исследований использовали негашеную кальциевую известь первого сорта с суммарным содержанием условной CaO более 90 % и производную ее гашения.
Степень дисперсности составляющих вяжущего. Для обеспечения реакции на поверхности зерен большое значение имеет дисперсность компонентов вяжущего, так как чем меньше размер зерен, тем быстрее заканчивается формирование цементирующей связки. Во всех работах, посвященных изучению влияния тонкости помола компонентов автоклавных вяжущих, показано, что уменьшение размера зерен приводит к улучшению механических свойств автоклавных материалов. В экспериментах использовали молотую золу и известь двух стандартных фракций «- 0,16» и «-0,08».
Водовяжущее отношение. Значение водовяжущего отношение может изменяться в значительных пределах, зависящих от требуемой подвижности раствора или бетонной смеси. При низком значении, увеличивается трудоемкость перемешивания компонентов, при высоком значении, резко снижаются механические свойства материала, поэтому необходимо подбирать оптимальное значение которое обеспечит необходимую подвижность смеси при минимальных затратах. Для проведения исследований принимали водовяжущее отношение равным 0,4-0,8.
Существенное влияние на физикомеханические свойства автоклавных материалов также оказывают параметры его автоклавной обработки, которые при исследовании принимали следующими: выдержка образцов перед автоклавной обработкой - 4 часа; продолжительность подъема давления водяного пара - 0,75 часа; выдержка образцов при максимальном давлении - 6 часов; продолжительность спуска давления до атмосферного - 5 часов. Максимальное давление водяного пара при автоклавной обработке принимали равным 0,9 МПа, поскольку при меньшем давлении автоклавный синтез практически не происходит, а создание более высокого давления в вертикальной горной выработке затруднительно. Указанные параметры автоклавной обработки
смеси являются рациональными и наиболее часто рекомендуемыми.
Анализ химического состава ЗШС электростанций Кузбасса показал, что он может существенно отличаться в зависимости от места их получения. Соответственно, при составлении рецептуры смеси нельзя оперировать абсолютными весовыми или объемными компонентами смеси. В этом случае целесообразно использовать коэффициент основности, который характеризует способность смеси связываться в моносиликат кальция и рассчитывается по формуле [2]
(CaO + 0,93MgO^ (0,55 Al2 O3 + ^
+ 0,6 R2O
0,35Fe2O3 + 0,7 SO
Косн —
0,93 SiO 2
где (CaO + 0,93MgO + 0,6r2O)-общее (валовое) содержание «условной» CaO, %;
(0,55 AI2 O3 + 0,35 Fe2 O3 + 0,7 SO3) - количество CaO, связываемой соответствующими окислами и не участвующей в образовании силикатов, %;
0,93 SiO 2 - количество CaO для связывания SiO2 в моносиликат кальция, %.
При проведении лабораторных испытаний образцы изготавливали в лабораторном автоклаве АЛ, предназначенном для проведения физикохимических обработок различных веществ и материалов нейтральными, кислыми и щелочными растворами при повышенной температуре и под давлением.
Обработку вели по заданному температурному графику. Подъем и спуск температуры регулировали с помощью реостата. Давление контролировали с помощью манометра, установленного на автоклаве.
Для определения относительной деформации испытание автоклавного материала производили методом компрессионного сжатия в соответствии с ГОСТ 12248-96 [3]. Эту характеристику определяли по результатам испытаний образцов в компрессионном приборе (одометре), исключающем возможность бокового расширения образца при его нагружении вертикальной нагрузкой.
С целью определения необходимого минимального числа испытаний одинаковых образцов, а также для дальнейшего планирования экспериментальных исследований были выполнены испытания десяти однотипных образцов [3].
Для испытаний использовали молотую ЗШС Кемеровской ТЭЦ. Диаметр образцов принимали 71 мм, а высоту - 20 мм. Химический состав используемой негашеной извести первого сорта CaO
- 94,00 %, MgO - 1,99 %, SiO2 - 1,00 %, Al2O3 -1,05 %, Fe2O3 - 1,07 %, SO3 - 0,5 %. Для испытаний использовали водопроводную воду. Все компоненты смеси взвешивали на электронных весах с точностью измерения 0,01 г. Количество извести
3 У
определяли исходя из необходимого коэффициента основности (Косн), рассчитываемого по формуле [2]. Для приготовления образцов сухую золу и известь перемешивали до однородного состояния, после чего в смесь добавляли воду. Полученную смесь перемешивали, заполняли ею направляющее кольцо одометра, помещали его в автоклав и производили автоклавную обработку. Затем на гидравлическом прессе производили испытания компрессии полученного охлажденного до комнатной температуры автоклавного материала. При этом помещали в прибор штамп и индикатор часового типа и записывали его первоначальные показания; устанавливали прибор на гидравлический пресс.
Предварительные испытания показали, что средняя плотность автоклавных материалов на основе ЗШС не превышает 1250 кг/м3. При глубине стволов до 1000 м максимальное давление для определения компрессионных свойств автоклавных материалов 12,5 МПа, такой негативный вариант возможен при отсутствии сцепления закладочного массива с крепью ствола.
В соответствии с ГОСТ 12248-96 [3] нагружение производили ступенями. Величину ступени принимали 0,2 МПа. Каждую ступень нагружения прикладывали до условной стабилизации деформации образца, за критерий которой принимали скорость деформации образца, не превышающую 0,01 мм за последние 10 мин наблюдений. Деформацию образца измеряли индикатором часового типа.
Предварительные испытания показали, что необходимое количество одинаковых образцов для точности полученного результата, равной 10 % , составляет п = 6,78 ± 2,87. В дальнейшем в каждой серии экспериментов ограничивались десятью образцами [4].
Согласно рекомендациям [2] коэффициент основности для прочных автоклавных материалов необходимо принимать равным 0,8-1,2. Закладочный материал для вертикальных горных выработок не должен обладать высокими прочностными свойствами, поскольку в этом случае будет иметь место компрессионное сжатие, к тому же нагрузка от вышележащего материала будет незначительной. Исходя из этого, первоначально принимали смесь с коэффициентом основности равным 0,8. Если образцы сжимались увеличивали содержание извести в смеси с шагом коэффициента основности равным 0,1 до получения безусадочного материала, если не сжимались - уменьшали шагом 0,1 до тех пор пока образцы не давали усадку при каких либо нагрузках.
Как известно, при использовании гашеной извести вместо негашеной, физико-механические свойства автоклавных вяжущих значительно снижаются. Исходя из этого, первоначально для исследований принимали смесь с коэффициентом основности равным 1,2. Если образцы сжимались, увеличивали содержание извести в смеси с шагом
коэффициента основности, равным 0,1, до получения безусадочного материала, если не сжимались - уменьшали шагом 0,1 до тех пор пока образцы не давали усадку при каких либо нагрузках.
Согласно рекомендациям [2] водовяжущее отношение для автоклавных материалов необходимо принимать равным 0,4-0,8. Поскольку при проведении испытаний по определению влияния коэффициента основности на компрессионные свойства автоклавного материала из ЗШС и извести были испытаны образцы с минимальным значением водовяжущего отношения, то в дальнейших испытаниях первоначально изготавливали образцы с водовяжущим отношением 0,4 и минимальным коэффициентом основности, при котором не сжимались образцы, испытанные при определении влияния коэффициента основности на компрессионные свойства автоклавного материала. Если образцы не сжимались, то значение коэффициента основности снижали с шагом 0,1 до тех пор, пока образцы начинали сжиматься, если сжимались - увеличивали с шагом 0,1 до получения безусадочного материала. В дальнейшем, увеличивали водовяжущее отношение с шагом 0,1 до 0,8, и, изменяя коэффициент основности с шагом 0,1, определяли степень влияния водовяжущего отношения на компрессионные свойства автоклавного материала.
Для приготовления вышеуказанных образцов использовали молотую отвальную ЗШС Кемеровской ТЭЦ фракции «-0,16», негашеную (гашеную) кальциевую известь первого сорта фракции «-0,16» и воду.
Как известно, более тонкий помол вяжущего может значительно улучшить физико-механические свойства материала. Согласно [2] зерна менее 0,16 мм следует рассматривать как составляющие вяжущего, но при очень тонком измельчении частицы вяжущего слипаются между собой и наблюдается обратный эффект. Для определения степени дисперсности вяжущих обычно принимают сито с размером ячеек 0,08 мм. При проведении экспериментов использовали негашеную известь фракции «0,08». Первоначально изготавливали образцы с негашеной известью фракции «- 0,08» и водовяжущим отношением 0,5 (так как при таком ВВО тесто легко изготавливается и избыточная вода не оказывает влияния на механические свойства материала) и минимальным коэффициентом основности, при котором не сжимались образцы, испытанные при определении влияния коэффициента основности на компрессионные свойства автоклавного материала. Если образцы не сжимались, то значение коэффициента основности снижали с шагом 0,1 до получения материала, который сжимался, если сжимались -увеличивали с шагом 0,1 до получения безусадочного материала. Для приготовления образцов использовали молотую отвальную ЗШС Кемеровской ТЭЦ фракции «-0,16».
Параметры автоклавной обработки принимали следующими: выдержка образцов перед автоклав-
ной обработкой - 4 часа; продолжительность подъема давления водяного пара - 0,75 часа; выдержка образцов при максимальном давлении - 6 часов; продолжительность спуска давления до атмосферного - 5 часов. Указанные параметры смеси и ее автоклавной обработки являются рациональными и наиболее часто рекомендуемыми.
При проведении экспериментов по определению влияния тонкости помола компонентов вяжущего на его компрессионные свойства использовали негашеную известь и молотую ЗШС фракции «0,08». Первоначально изготавливали образцы из негашеной извести и молотой ЗШС фракции «0,08», водовяжущим отношением 0,5 и минимальным коэффициентом основности, при котором не сжимались образцы, испытанные при определении влияния тонкости помола негашеной извести на компрессионные свойства автоклавного материала. Если образцы не сжимались, то значение коэффициента основности снижали с шагом 0,1 до получения материала, который сжимался, если сжимались
- увеличивали с шагом 0,1 до получения безусадочного материала.
При исследовании влияния коэффициента основности на компрессионные свойства автоклавного материала, образцы с указанными выше параметрами под давлением 12,5 МПа не сжимались. Фрагмент результатов испытаний представлен в табл. 1. Графическая иллюстрация результатов исследования представлена на рис. 1.
Таблица 1 . Компрессия образцов, испытанных ____________при давлении 12,5 МПа_____________
Коэффициент основности Компрессия, %
0,8 0,00
0,7 0,00
0,6 6,78
0,5 10,47
При исследовании влияния типа извести на компрессионные свойства автоклавного материала образцы с указанными выше параметрами под давлением 12,5 МПа сжимались. В дальнейших испытаниях значение коэффициента основности увеличивали с шагом 0,1. В табл. 2 представлены результаты экспериментальных исследований. Как следует из данных приведенных в табл. 2 образцы не сжимались только при значении коэффициента основности равном 1,3. Графическая иллюстрация результатов исследования представлена на рис. 2.
Таблица 2. Компрессия образцов, испытанных при давлении 12,5 МПа
Коэффициент основности Компрессия, %
1,2 2,76
1,3 0,00
При исследовании влияния водовяжущего отношения на компрессионные свойства автоклав-
ного материала образцы с указанными выше параметрами под давлением 12,5 МПа не сжимались. В табл. 3 представлены результаты испытаний. Графическая иллюстрация результатов исследования представлена на рис. 3.
Таблица 3 . Компрессия образцов испытанных при давлении 12,5 МПа
ВВО ТУ* Косн Компрессия, %
0,4 0,7 0,00
0,4 0,6 5,38
0,5 0,7 0,00
0,5 0,6 6,02
0,6 0,7 0,00
0,6 0,6 8,01
0,7 0,7 10,00
0,7 0,8 0,00
0,8 0,8 4,50
0,8 0,9 0,00
При исследовании влияния тонкости помола негашеной извести на компрессионные свойства автоклавного материала образцы с указанными выше параметрами под давлением 12,5 МПа не сжимались. В табл. 4 представлены результаты испытаний. Графическая иллюстрация результатов исследования представлена на рис. 4.
Таблица 4 . Компрессия образцов испытанных при давлении 12,5 МПа
Косн Компрессия, %
0,7 0,00
0,6 0,00
0,5 0,00
0,4 8,42
При исследовании влияния тонкости помола ЗШС на компрессионные свойства автоклавного материала образцы с указанными выше параметрами под давлением 12,5 МПа не сжимались.
В табл. 5 представлены результаты испытаний. Графическая иллюстрация на рис. 5.
Таблица 5 . Компрессия образцов испытанных при давлении 12,5 МПа
ТУ* Косн Компрессия, %
0,5 0,00
0,4 0,00
0,3 0,00
0,2 6,26
Результаты проведенных исследований позволят определить рациональные параметры закладочной смеси для получения безусадочного массива и разработать на их основе технологии закладки вертикальных горных выработок автоклавными вяжущими на основе отходов топливно-энергетических предприятий и извести.
£, % П>°
10,0
9.0
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0 1,0
0,0
0123456789 10 11 12 р, МПа
Рис. 1. Зависимость компрессии е от нагрузки Р и коэффициента основности Косн (с применением негашеной извести): кривая 1 - коэффициент основности Косн = 0,6; кривая 2 - коэффициент основности Косн = 0,5
Кривая 1 Кривая 2
Рис. 2. Зависимость компрессии е от нагрузки Р и коэффициента основности Косн (с применением гашеной извести):
кривая 1 - коэффициент основности Косн = 1,2; кривая 2 - коэффициент основности Косн = 1,3
е, %
Кривая 1 Кривая 2 Кривая 3 Кривая 4 Кривая 5
0123456789 10 11 12 Р, МПа
Рис. 3. Зависимость компрессии е от нагрузки Р, коэффициента основности Косн (с применением негашеной извести) водовяжущего отношения (ВВО): кривая 1 - водовяжущее отношение ВВО = 0,4, коэффициент основности Косн = 0,6;
кривая 2 - водовяжущее отношение ВВО = 0,5, коэффициент основности Косн = 0,6; кривая 3 - водовяжущее отношение ВВО = 0,6, коэффициент основности Косн = 0,6; кривая 4 - водовяжущее отношение ВВО = 0,7, коэффициент основности Косн = 0,7; кривая 5 - водовяжущее отношение ВВО = 0,8, коэффициент основности Косн = 0,8
Кривая 1 Кривая 2 Кривая 3 Кривая 4
Рис. 4. Зависимость компрессии е от нагрузки Р и коэффициента основности К^: кривая 1 - водовяжущее отношение ВВО = 0,4, коэффициент основности Косн = 0,6; кривая 2 - водовяжущее отношение ВВО = 0,5, коэффициент основности Косн = 0,6; кривая 3 - водовяжущее отношение ВВО = 0,6, коэффициент основности Косн = 0,6; кривая 4 - водовяжущее отношение ВВО = 0,7, коэффициент основности Косн = 0,7; кривая 5 - водовяжущее отношение ВВО = 0,8, коэффициент основности Косн = 0,8
Кривая 1 Кривая 2 Кривая 3 Кривая 4
Рис. 5. Зависимость компрессии е от нагрузки Р и коэффициента основности Косн: кривая 1 - коэффициент основности Косн = 0,5; кривая 2 - коэффициент основности Косн = 0,4; кривая 3 -коэффициент основности Косн = 0,3; кривая 4 - коэффициент основности Косн = 0,2
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Инструкция о порядке ведения работ по ликвидации и консервации опасных производственных объектов, связанных с пользованием недрами. РД 07-291-99 / Федеральный горный и промышленный надзор России. - М. : ГУП "НТЦ "Промышленная безопасность", 2002. - 17 с.
2. Боженов П. И. Технология автоклавных материалов : Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций». - Л. : Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1978. - 368 с.
3. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. - Взамен ГОСТ 12248-78, ГОСТ 17245-79, ГОСТ 23908-79, ГОСТ 24586-90, ГОСТ 25585-83, ГОСТ 26518-85 ; введ. 1991-01-01. - М. : Стройиздат, 1996. - 64 с.
4. Ашмарин И. П. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов / И. П. Ашмарин, И. Н. Васильев, В. А. Амбросов. - Л. : ЛГУ, 1975. - 76 с.
□ Авторы статьи:
Исаенко Алексей Владимирович -канд. техн. наук, доцент каф. строительного производства и экспертизы недвижимости КузГТУ Тел. 8(3842)-39-63-92 Email: iav.tsp@kuzstu.ru
Угляница Андрей Владимирович
- докт. техн. наук, профессор, декан факультета наземного и подземного строительства КузГТУ Тел. 8(3842) 396952
УДК 622.831.325.3
М. А. Волков
ДЕГАЗАЦИЯ - ОСНОВА БЕЗОПАСНОЙ И КОМПЛЕКСНОЙ РАЗРАБОТКИ
УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Перспективы угольной отрасли связаны с достижением нагрузок на лаву более 10000 т/сут, что позволяют применяемая техника и технология добычи. В благоприятных горногеологических условиях, в длинных очистных забоях шахт США, наивысшие показатели работы длинных очистных забоев составили - 10,0 млн.т/год; 1,6 млн.т/мес; 57000 т/сут. В горногеологических условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» доказана возможность работать с нагрузками более 4 млн. т. угля в год. Максимальная нагрузка достигнута на шахте Котин-ская - более 700 тыс. т. в месяц. В этих условиях даже на шахтах третьей категории абсолютная газообильность добычного участка может достигать 100 и более кубометров в минуту. Все это приводит к резкому обострению проблем воспроизводства фронта очистных работ и безопасности, т. к. практически исчерпаны возможности вентиляции.
При перспективном планировании дегазации добычных участков с нагрузками 12000-15000 т/сут даже для шахт третьей категории следует ориентироваться на абсолютную газообиль-
ность участка на уровне 100-150 м3/мин. В этих условиях даже многоштрековая подготовка не обеспечивает безопасных условий отработки. Необходимым элементом технологии в этом случае является дегазация угленосной толщи. Причем в настоящее время абсолютно преобладают способы текущей дегазации, имеющие высокую эффективность дегазации выработанного пространства, но при высоких нагрузках ограничением становится газовыделение разрабатываемого пласта. Для обеспечения безопасных условий высокопроизводительной отработки, коэффициент дегазации разрабатываемого пласта должен достигать 25-50%, а участка - 8085%. Из способов предварительной дегазации такую эффективность может обеспечить только пластовая дегазация с интенсификацией газовы-деления за счет, например, подземного гидроразрыва или гидрорасчленения угольного пласта через скважины, пробуренные с поверхности. Следует отметить, что эффективное извлечение угольного метана является не только необходимым технологическим условием применения высокопроизводительной техники и тех-
44
М. А. Волков
нологии разработки угольных месторождений, но и обеспечивает условия для комплексного освоения ресурсов и снижения экологической нагрузки.
Наиболее высокая эффективность дегазации достигнута на шахтах Воркутинского месторождения (60-70%), на шахтах Карагандинского бассейна средняя эффективность дегазации составляет около 50% /1, 2/. В этих же бассейнах наиболее успешно решаются и вопросы утилизации шахтного метана, доля которого соответственно достигает 50 и 30% от каптируемого. Однако и в этих бассейнах основной объем извлекаемого метана приходится на текущие способы дегазации, обеспечивающие дегазацию разгруженного массива. В этом случае при использовании подземных скважин для дегазации выработанного пространства возникает разрыв между очистными и дегазационными работами, что отрицательно сказывается на безопасности. В перспективе с ростом нагрузок эта диспропорция будет только усиливаться и приведет к снижению безопасности горных работ. Выходом в этом случае является первоочередная отработка предварительно или заблаговременно дегазированного угольного пласта, обеспечивающего максимальную разгрузку свиты, с последующим извлечением метана через скважины заблаговременной и текущей дегазации.
При заблаговременной дегазации обеспечивается извлечение метана с концентрацией 9598%, съем достигает 50-60% содержащегося в пласте метана, что обеспечивает высокие темпы и безопасные условия ведения очистных и, главное, подготовительных работ /3/.
Для текущей дегазации в условиях Кузнецкого бассейна возможно применение как вертикальных скважин с поверхности, так и подземных на спутники. Следует отметить, что дегазация вертикальными скважинами с поверхности имеет весьма серьезный недостаток: в результате большой зоны дегазации их влияние на газо-выделение в выработки значительно ниже. Кроме того, для них характерна высокая стоимость бурения и повышение аварийности скважин с увеличением глубины залегания пластов.
Анализ опыта дегазации и утилизации шахтного метана показывает, что данные работы являются не только необходимой составляющей технологии разработки угольных месторождений с точки зрения безопасности, но и экономически окупающейся, особенно с учетом прироста добычи угля за счет снижения ограничения по газовому фактору.
Современное состояние техники и технологии позволяет уже сейчас достаточно успешно решить вопросы использования метана, что подтверждает опыт эксплуатации мобильных ТЭС на шахтном метане на шахте им. Кирова. В нашей стране основной проблемой в этом во-
просе является слабая экономическая заинтересованность предприятий и отсутствие экономического стимулирования комплексного освоения газоносных угольных месторождений.
В странах СНГ каптированный газ в основном используется в качестве топлива в шахтных котельных. Затраты на перевод котла с твердого топлива на газ окупаются за срок не более 1,5-2 лет. При переводе котла с угля на газ снижается не только выброс вредных веществ в атмосферу, но и сокращается удельное выделение углекислого газа. Так при выработке 1кВт-час тепловой энергии, в случаях использования в качестве топлива угля и газа, выделяется соответственно
0,33 и 0,19 кг углекислого газа. Следует отметить, что данный способ, несмотря на свою простоту, не является наиболее эффективным.
В последнее время все большее внимание уделяется экологическим проблемам и, в частности, сокращению выбросов парниковых газов (ПГ), среди которых второе после углекислого газа место занимает метан. Уже сейчас для стабилизации содержания парниковых газов необходимо сокращение выделения метана в атмосферу примерно на 15-20%. Его прямой радиационный эффект в 11 раз выше по сравнению с углекислым газом. Кроме прямого участия в парниковом эффекте, метан способствует разрушению озонового слоя, т. к. в стратосфере реагирует с гидроксильными радикалами, которые являются основными компонентами, дезактивирующими многие соединения, в том числе фторхлоруглероды, разрушающие озоновый слой. По влиянию на потепление климата 1 тонне СО2 эквивалентен 71,5 м3 метана/4/. Среди антропогенных источников метана с точки зрения сокращения эмиссии в атмосферу наибольший интерес представляют компактно расположенные, концентрированные источники, т. е. нефтегазовые и угольные системы.
Естественно, что на величину углеродного эквивалента большое влияние оказывает и способ утилизации метана. Даже при обычном сжигании метана в факеле обеспечивается значительное снижение выбросов ПГ. Так, 1 тонна СО2 образуется при сжигании 512 м3 СН4, которые при выбросе в атмосферу эквивалентны 7,16 т. СО2. Следовательно, сжигание каждой 1000 м3 метана эквивалентно снижению выбросов СО2 на 12 т. , т. е. при сжигании в факеле 20 м3/мин метана ежегодное снижение выбросов составит 126 тыс. т. СО2.
При утилизации метана в котельной (в варианте перевода с угля на газ) выбросы СО2 при той же тепловой мощности снизятся в 1,74 раза, т. е. при переводе одного котла ДКВР-10/13 абсолютные выбросы двуокиси углерода снизятся почти на 15 тыс. т. в год. С учетом ликвидации выброса метана эквивалентного 146 тыс. т.
СО2, общее снижение выбросов составит более 160 тыс. т. Поэтому для работ, предусматривающих использование метана, извлекаемого при разработке угольных месторождений, большое значение имеет развитие рынка углеродных кредитов.
Опыт использования шахтного метана за рубежом, результаты научно-исследовательских работ в нашей стране, а также динамика цен на
природный газ и другие виды топлива показывают, что в ближайшем будущем следует ожидать увеличения объема использования и расширения направлений применения метана угольных месторождений.
Отечественный опыт утилизации газа метана показывает его экономическую нецелесообразность без стимулирования со стороны государства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колесниченко И. Е. Аэродинамическое обеспечение метанобезопасных режимов вентиляции высокопроизводительных выемочных участков угольных шахт. Дисс. докт. техн. наук.М.: 2005.261 с.
2. Шмидт М. В. Снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений с энергетическим использованием метана. Дисс. докт. техн. наук.-М.:2 005. 347 с.
3. Пучков Л. А., Сластунов С. В., Коликов К. С. Извлечение метана из угольных пластов. Издательство МГГУ, М.: 2002.
4. Фернандез Р. Л. Углеродные кредиты и шахтный метан//Сокращение эмиссии метана.: доклады II Международной конференции. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. С.614-621.
□ Автор статьи:
Волков Михаил Александрович начальник отдела перспективного планирования ОАО «СУЭК-Кузбасс» тел. 8 (38456) 32218 Email: VolkovMA@suek.ru
