CC BY
34
угледобывающего региона// Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер: Науки о Земле, Тула. 2009. Вып. 5. С. 226 - 234.
6. Концептуальные положения повышения эффективности геоэкологического мониторинга промышленных регионов/ Э.М. Соколов [и др.]// Безопасность жизнедеятельности. 2010. Вып. 5. С. 28 - 32.
7. Качурин Н.М., Сафронов В.П., Копылов А.Б., Машинцов Е.А. Эколого-экономическая оценка эффективности подземной геотехнологии добычи угля/Изв. ТулГУ. Сер. Науки о Земле, Тула. 2011. Вып. 2. С. 14-20.
N.M. Kachurin, V.P. Safronov, A.B. Gabin, E.A. Mashintcev
ENVIRONMENTAL PRINCIPALS OF EVALUATING EFFICIENCY OF COAL PRODUCTION BY UNDERGROUND GEOTECHNOLOGY
Information analysis by wastes utilization in Moscow, Donets and Kuznetsk Coal Basins were realized. Results of environmental-economical researches on evaluating coking coal production efficiency at liquidated mines of Prokopyevsk District in Kuznetsk Basin are discussed.
Key words: wastes, waste bank, environmental-economical efficiency, mathematical model, optimization.
Получено 17.02.2012
УДК 622.33.016(470.312)
Н.М. Качурин, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-20-41, ecology@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
A.Б. Жабин д-р техн. наук, проф., (4872) 33-31-55, zhabin.tula@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
B.П. Сафронов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ),
Е.А. Машинцов, д-р техн. наук (Россия, Тула, ТулГУ)
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГЕОТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ИЗ УГЛЕЙ ПОДМОСКОВНОГО БАССЕЙНА
Приведены результаты обобщения исследований по подземной газификации углей Подмосковного бассейна. Предложены экологически рациональные и безопасные технологические схемы получения электроэнергии и проведена оценка запасов угля на перспективу.
Ключевые слова: подземная газификация, геотехнология, экология, безопасность, электроэнергия.
Подмосковный угольный бассейн расположен на территории Новгородской, Калининской, Смоленской, Калужской, Тульской и Рязанской областей РФ. Общая площадь развития угленосных отложений до глубины 200 м...120 тыс. км . Первые сведения о наличии залежей угля известны с 1722 г., систематическая добыча осуществлялась с 1855 г. Общие геологи-
ческие ресурсы 11 млрд т. Балансовые запасы А+В+С1 - 4098 млн т, С2 -1024 млн т, забалансовые - 1843 млн т. Подмосковный бассейн расположен на южном и западном крыльях Московской синеклизы. Песчано-глинистая угленосная толща бобриковского и тульского горизонтов визей-ского яруса нижнего карбона мощностью около 50 м подстилается и перекрывается карбонатными отложениями. Она полого (доли градуса) погружается к центру синеклизы и содержит до 14 пластов и пропластков угля. Промышленное значение имеют до 4 пластов. На большей части площади бассейна один (II) угольный пласт сложного строения средней мощностью 1,4...2,8 м (максимально 5.. .12 м) образует разобщенные угольные залежи (месторождения) площадью до 120 (в среднем 30) км . Наибольшая угле-насыщенность характерна для центральной части южного крыла синекли-зы, она резко снижается в западном, восточном и северном направлениях. Разведано около 95 месторождений, объединённых в 22 угленосных района (рис. 1).
Угольное месторождение отрабатывается по технологии подземной газификации угля. Горючий газ подземной газификации подается на устройства очистки от примесей, а затем на газотурбинную электростанцию (или малую электростанцию другого типа), где газ подземной газификации сжигают, преобразуя в электрическую энергию.
Себестоимость одного гигаватта электрической энергии, полученной таким способом, будет на порядок меньше себестоимости гигаватта, полученного традиционным образом.
При подземном сжигании угля протекают следующие химические реакции:
С + 02 С02 + 393,7 кДж, (1)
С + 02 2СО + 263,5 кДж, (2)
С + Н20 ч» С02 + Н2 - 88 кДж, (3)
С + Н20 СО + Н2 - 130 кДж. (4)
Состав энергетического газа при работе подземных газогенераторов на воздушном дутье представлен в таблице.
Низшая теплотворная способность энергетического газа при работе подземных газогенераторов на воздушном дутье 3360.4200 кДж/м . Принципиальные технологические схемы получения электроэнергии на основе подземной газификации угля представлены на рис. 2.3.
Подмосковный уголь является гумусовым бурым углем, образовавшимся из органического материала торфа в восстановительных условиях. Встречаются незначительные и не выдержанные по площади сапропелевые угли (богхеды), которые добываются вместе с гумусовым. Исходным материалом гумусовых углей служили мелкие стеблевые остатки, сапропелевых - водоросли с единичным включением гумусовых остатков. Органическое вещество бурых углей гумусового происхождения - смесь гуминовых кислот и гуминов с битумами, сапропелитового происхождения
- смесь карбоновых кислот жирного ряда с циклическими кислородосо-держащими соединениями.
Рис. 1. Подмосковный угольный бассейн Состав энергетического газа при работе подземных газогенераторов
Концентрации газовых компонент в энергетическом газе, %
С02 02 И28 СщНт СО Н2 СИ4 N2
12 .17 0,2 . 0,3 0,6 . 1,4 0,2 6 .15 14 . 15 1,5 . 2 56 . 58,6
Угли бассейна отличаются повышенной зольностью, в связи с чем среди них условно выделяются малозольные (до 35 %), зольные (35.40%) и многозольные (45. 50 %) разности. В рабочих пластах многозольные угли встречаются в виде отдельных пачек различной мощности, незакономерно чередующихся с менее зольными. В зависимости от содержания влаги угли разделяются на три группы: Б1 (с содержанием влаги > 40 %), Б2 (30.40 %), Бз (< 30 %).
Система очистки газа подземной газификации
Газотурбинная электростанция
Система подачи воздуха
Земная поверхность
Ч4\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ччч\ч\ч^^чч\9 »ччч\ч\ч\ч\ч\ччч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ч\ччч\ч\ч\ч\ч\хчч
\N4\4N4N4N4S4S4\4N4V \N4\4N4N4N4S4S4\4N4V
Ч\ччч\ч\ч\ч\ч\чччччч''
Скважина для нагнетания воздуха
Горючий газ'/ подземной газификации угля
Угольный пласт
Очаг подземного горения угля
Рис. 2. Принципиальная технологическая схема получения электроэнергии на основе подземной газификации угля
Минеральная часть углей на 85...90 % состоит из каолинита и частично гидроокислов алюминия, 10...15 % приходятся на другие минералы (кварц, маркизит, гипс, кальцит, слюда). Сера в углях содержится в виде органических и минеральных соединений, последние представлены главным образом колчеданом. Гумусовые угли подвержены в отличие от сапропелевых процессу окисления.
Одним из характерных признаков окисленных углей является резкое снижение удельной теплоты сгорания до 6700...8400 кДж/кг. Им свойственно также очень высокое содержание гуминовых кислот (45...50 %). Процессы окисления углей наиболее интенсивно развиваются в зонах размывов угленосной толщи, приуроченных большей частью к краевым частям залежей.
Угли бассейна неоднородны и по физико-механическим свойствам. Удельный вес кондиционных углей (Ас до 45 %) изменяется от 1,05 до 1,4 и зависит от содержания в них минеральных примесей. Сопротивление углей сжатию колеблется от 0,8 до 18 МПа. Вследствие большой неоднородности углей по вещественному составу, слабого метаморфизма и несложной тектоники кливаж в угольных пластах имеет ограниченное развитие и характер ломаной линии.
Рис. 5. Функциональная технологическая схема малой энергетики на базе месторождений Подмосковного угольного бассейна
По состоянию на 01.01.94 г. балансовые запасы угля по категориям А+В+С1 составляли 3732,9 млн т, по категории С2 - 545,2 млн т; забалансовые запасы - 1575,6 млн т. Запасы подсчитаны в кондициях мощности пласта 1,4 м, глубины залегания до 200 м и зольности угля до 40 %.
Основная часть балансовых запасов угля категорий А+В+С1 сосредоточена в Тульской области - 1525,7 млн т (40,9 % от запасов бассейна) и Калужской области - 1225,9 млн т (32,8 %). Остальные запасы находятся в Рязанской - 427 млн т (11,4 %), Смоленской - 392,8 млн т (10,5 %) и Тверской - 161,5 млн т (4,4 %) областях.
В настоящее время разрабатываются и подготовлены к освоению 1951,4 млн т балансовых запасов угля категорий А+В+Сь или 52,3 % от всех запасов бассейна, из них находятся в эксплуатации и числятся на балансе действующих шахт и разрезов 549,1 млн т, подготавливаются к разработке и числятся на балансе строящихся шаха 201,5 млн т, находятся на резервных разведанных участках 1200,8 млн т. Остальные запасы в количестве 1781,5 млн т, или 47,7 %, еще не подготовлены к промышленному освоению и числятся на перспективных для разведки и прочих месторождениях и участках.
Фонд резервных разведанных месторождений и участков для строительства новых шахт (резерв подгруппы «а») составляет 16 участков с балансовыми запасами угля категорий А+В+С1 1196,1 млн т, категории А+В -564, 2 млн т, категории С2- 29 млн т.
К числу перспективных для разведки отнесены 35 месторождений и участков для шахт с балансовыми запасами углей категорий А+В 333,4 млн. т, категорий А+В+С1 - 779,7 млн т, категории С2 - 181,9 млн т.
К прочим отнесены 48 месторождений и участков для шахт с балансовыми запасами углей категорий А+В 452,3 млн т, категорий А+В+С1 -918,2 млн т, категории С2 - 36,9 млн т.
В целом обеспеченность промышленными запасами угля категорий А+В+С1 действующих предприятий определяется исходя из количества промышленных запасов и их производственной годовой мощности. Геологоразведочные работы в бассейне, направленные на прирост запасов угля, прекращены с 1990 г. из-за отсутствия ассигнований. Хотя, как показывает практика проектирования и строительства шахт на Никулинском, Бельцев-ском, Симаковском, Березовском и других месторождениях, для уточнения морфологии и строения угольных пластов, изучения качества, гидрогеологических и горнотехнических условий добычи угля на первоочередных площадях отработки потребуются доразведочные работы со сгущением разведочной сети до 100... 125 м. Характеристика балансовых запасов, ранее находившихся в эксплуатации угольных месторождений Подмосковного бассейна, представлена на рис. 3.
□ 545,2
ОА+В РА+В+С1 ОС2
Рис. 3. Балансовые запасы месторождений Подмосковного бассейна
Этапы реализации проекта экологически рациональной малой энергетики на базе угольных месторождений Подмосковного угольного бассейна сводятся к следующему.
1. Разработка лабораторной стендовой установки и проведение стендовых лабораторных испытаний.
2. Проведение натурного эксперимента на одном из угольных месторождений Тульской области.
3. Разработка проектов для разведанных месторождений угля на территории Тульской области.
Газотурбинные электростанции выпускаются Пермским ОАО «Авиадвигатель». Это электростанции типа ГТЭС различных типоразмеров с производительностью от 12 до 36 ГВт-ч.
Список литературы
1. Качурин Н.М., Соколов Э.М., Жабин А.Б., Зубаков И.Н. Экологически рациональная и безопасная геотехнология получения энергии из углей Подмосковного бассейна. Изв. ТулГУ. Сер: Науки о Земле. 2011. Вып. 2. С. 20-27.
N.M. Kachurin, V.P. Safronov, A.B. Gabin, E.A. Mashintcov
ENVIRONMENTAL EVALUATING GEOTECHNOLOGY OF GETTING ENERGY FROM MOSCOW BASIN COALS
Results of generalizing research by coal underground gasification of Moscow Basin are discussed. Environmental rational and safety technological schemes of production electrical energy were proposed and perspective evaluating probable resources of coal was realized.
Key words: underground gasification, geotechnology, ecology, safety, electrical energy.
Получено 17.02.2012
УДК 622'112:502.1
А.Б. Копылов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, toolart@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А.Е. Харламов, канд. техн. наук, ассист, (4872) 35-20-41, BorHar@Rambler.net (Россия, Тула, ТулГУ),
Г.Г. Рябов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-22-74 (Россия, Тула, ТулГУ)
УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАКЛАДКИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА КАК СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ПОДЗЕМНОЙ УГЛЕДОБЫЧИ
Рассматриваются вопросы решения экологических проблем очистных работ на основе комплексного анализа рациональной технологии добычи.
Ключевые слова: экологически безопасное производство, технологии очистных работ, эффективная мощность.
Интенсивность проявлений горного давления приводит к снижению безопасности горных работ, дополнительным обнажениям кровли, стимулирует процессы вывалообразования и отжима, горных ударов и внезапных выбросов угля и газа, увеличения статических и возникновения дина-
