CC BY
30
СЕМИНАР 10
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© В.Н. Королева, 2001
УДК 622:553.9:581.5
В.Н. Королева
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
П
ри разработке угольных месторождений из недр на поверхность извлекают уголь, породу, шахтный метан и минерализованную шахтную воду. Так, в бывшем Советском Союзе по оценкам специалистов на поверхность ежегодно выдается от 7 до 12 млрд. м3 метана, 2,4—4,0 млрд м3 воды, более 250 млн т породы и 0,5 млн т породной пыли.
В процессе эксплуатации шахты применяют системы вентиляции, в исходящей струе которых концентрация метана не превышает 0,75 %. С вентиляционной струей шахт в атмосферу выбрасывается ежегодно метана в три раза больше, чем при применении дегазации. Ориентировочные значения химической энергии в шахтном воздухе, содержащем 0,75 % метана велики, так для Донбасса они составляют 6,9 млн т у. т.; для Кузбасса - 2,1; Карагандинского и Печорского угольных бассейнов, соответственно, 1,6 и 0,66 млн т у. т. Это говорит о том, что целесообразно использовать эту энергию, как с энергетической точки зрения, так и с экологической.
Повсеместно извлечение газа (дегазация) происходит с помощью подземных скважин или скважин, пробуренных с поверхности. При этом извлекаемая на поверхность метановоздушная смесь является некондиционной и
выбрасывается в атмосферу. Газ, извлекаемый через подземные скважины, а также наземные, пробуренные на разгруженный от горного давления массив, как правило, имеет большой разброс по концентрации метана в газовой смеси и дебитам. Газ, извлекаемый из неразгруженного массива скважинами, пробуренными с поверхности, содержит метан до 98 % в смеси, однако дебит его также непостоянен. Все это затрудняет утилизацию метана.
С учетом повышения природной газоносности угольных пластов при углублении горных работ количество метана, выбрасываемого в атмосферу, с каждым годом увеличивается, утилизируется очень незначительная часть. В связи с этим все большее значение принимает проблема использования шахтного газа, большие трудности в которой связаны с непостоянством дебитов и различным содержанием метана в шахтном газе, извлекаемого различными способами дегазации.
В настоящее время при разработке новых технологий все большее внимание уделяется их экологической чистоте. Это относится и к разработке угольных месторождений.
Поскольку, как указывалось ранее, дебит и концентрация метана в шахтной метановоздушной смеси весьма непостоянны, целе-
сообразным представляется разработка таких технологий утилизации шахтного газа, которые жестко не были бы связаны с этими показателями. Одной из таких технологий является газогидрат-ный способ утилизации шахтного газа.
Газовые гидраты - твердые молекулярные соединения газов и воды, образующиеся и существующие в устойчивой форме при определенных давлении и температуре. Они представляют собой твердые растворы (клат-раты), в которых молекулы газа заполняют структурные ячейки кристаллической решетки, образованной молекулами воды.
На базе использования свойств поглощения газа при гидратообразовании основываются технологии хранения газа, так как в одном объеме гидрата могут содержаться десятки-сотни объемов газа (в одном объеме гидрата метана содержится примерно 170 объемов газа, при этом для хранения метана в газогидратном состоянии требуется в 5-8 раз меньшее давление, чем для хранения его в свободном состоянии, соответственно, 2-3 МПа и 16 МПа).
Специфические свойства газовых гидратов, а также явления, связанные с процессами их образования или разложения, стали основой для большого числа технологий: поглощение газов
• консервация газа;
• фракционирование газа;
• осушение газа; поглощение воды
• опреснение воды;
• концентрирование растворов;
• воздействие на облака.
Так, образование газовых
гидратов происходит с выделением тепла. Температура и давление процесса определяются га-зом-гидрато-образователем. Разложение газовых гидратов про-
исходит с поглощением тепла и выделением газа и воды. Поэтому в качестве объектов газогид-ратных технологий могут быть:
• искусственный газовый гидрат, как непосредственный продукт или как промежуточная форма состояния вещества;
• газ или вода;
• газ и вода одновременно;
• тепло, выделяемое при образовании газового гидрата;
• холод, образующийся при разложении газового гидрата;
• давление высвобождающихся газов и др.
Московским государственным горным университетом проведены лабораторные исследования и натурные эксперименты на шахтах по искусственному получению газовых гидратов с использованием в качестве газа-
гидратообразователя шахтного
метана и шахтной воды, в приемлемом для технологических процессов диапазоне давлений и температур. Проведенные исследования доказали возможность использования газогидратных процессов с целью получения кондиционного метана для его последующего использования.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
ІС Королева Валентина Николаевна — доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.
и
