Эколого-экономические последствия выбросов шахтного метана в атмосферу Земли Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

----------------------------------------- © B.C. Забурдяев, 2004

УДК 622.8 B.C. Забурдяев

ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВЫБРОСОВ ШАХТНОГО МЕТАНА В АТМОСФЕРУ ЗЕМЛИ

Семинар № 5

Содержащийся в угольных месторождениях метан является одним из видов экологически чистых минерально-сырье-вых ресурсов. Его целесообразно извлекать из углегазовых месторождений попутно с добычей каменного угля. Это наиболее экономичный способ добычи угольного метана.

В Российской Федерации на 01.08.2001 г. 73 % общего числа шахт (140 технических единиц) отнесены к опасным по метану, из них 48 % шахт являются наиболее метанообильными (шахты III категории, сверхкатегорные и выбросоопасные), 22 шахты работают с дегазацией угольных пластов и выработанных пространств и 4 шахты - с газоотсосом вентиляторными установками. Дегазационными системами шахт и вентиляторными установками извлекаются 585 м3/мин метана, что составляет 27 % выделяющегося метана в шахтах РФ или почти третью его часть в шахтах с дегазацией и газоотсосом. Каптируемый метан используется в объеме 245 м3/мин (Воркута), в атмосферу Земли выбрасываются 2180 м3/мин угольного метана, то есть львиная доля невосполнимых ресурсов угольного метана теряется безвозвратно, загрязняя при этом воздушный океан весьма стойким парниковым газом.

Ресурсы угольного метана, заключенные в пластах угля на действующих шахтных полях, являются наиболее доступными для извлечения [1]. В запасах углей категории А+В+С!

действующих шахт РФ содержится 260 млрд. м3 метана, а в промышленных запасах - 160 млрд. м3. Четвертая часть таких объемов метана, возможных для извлечения с помощью существующей в России технологии ведения дегазационных работ, составляет 40 - 65 млрд. м3, пренебрегать которыми с экономической и экологической точек зрения преступно. Экономия от использования каптированного метана может составить 1,6 - 2,6 млрд. долларов США (при цене каптированного газа по 40 долларов за 1000 м3).

В РФ коэффициент извлечения метана из угольных месторождений в последние годы не превышает 0,27: в Кузбассе он составляет в среднем 0,20, в Печорском бассейне - 0,40, а по объединению шахт ОАО «Воркутауголь», где с 1975 г. используется каптируемый метан,

- 0,44.

В табл. 1 приведена информация об объемах извлечения метана средствами дегазации на шахтах Кузбасса и Воркуты. Из этой таблицы просматриваются далеко не исчерпанные возможности дальнейшего повышения объемов каптируемого метана. В перспективе в Кузбассе возможно трехкратное, а в Воркуте - двукратное увеличение съема метана средствами дегазации. В отдаленном будущем при реализации новейших разработок и хорошей организации дегазационных работ возможно дальнейшее повышение объ-

Таблица 1

Извлечение метана средствами дегазации и газоотсоса на шахтах Кузбасса и Воркуты

Угле-газовый регион Добыча угля, тыс.т/сут Выделение метана на шахтах с дегазацией и газоотсосом Извлечение метана Использование каптируемого метана

м3/мин м3/т м3/мин м3/т м3/мин м3/т

Кузнецкий бассейн 96,1 955 14,3 255 3,8 9,0*> 0,1

Воркутское месторождение 43,2 740 24,7 325 10,8 245 8,2

** Опытно-экспериментальное использование метана

емов каптируемого в шахтах метана, для чего прежде всего необходимы средства для направленного бурения сверхдлинных дегазационных скважин [2, 3] и эффективные технологии интенсификации газоотдачи неразгруженных угольных пластов в скважины

[4, 5].

Глубоких научных исследований по экономическому обоснованию способов и средств эффективного извлечения и использования шахтного метана в РФ не проводилось. Полувековой опыт дегазации угольных шахт России показал, что метан все это время извлекался в основном с целью повышения производительности и безопасности ведения горных работ в особо опасных по метану шахтах. При достаточно высокой (до 50-60 %) эффективности дегазации очистных участков концентрация метана в каптируемых газовоздушных смесях на большинстве шахт (за исключением шахт Воркуты) составляла менее 30 %, что затрудняло использование такого некондиционного метана. В связи с этим утилизация его имела ограниченные объемы. В промышленных масштабах каптируемый метан в настоящее время используется только на 4 шахтах Воркуты, а в опытном порядке - на 2 шахтах ОАО УК «Куз-бассуголь».

Основным способом утилизации угольного метана в России является сжигание в топках котельных и калориферных установок на шахтах ОАО «Воркутауголь» (шахты «Северная», «Комсомольская», «Заполярная» и «Воркутин-ская»). Метан используется также для сушки угля на обогатительной фабрике (шахта «Северная»). Кроме того, в последние годы на шахтах «Чертинская» (ОАО УК «Белово-уголь») и «Северная» (ОАО «Воркутауголь») проведены опытные работы по использованию каптируемого метана для выработки электроэнергии с помощью установок «Катерпиллар» (США) и ЭП-200 (ВНИИГаз) а на шахтах Украины - внедрена технология наполнения кондиционным метаном газовых баллонов, используемых в автохозяйствах в качестве моторного топлива с целью экономии бензина [6].

Эколого-экономическим вопросам подземной добычи кондиционных по метану газовоздушных смесей и их утилизации в России уделялось недостаточно внимания. Поэтому нами выполнена укрупненная оценка эффективности работ по дегазации угольных шахт и утилизации каптируемых метановоздуш-

ных смесей. При этом был учтен опыт работы шахт с дегазацией и за основу приняты следующие основные положения [7,8]:

- каждые 10 % роста производительности очистных забоев за счет дегазации приводят к снижению себестоимости 1 т добытого угля на

3,3 %;

- крупная авария, вызванная взрывами метановоздушных смесей в шахте, обходится в среднем в 15-20 млн. рублей;

- использование каптированного метана экономит до 75 % топлива, расходуемого на выработку потребляемой шахтой электроэнергии;

- цена каптированного газа составляет 40 долларов США за 1000 м3 газа;

- каждые 1000 м3 шахтного метана по теплоте сгорания экономят 1,3—1,5 т угля, который относится к экологически грязному топливу;

- цена моторного топлива, произведенного из каптируемого метана, на 15-20 % меньше цены традиционно применяемого жидкого топлива;

- рентабельность производства метанола из метана, который по существу является бесплатным сырьем при разработке метаноносных угольных пластов, достигает 60-65 %, а ацетилена - до 110 %;

- выброшенные в атмосферу 71,5 м3 метана, являющегося стойким парниковым газом, эквивалентны 1 т диоксида углерода;

- средняя рыночная цена углеродного кредита составляет в среднем 1,5 доллара США за 1 тонну С02 (снижение эмиссии 1 т углекислого газа в атмосферу Земли экономит 1,5 доллара США);

- использование 1 м3 метана позволяет вырабатывать 3,1-3,3 кВт • ч электроэнергии;

- цена 1 кВт^ч электроэнергии составляет 0,025 доллара США;

- 1000 м3 метана на газонаполнительной станции взамен бензина оценены в 45 долларов США (опыт Украины);

- себестоимость угля на шахтах России, применяющих дегазацию, составляет 140 - 230 руб/т;

- курс 1 доллара США принят равным 30 руб.

В сложившихся в России рыночных отношениях можно выделить следующие первоочередные и наиболее доступные способы утилизации шахтного метана: сжигание метановоздушных смесей в котельных шахт; обеспече-

Таблица 2

Экономические показатели использования каптируемого в шахтах метана

№ п/п Наименование показателей Размер- ность Численные значения для условий

Кузбасса Воркуты

1 Расход каптируемого метана млн. м3/год 120/190*> 165/205

2 Цена 1000 м3 каптированного газа долл. США 40

3 Цена 1000 м3 метана на газонаполнительной станции долл. США 45

4 Себестоимость 1 т угля руб. 140 230

5 Цена 1 кВт •ч электроэнергии долл США 0,025

6 Цена углеродного кредита долл. США/т 1,5

7 Выработка электроэнергии при потреблении 1 м3 метана кВт^ч 3,1

8 Курс 1 долл. США руб. 30

9 Угольный эквивалент 1000 м3 метана по теплоте сгорания ТОНН 1,4

10 Эквивалент 1 т диоксида углерода м3 СН4 71,5

11 Экономия угля от использования каптируемого метана в котельных шахт тыс. т/год 85/135 120/145

12 Выработка электроэнергии млн. кВт^ч/год 370/590 510/635

13 Экономия от использования каптируемого метана при:- продаже по низкой цене природного газа - сжигании в котельных шахт вместо угля - выработке электроэнергии - заправке баллонов для автотранспорта - продаже 20 % углеродного кредита (экология) - продаже 50 % углеродного кредита млн. долл. США/год 4,80/7,60 0,40/0,63 9,25/14,75 5,40/8,55 0,50/0,80 1,26/1,99 6,60/8,20 0,92/1,11 12,75/15,87 7,42/9,22 0,69/0,86 1,73/2,15

’-1 Числитель - при традиционной технологии извлечения метана,

знаменатель - при новой, обоснованной наукой, технологии.__________________________________

ние высококонцентрированными по метану энергии и тепла, продажа метана автохозяйст-

газовыми смесями предприятий и населения; вам и владельцам частных автомашин как бо-

выработка электроэнергии и тепла; продажа лее дешевого вида топлива по сравнению с

метана в баллонах для автотранспорта шахт и бензином, подача высококонцентрированных

прилегающих предприятий, частных домов и метановоздушных смесей предприятиям и на-

дач; продажа углеродного кредита фирмам, селению взамен природного газа. Чем больше

акционерным обществам, концернам и компа- будет каптировано из шахт кондиционного

ниям, наращивающим выпуск продукции с метана, тем выше будет экономический эффект

обильными объемами вредных выбросов в от его использования.

атмосферу в соответствии с Киотским прото- Извлечение больших количеств метана

колом. средствами дегазации способствует росту уг-

Исходные данные и возможные экономиче- ледобычи, поскольку ограничивается отрица-

ские показатели от указанных выше способов тельное влияние газового фактора на произво-

использования каптируемого в шахтах метана дительность угольных комбайнов, снижается

приведены в табл. 2, из которой просматрива- себестоимость добытого угля, растет прибыль,

ются перспектива высокой эффективности снижается вероятность взрывов и вспышек

мероприятий и наиболее экономичные техно- метана, обеспечивается ритмичность работы

логии утилизации шахтного метана. К их числу метанообильных шахт. Так, опыт работы газо-

относятся прежде всего выработка электро- обильных шахт свидетельствует о том, что

производительность очистных участков, работающих с дегазацией, возрастает в среднем на 25-30 % в лавах с добычей угля 1000-1700 т/сут. Себестоимость угля при этом снижается на 8 - 10 % или на 10-20 руб. на каждой тонне добытого угля в зависимости от горнотехнических условий, применяемых способов дегазации источников метановыделения и среднесуточной производительности очистного забоя.

Для успешного решения проблемы шахтного метана необходимо, во-первых, задействовать научный потенциал угольной отрасли для получения достоверных данных о метано-носности пластов в углегазовых месторождениях и об их газоотдаче; во-вторых, научно обосновать ресурсы метана и реальные объемы его извлечения; в-третьих, обосновать в конкретных условиях газообильных шахт РФ рациональные способы, схемы и параметры извлечения и использования метана; в-четвертых, обеспечить шахты необходимым оборудованием, буровой техникой и приборами контроля параметров каптируемой газовоздушной смеси

и, в-пятых, поднять на современный уровень связь науки с производством (хотя бы как в советское время).

Поставленная цель может быть достигнута путем решения следующих первоочередных организационных, научных и практических задач:

• реанимировать программу «Метанобезо-пасность» и приступить к ее выполнению;

1. Забурдяев B.C. Метан угольных месторождений: ресурсы, объемы выделения, извлечения и использования. «Горный вестник». ИГД им. A.A. Скочинского, 1994, № 1, с. 34 - 39.

2. Саламатин А.Г., Забурдяев B.C. Проблемы дегазации угольных пластов. «Безопасность труда в промышленности». М., 1996, № 4, с. 41 - 46.

3. Зайденварг В.Е., Рубан А.Д., Забурдяев B.C., Захаров В.Н. Прогноз объемов извлечения метана на полях шахт Томь-Усинского и Мрасского районов Кузбасса. «Уголь», 2001, № 10, с. 15 - 18.

4. Забурдяев B.C., Забурдяев Г.С. Способы интенсификации газоотдачи неразгруженных пластов угля в подземных условиях. «Современные проблемы шахтного метана». МГГУ, 1999, с. 106 - 117.

• обосновать социально-экономичес-кую

значимость проблемы извлечения и использования метана угольных месторождений РФ

(ТЭО проекта);

• провести широкомасштабные исследования ресурсов угольного метана, возможных объемов его извлечения и использования;

• довести до шахт разработанные отраслевой и вузовской наукой эффективные технологии и средства извлечения шахтного метана;

• создать современное отечественное оборудование (или закупить его за рубежом) для эффективного ведения дегазационных работ и использования угольного метана;

• создать специализированные хозрасчетные структуры, обеспечивающие проектирование и выполнение работ по всему циклу извлечения и коммерческого использования метана угольных месторождений.

Решение поставленных задач позволит не только повысить безопасность и эффективность горных работ на углегазовых месторождениях, но и использовать метан как высококалорийное и экологически чистое топливо для выработки электрической и тепловой энергии, частично заменить природный газ или уголь метаном на теплоэнергетических объектах, значительно снизить вредные выбросы продуктов сгорания угля в земную атмосферу, создать дополнительные рабочие места в угольных регионах.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5. Методические положения по выбору и применению новых технологий дегазации и управления мета-новыделением на угольных шахтах. ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского, Люберцы-Макеевка, 2000, 117 с.

6. Конарев В.В. Опыт Донбасса по дегазации угольных месторождений. «Сокращение эмиссии метана», Новосибирск, 2000, с. 379 - 382.

7. Рубан А. Д. Технологии извлечения и использования метана угольных шахт: опыт и перспективы. «Сокращение эмиссии метана», Новосибирск, 2000, с.563 -567.

8. Фернандез Р.Л. Углеродные кредиты и шахтный метан. «Сокращение эмиссии метана», Новосибирск, 2000, с. 614 - 620.

Коротко об авторах ________________________________________________________

Забурдяев В. С. — кандидат технических наук, ННЦ ГП - Институт горного дела им. A.A. Скочинского.