Формирование эффекта от дегазации разрабатываемого пласта Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© А.Л. Пучков, 2013

УДК 622.817.9:661.184.35 А. Л. Пучков

ФОРМИРОВАНИЕ ЭФФЕКТА ОТ ДЕГАЗАЦИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ПЛАСТА

Рассмотрен системный подход к решению проблем угольного метана, показана возможность его включения в топливно-энергетический баланс. Важным аспектом является оценка эффекта от дегазации разрабаываемого горного массива, который будет склады1ваться из эффекта от предотвращенных потерь и эффекта от утилизации. Ключевые слова: угольный метан, дегазация, гидроотжим, выбросоопасность, угольный пласт, газовышеление.

¥/гольный метан является одУ ной из основных опасностей, возникающей при разработке угольных месторождений. Одновременно он также является и ценным углеводородным сырьем, огромные запасы которого заключены в угольных пластах и вмещающих их горных породах. При системном решении проблем угольного метана, при рассмотрении возможности его включения в топливно-энергетический баланс, одной из проблем является оценка эффекта от дегазации разрабатываемого горного массива, который будет складываться из эффекта от предотвращенных потерь и эффекта от утилизации.

Поскольку газовый фактор является одним из основных сдерживающих факторов роста интенсивности ведения подготовительных и очистных работ, дегазация является неотъемлемым элементом технологии отработки газоносных угольных пластов.

Характерная черта современной дегазации — рост газовыделения, с одной стороны, а с другой — усложнение условий применения и снижение эффективности способов дегазации. Так, например, увеличение глубины разработки с 300-400 до 600-

800 м снизило эффективность предварительной дегазации пластов в Карагандинском и Донецком бассейнах в 1,5-2 раза.

Особенно это сказывается на состоянии горно-подготовительных работ. Значительно осложняет разработку пластов возрастающая с глубиной их выбросоопасность. Проведение подготовительных выработок в таких условиях производится с применением локальных противовыбросных мероприятий, таких, как гидроотжим, увлажнение угля и бурение опережающих скважин. Это приводит к значительному ухудшению технико-экономических показателей проведения выработок: темпы снижаются в 1,5-2 раза, производительность труда проходчиков — в 1,2-1,4 раза по сравнению с показателями, достигнутыми при проведении выработок по пластам, не опасным по внезапным выбросам угля и газа. Весьма низок и уровень организации труда из-за больших простоев, связанных с осуществлением мероприятий по предупреждению внезапных выбросов, достигающих 25-50 % общей продолжительности проведения выработок.

При выделении огромного количества метана в атмосферу предпри-

ятиями угледобывающей промышленности России, в себестоимость добычи угля включается доля затрат на управление газовыделением, в первую очередь на дегазацию. Себестоимость добычи угля в шахтах глубиной более 800 м повышается из-за влияния газового и теплового факторов на 5-6 % на каждые 100 м углубления горных работ. При метановыде-лении 30 м3/т нагрузка на очистной забой составляет всего 10-25 % технической производительности добычного оборудования.

Постоянное ухудшение горногеологических условий отработки и развитие техники определяют высокую актуальность данной проблемы на перспективу.

Для обеспечения нагрузок на уровне 5000—8000 т/сут при газоносности угольных пластов более 20 м3/т в современных горнотехнических условиях эффективность дегазации добычного участка должна составлять не менее 80-85 %, а разрабатываемого пласта 45-60 %.

На добычных участках, разрабатывающих высокогазоносные угольные пласты, применяется до 5-6 различных способов дегазации. При этом выбор способов осуществляется без должного экономического обоснования по критерию технической эффективности с предпочтением способам текущей дегазации, что приводит к снижению безопасности труда.

Как известно, проблема угольного метана имеет три основные составляющие [1]:

• безопасности;

• сырьевая;

• экологическая.

Решение проблемы безопасности во многом определяет эффективность горных работ: объемы и темпы про-

ведения подготовительных выработок, нагрузку на очистной забой.

Сырьевая составляющая решается за счет использования извлекаемого метана. При этом важное значение имеют параметры газа, которые зависят от способа дегазации.

В последние годы все большее внимание уделяется вопросам снижения эмиссии метана, на долю которого приходится около 20 % парникового эффекта.

При выборе способа дегазации необходимо учитывать не только затраты на реализацию способа, но и упущенную выгоду, которая определяется возможными объемами снижения подготовительных работ, повышением темпа проведения подготовительных выработок и нагрузки на очистной забой.

При определении рациональных затрат на мероприятия по дегазации, распределенные по времени существования шахты, актуален вопрос об оптимальном распределении затрат на предварительную и заблаговременную дегазацию с одной стороны и сопутствующую дегазацию с другой стороны [2]. Затраты на предварительную, заблаговременную с одной стороны и сопутствующую дегазацию с другой стороны будут затратами на мероприятия предупредительного и компенсирующего характера.[7] При оптимальном распределении затрат на мероприятия предупредительного и компенсирующего характера будет достигнут наибольший эффект от дегазации. Рациональные затраты на мероприятия по дегазации определяются из условия увеличения ущерба, снижаемого различными способами дегазации и общих издержек на дегазацию. Соответственно, при этих условиях будет достигаться максимальный эффект.

Проведение природоохранных мероприятий по дегазации обеспечивает угледобывающему предприятию получение дополнительного дохода. При определении дохода от проведения мероприятий надо исходить из условия согласованности загруженности производственных и экологических мощностей шахты [6]. Загруженность производственных мощностей определяется отношением экологически допустимого объема добычи на шахте к ее производственной мощности.

О*

тах

а = -

О

(1)

где Оф _ экологически допустимый объем добычи на шахте, при объеме эмиссии метана, соответствующим выделенному на шахте лимиту, при V = = П^, т/год; Оо — производственная мощность предприятия, т/год.

Загруженность экологических мощностей в работе определялась отношением интенсивности загрязнения окружающей среды к его предельно допустимому значению

V

Ь = -

ПДV'

(2)

где V — интенсивность потока метана в ^й момент времени, ед/год; ПДУ— предельно допустимый объем эмиссии метана, соответствующий выделенному на шахте лимиту загрязнения окружающей среды ед/год.

Необходимым условием для определения дохода от проведения мероприятий по дегазации является согласованность загруженности производственных и экологических мощностей предприятия. Эта согласованность достигается при равенстве загруженности экологических и производственных мощностей предприятия:

где тах

VI £ф

П^х О V

ПД

(3)

загруженность

(4)

экологических мощностей по метану, ед.

Доход от проведения программы мероприятий по дегазации шахты формируется из двух составляющих:

• предотвращенных потерь от снижения загруженности производственных мощностей шахты из-за недопустимости сверхлимитных выбросов метана;

• дохода от утилизации метана.

Предотвращенные потери от снижения загруженности производственных мощностей шахты из-за недопустимости сверхлимитных выбросов метана определяются следующим образом:

Д V- ПД% Дд £ ПД в

где £ — производственная мощность шахты в !-й момент времени, т/год; Ц — цена продукции шахты в !-й момент времени, руб/т; ПДV — предельно допустимый объем эмиссии метана, соответствующий выделенному на шахте лимиту загрязнения окружающей среды ед/год. V — интенсивность потока метана в !-й момент времени, ед/год; р, — коэффициент дисконтирования, ед.

Упущенная выгода от повышения темпа проведения подготовительных выработок может быть определена по формуле:

У1 = (1 - Vl/V2) Кс Сд Д1 Уп.з. Vуч / / 100VШ, (5)

где V1,V2 — скорость проведения подготовительных выработок соот-

ветственно средняя по шахте и в зоне дегазационной подготовки, м/мес; Кс — коэффициент несоответствия уменьшения числа действующих подготовительных забоев и участков темпам роста скорости проведения выработок, Кс =0,8; Сд — производственная себестоимость добычи 1 тонны угля до внедрения новой техники; Д1 — годовая добыча шахты в предшествующий период; уп.з. — удельный вес условно постоянных затрат на проведение подготовительных выработок в общешахтной себестоимости; Ууч, Уш — объем проведения горных выработок на исследуемом участке и по шахте в целом, м/год.

Упущенная выгода от повышения нагрузки на очистной забой:

У2 = [0,1 +0,7( к -1,1)] у*п.з. Сд Л1с N / / 100, (6)

где к — коэффициент роста нагрузки на очистной забой; у*п.з. — удельный вес условно постоянных расходов по звеньям, обслуживающих очистной забой в общешахтной себестоимости 1 тонны угля, %; Д1с — суточная нагрузка на лаву до внедрения; N — количество дней на отработку данного участка.

Упущенная выгода от снижения объема проведения Уз подготовительных работ определяется затратами на проведение этого объема выработок.

Относительный экономический эффект от мероприятий по дегазации будет выражен следующим образом:

Лп

э =

л

(7)

где Л — предотвращенные потери от снижения загруженности производственных мощностей шахты из-за недопустимости сверхлимитных вы-

бросов метана; л — потери от снижения загруженности производственных мощностей шахты из-за недопустимости сверхлимитных выбросов метана.

экономический эффект от утилизации извлеченного метана определяется не только объемом, но и способом. В случае утилизации в шахтной котельной он будет определять объемом замещенного угля:

«е = (О, С] Се !1000Су, (8)

где Ом — количество извлеченного метана, м3; су,см — соответственно теплотворная способность одного килограмма угля и м3 метана; Ээ — экономический эффект от снижения эмиссии метана в атмосферу;

Ээ =

(9)

где А; — снижение отдельных видов выбросов при замене угля метаном; ©у — величина оплаты за единицу соответствующих выбросов.

В общем виде затраты на бурение одной вертикальной скважины в купола обрушения, ее обсадку и прокладку газопровода определяются выражением

Зв. скв. = НС' 8 + В ( 1 + С'м +

6л

+ С'п, (10)

где ЗВ. СКВ. — затраты на сооружение скважины; С 6 — стоимость бурения и обсадки 1 м скважины; См — стоимость монтажа 1 п.м. газопровода; Сп — стоимость подключения 1 скважины к газопроводу; Ь л — длина лавы, м; ]6л— длина выемочного блока, м; В — расстояние между вертикальными скважинами, м; Н — средняя глубина скважин в блоке, м.

Затраты на бурение пластовых скважин на участке блока (Дбл), монтаж газопровода и подключение

этих скважин к газопроводу (инвестиционные затраты) определяются выражением

Зпл. Д = ^ 1л К С'' х

а

х 8 +1 А18л+ | с''м +

LSл

ALSл +--С м,

а

(11)

где Зпл. Д — затраты на сооружение дегазационного источника при пластовой дегазации; А1Ъл — длина подготавливаемой части блока, м; К — коэффициент, учитывающий реальную длину пластовых скважин ( для лавы 150 м, К = 0,8).

Для повышения экономической эффективности извлечения метана на угольных шахтах необходимо определить рациональные затраты на мероприятия по дегазации, распределенные по времени существования шахты. В каждом конкретном случае существует оптимальное распределение затрат на предварительную и заблаговременную дегазацию с одной стороны и сопутствующую дегазацию с другой. Ухудшение горно-геологических условий отработки и развитие техники определяют высокую актуальность проблемы повышения экономической эффективности извлечения метана на ближайшую перспективу.

1. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коли-ков КС. Извлечение метана из угольных пластов. — Издательство МГГУ, М. 2002.

2. Пучков Л.А.. Каледина Н.О. Обоснование стадийности извлечения шахтного метана на различных стадиях освоения месторождений угля. // ГИАБ Тематическое приложение «Метан» Издательство МГГУ, М. 2005

3. Каледина Н.О. Эколого-экономичес-кий эффект утилизации угольного метана. / Современные проблемы шахтного метана (Сборник научных трудов к 70-летию проф.Н.В.Ножкина). — М.: МГГУ, 1999

4. Рубан А.Д. Технологии извлечения и использования метана угольных шахт: опыт и перспективы // Труды II Межд. конф.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

«Сокращение эмиссии метана». — Новосибирск, 2000. — С.5б3-5б7

5. Рубан А.Д, Забурдяев В. С. Опыт извлечения и использования шахтного метана в России и ФРГ. // ГИАБ Тематическое приложение «Mетан» Издательство MГГУ, M. 2005.

6. Аюров В.Д, Антипова M.A., Шашко-ва О.Г. Диаграмма эколого-экономического состояния предприятия. / Неделя горняка — 2003. — ГИАБ. — 2003. — №S. — С.85-88.

7. Ayurov V.D., Puchkov A.L., Shashkova O.G. Coal Mine Risks Management System Patterns. / The International Emergency Management Society 13th Annual Conference Proceedings, May 23-26,2006 Seoul, South Korea. 1ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Пучков Алексей Львович— кандидат экономических наук, доцент, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru

А