Инженерные методы защиты окружающей среды от вредных выбросов шахтного метана Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ИНАР 11

ОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ : «НЕДЕЛЯ ТОР

РНЯКА-; І

МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля -2000 года

оступление в атмосферу природных газов, выделяющихся при добыче полезных ископаемых, прежде всего метана, диоксида и оксида углерода, сероводорода и других газов, обусловливает протекание различных окислительных реакций. С окислением метана, оксида углерода и сероводорода в атмосфере связаны весьма важные геохимические процессы на Земле.

Углеводороды в атмосфере Земли и горных выработках представлены в основном метаном. Метановые (парафиновые) углеводороды (или алканы) с общей формулой СпНп+2 относятся к классу ациклических органических соединений. Метан является простейшим основным составляющим природных и антропогенных углеводородных газов и наиболее стабильным компонентом соединений углерода и водорода.

Основные объемы метана на Земле приурочены к осадочным породам земной коры, в которых метан находится в самих породах и подземных водах. Метан - обязательный спутник угольных и нефтяных месторождений. В породах и пластах угольных месторождений содержится 68000" 109 т или 70 % его содержания в осадочных породах. Подземная и открытая разработка метаноносных угольных пластов сопровождается выделениями (35...40)*10б т/год метана, что составляет 17-20 % выделения метана природными источниками или 57 % глобальной эмиссии метана. На шахтах СНГ выбросы метана в атмосферу составляют (б,2...8,9)*10б т/год. Общая масса метана, поступающего из антропогенных источников, составляет

(400...420)-10б т/год или 55-75 % гло-

бальной [1].

Подземная и открытая добыча угля в Российской Федерации за последнее 10-летие претерпела существенные изменения. Достигнув в 1988 г. максимума - 425,4 млн т, она к 1998 г. снизилась до 232,2 млн т. Уровень подземной добычи угля за этот период времени понизился от 196,8 до 81,0 млн т, а открытой - от 228,6 до 144,4 млн т в год [2]. Снижение объемов добычи угля, естественно, привело к уменьшению выделения метана в шахтах и объемов его выброса в атмосферу.

Согласно [3] ежесуточная добыча угля в метанообильных шахтах РФ в 1990 г. составляла 326,74 тыс. т, причем 71 % его приходился на шахты Кузнецкого и Печорского (Воркутское месторождение) бассейнов, т.е. на наиболее метанообильные шахты РФ, из которых ежеминутно выделялось 3722,1 м3/мин метана или 88 % общего метановыделе-ния в шахтах России (табл. 1).

На шахты с дегазацией приходилось 75 % метановыделения в целом по России и 78 % - на шахты, применявшие дегазацию угольных пластов и выработанных пространств в Кузбассе и Воркуте. Дегазационными системами шахт извлекалось 906,3 м3/мин метана в шахтах РФ, в т.ч. 840,2 м3/мин - в шахтах Кузнецкого бассейна и Воркутского месторождения (см. табл. 1). На шахты Кузбасса и Воркуты приходилось 93 % объемов каптируемого метана в шахтах России.

В табл. 2 приведены итоговые показатели выделения метана в шахтах Рос-

Таблица 5

ВЫДЕЛЕНИЕ МЕТАНА ИЗ ШАХТ КУЗБАССА И ВОРКУТЫ

№№ п/п Наименование поі

1 Количество шахт, шт

в том числе с дегазацией

2 Метановыделение, м3/мин

в том числе на шахтах с дегазацией

3 Расход каптированного метана, м3/мин

4 Коэффициент извлечения метана средствам

в том числе на шахтах с дегазацией

5 Объемы утилизированного метана, м3/мин

6 Коэффициент использования каптируемого

*) Числитель - 1995 г., знаменатель - 1997 г.

сийской Федерации, объемов его извлечения и использования в 1990 г. В атмосферу Земли было выброшено 2,16 млрд.м3 метана или 98 % всего метана, выделившегося в течение года в шахтах РФ. Только 47,3 млн. м3 метана было утилизировано (шахты ПО «Воркутауголь»). Экологически чистый энергоноситель, каковым является метан, выброшен в атмосферу. Потеряны деньги, загрязнена атмосфера Земли.

По данным [2], в 1998 г. было 155 действующих шахт, подконтрольных Минтопэнерго РФ, в том числе 45 наиболее метанообильных в Кузбассе и Воркуте (табл. 3), где возможны эффективные работы по извлечению кондиционных (по метану) газовоздушных смесей, пригодных для использования [4]. В Воркуте все 6 шахт с дегазацией могут поставлять каптируемый метан потребителям (сейчас только 4 шахты не в полном объеме утилизируют шахтный метан), а в Кузбассе - 10-12 шахт уже сейчас, и в перспективе - 15-17, если соблюдать технологию ведения дегазационных работ согласно «Руководству по дегазации угольных шахт».

Кузнецкий бассейн является наиболее перспективным как по добыче угля подземным способом (55 % в 1998 г.), так и по метановыделению (табл. 4 и 5), объемы которого в 1997 г. составили 61 % общего метановыделения в шахтах РФ, уступая по интенсивности только более глубоким шахтам Воркутинского месторождения [3,5,6].

Опыт шахт Воркуты [6] свидетельствует о том, что 1000 м3 метана по теплотворной способности эквивалентны 1,3-1,5 т угля.

При сжигании метана в котельных, калориферных или иных установках вредные для атмосферы выбросы не соизмеримы с выбросами продуктов сго-

рания угля. Более цивилизованное использование шахтного метана в газогенераторных или газотурбинных установках, предназначенных для выработки электроэнергии и тепла, не только защищает окружающую среду, но и дает большой экономический эффект.

Каждые 6 м3/мин каптированного метана способны обеспечить эффективную работу, например, газогенераторной установки, вырабатывающей 1000 квт-ч электроэнергии и 1 Гкал в час тепла [7,8]. Только на каптированном в шахтах Кузбасса и Воркуты метане можно задействовать 90 таких экологически чистых установок.

Горизонты использования шахтного метана могут быть значительно расширены за счет широкого применения га-

зотурбинных установок, функционирующих на метане вентиляционных и дегазационных систем (табл. 5). Выделение метана из угольных разрезов в атмосферу Земли несопоставимо мало по сравнению с метановыделением из шахт. Только сотые доли кубических метров метана выделяются из 1 т добытого открытым способом угля. Оценочные расчеты показывают, что в 1998 г. из угольных разрезов РФ выделилось 67 млн. м3 метана, в то время как из угольных шахт - 1260 млн. м3.

Таким образом, анализируя приведенный выше материал, можно констатировать следующее. Метановыделение из угольных шахт в значительной степени зависит от объемов добываемого угля. Так, в 1990 г. подземным способом

в России было добыто 175,9 млн. т угля с выбросами шахтного метана в атмосферу в объеме 2,2 млрд. м3, а в 1998 г. - 81,0 млн. т угля и 1,26 млрд. м3 метана. В среднем на 1 т добытого подземным способом угля выделялось 12,5 м3 метана в 1990 г. и 15,5 м3 - в 1998 г.

В угольных шахтах РФ ежеминутно выделяется 2,4 тыс. м3 метана, из которых 0,56 тыс. м3 метана извлекается средствами дегазации и 0,05 тыс. м3 метана утилизируется. Объемы выбрасываемого в атмосферу Земли угольного метана, составляющие 2350 м3/мин, приносят не только экологический, но и экономический ущерб, устранить который под силу ученым и инженерам России при выделении необходимых финансовых средств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кругер Д. Международные перспективы извлечения метана угольных шахт: обзор эмиссии метана и благоприятные условия для его извлечения. Международный симпозиум «Интергаз-95», Тускалуза, Алабама, США, 1995, с.541-556.

2. Угольная промышленность Российской Федерации за 1998 г. Росинформуголь, 1999.

3. Забурдяев В.С. Метан угольных месторождений: ресурсы, объемы выделения, извлечения и использования. Горный вестник, 1994, №1, с.34-39.

4. Сергеев И.В., Забурдяев В.С. Нужны средства контроля: о метановой опасности на шахтах России и перспективах ее снижения. «Охрана труда и социальное страхование», М., 1998, №10, с.38-44.

5. Сергеев И.В., Забурдяев В.С. и др. Управление газовыделе-нием в угльных шахтах при ведении очистных работ. М., «Недра», 1992, 256 с.

6. Забурдяев В.С., Пак В.С., Пантелеев А.С. Метанообильность очистных забоев, эффективность извлечения и использования каптируемого метана. «Безопасность труда в промышленности». М., «Недра», 1994, №4, с. 10-14.

7. Силовая газомоторная установка (малая ТЭЦ). ННЦ ГП -ИГД им. А.А. Скочинского, г. Люберцы, 1998.

8. Appin and Tower Methane Energy Project, NSW, Australia. Energy Power Systems Australia Pty. Ltd., 1996.

Забурдяев В.С. — канлилаї технических наук, Инсіиіуі іорноіо ле.іа им. А.А. Скочинскої о.

Беломойцева П.П. — инженер. Институт іорноіо ле.іа им. А.А. Скочинскоіо