CC BY
76
106
А.А.Сысоев, И.О. Шачнев, П.Е.Щербин
вала Т связаны друг с другом линейно в соответствии с выражением Ь2=уТ+Ь0 , где Ь0 -расстояние от забоя до постоянного отвала. На рис. 1 показана условная схема взаимного расположения временного и постоянного отвалов, откуда видно, что величина Ь2 теоретически может изменяться от 0 до Ь0.
В этом диапазоне изменения оптимизируемой величины Ь2 средствами Mathcad построены графики функции ТтЫ=/1(Ь2) , определяющей минимальную экономически целесообразную продолжительность существования временного отвала, и функции Ттсж=/2(Ь2), определяющей максимальное технически возможное время его существования, а также показателя эффективности Э(Ь2) (рис. 2). Ииспользованы исходные данные и формулы расчета удельных затрат соответствии с [1].
Дополнительной исходной величиной при выполнении расчета является скорость при-
ближения фронта горных работ к временному отвалу V (в расчете принято V = 0,1 км/год). По приведенной схеме может сложиться впечатление, что эта величина совпадает с понятием скорости подвигания фронта горных работ. В общем случае они не совпадают. Поэтому для скорости приближения фронта к временному отвалу предстоит еще дать более строгое определение.
Полученные зависимости позволяют сформулировать следующие выводы. При существовании технической возможности временного отвала, экономическая целесообразность этого технического решения будет иметь место в том случае, когда скорость приближения фронта горных работ к временному отвалу предопределяет пересечение графиков
Ттт=/1(Ь2) и Ттох=/2(Ь2) .
В этом случае показатель экономической эффективности будет иметь экстремум относи-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
тельно расстояния Ь2 между временным и постоянным отвалами.
В целом эффективность временных отвалов обусловлена не только прямым эффектом по сравнению с постоянными отвалами за пределами карьерного поля. За период существования временных отвалов могут быть сформированы емкости для создания постоянных внутренних отвалов, что приведет к сокращению платы за землю. Это, в свою очередь, уменьшает экологический ущерб от разработки месторождения.
Дальнейшие исследования эффективности временных отвалов должны быть связаны с привязкой общих теоретических рассуждений и их результатов к конкретным горнотехническим условиям карьеров и разработкой методики для обоснования места размещения внутренних отвалов.
1. Сысоев А.А. Шачнев И.О. Условие эффективности временных отвалов // Вестн. КузГТУ. 2005. № 1(45). С.47-48.
2. Хохряков В.С. Проектирование карьеров: Учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1992. - 383 с.: ил.
□ Авторы статьи:
Сысоев
Андрей Александрович - докт. техн. наук, проф. каф. разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом
Шачнев Иван Олегович - студент ГФ
Щербин Павел Евгеньевич - студент ГФ
УДК 661.183
Х.А. Исхаков, В.Н. Кочетков
ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕЙ
История данной проблемы своими корнями уходит в работы Д.И. Менделеева за период 1888 - 1890 гг. [1-4]. Почему именно идею выдвинул Д.И. Менделеев, а, например, не Н.Н. Зинин или А.М. Бутлеров? Дело в том, что Д.И. Менделеев, будучи теоретиком, живо интересовался проблемами промыш-
ленности: достаточно ознакомиться со второй частью (дополнения) его Основ химии [5], чтобы убедиться в этом.
Высказать идею - ещё не значит осуществить её. Позднее, в 1912 г., на одном из заседаний Британского королевского общества английский химик
В.Рамзай высказался за органи-
зацию подземной газификации углей (ПГУ). Д.И.Менделеев с глубоким уважением относился к работам В.Рамзая, что видно из его оценки: «... Я считаю Рамзая утвердителем периодического закона, так как он открыл Не, №, Аг, Кг и Хе, определил их атомные веса, и эти числа вполне подходят к требо-
ваниям периодической системы элементов» [5]. Остаётся невыясненным, знал ли В. Рамзай о работах Д.И. Менделеева или идея ПГУ была оригинальной его идеей. Надо полагать, что, будучи близко знакомым с Д.И. Менделеевым и его работами, он идею ПГУ заимствовал.
Как бы то ни было, но идея
В. Рамзая глубоко захватила В. Ленина, жившего в то время за границей. В статье в газете «Правда» №9 от 4 мая 1913 г. «Одна из великих побед техники» В. Ленин отмечает, что «переворот в промышленности, вызванный этим открытием будет огромен». Однако, никакого открытия, тем более ожидаемого переворота не было, была лишь идея - роль сыграла политика и желание политиков сделать себе кумира, хотя об этом было ещё библейское предупреждение [6].
В 1920 г. к идее ПГУ обратился горный инженер В. Белов, а в 1925 г. профессор Б. Бокий выступил с предложением практически организовать ПГУ [7]; предложение не было осуществлено. В 1930 г. группа политработников 78 кавалерийского полка Красной армии, ознакомившись со статьёй В. Ленина о ПГУ, обратилась с письмом к И. Сталину и в Комитет по химизации при СНХ СССР (к В. Куйбышеву) с просьбой выяснить судьбу предложений о ПГУ и просила приступить к организации исследований и экспериментов в этой области
[7].
К тому же времени относится обращение в ЦК ВКП(б) группы учёных Московского горного института с предложением предпринять эксперименты по ПГУ. В 1931 г. ЦК ВКП(б) принял решение о проведении опытов по ПГУ, для чего в начале 1923 г. организуется Комиссия по ПГУ и в феврале того же года началось строительство опытной станции в Лисичанске (Донбасс). В 1933 г. нарком тяжёлой промышленности Г. Орджоникидзе издал
приказ о расширении работ по ПГУ и образовании специальной конторы «Подземгаз», на базе которой организуется трест «Подземгаз». С 1934 г. и до 1960 года издаётся бюллетень «Подземная газификация углей», действует проектно-
исследовательский институт ВНИИ Подземгаз.
В октябре 1938 г. происходит в Наркомтяжпроме первое научно-техническое совещание по ПГУ, в работе которого принял участие Л. Каганович и ряд известных учёных, в том числе академики А. Скочинский, Л. Терпигорев, профессора Н. Чижевский, А. Чернышев, Л. Рам-зин. Итоги совещания подвёл нарком Л. Каганович, подчеркнувший, что «первый опыт ПГУ представляет из себя огромный прогресс по сравнению с нынешней системой добычи угля». Особое внимание нарком уделил подземной газификации в Подмосковье, «поскольку можно будет газ подавать в Москву».
Вот такие надежды были на ПГУ и эти надежды держались в последующие 50 и более лет.
Каковы же были результаты ПГУ? Рассмотрим лишь по опытным данным двух станций
- Лисичанской в Донбассе и Ленинской в Кузбассе. В Лисичанске опыты проводились на крутопадающем маломощном пласте Бобровский (0,7 м, уголь длиннопламенный с выходом летучих веществ ¥“=36,4%). По мере продвижения очистного забоя уголь разрыхлялся, для чего в пласт были заложены взрывпатроны. Опыты проведены с февраля по октябрь 1934 г. Состав газа был непостоянен, о теплотворной способности газа не сообщается. Подчёркивается, что не удалось процессом управлять. Следующие опыты были проведены в целике угля на кислородном дутье, теплотворная способность газа доходила до 2270 ккал/м3, при газификации угольного целика на воздушно-паровом дутье теплотворная способность газа коле-
балась в пределах 2000-2500 ккал/м3.
В 1948 г. Лисичанская станция ПГУ введена в эксплуатацию как производственная единица для производства газа в количестве 200 млн. м3 в год. В [9] сообщается, что за время с 1948 по 1950 годы станция в среднем выдавала ежегодно около 93 млн. м3 газа с теплотой сгорания 800-1000 ккал/м3, т.е. газ относится к группе бедных газов.
Ленинский участок в Кузбассе. Опыты проводились с июня по сентябрь 1934 г. на пласте Журинский (угол падения - 20, мощность около 5 м). Состав газа был довольно пёстрым, что сказалось на большой разнице теплоты сгорания - от 2000 ккал/м3 до 5000 ккал/м3. Отмечается, что определения теплоты сгорания газа были неточными.
В начале июля, после того как в панели выгорело около 200 т угля, штрек под давлением вышележащих пород обрушился, но не настолько, чтобы прекратилось просасывание газа. В завале шло коксование угля, что отразилось на составе газа - повышенное содержание метана и водорода. Газификация была прекращена ввиду образования прогаров и завалов.
В конце апреля 1935 г. на Журинском пласте была подготовлена вторая панель и начались эксперименты. При установившемся процессе газификации (июнь месяц) теплота сгорания газа составила около 1000 ккал/м3.
В связи с напряжённой международной обстановкой, а в дальнейшем началом Второй Мировой войны эксперименты по ПГУ были прекращены. Однако первоначальный опыт после окончания Великой Отечественной войны был использован для строительства ряда новых станций ПГУ в Донбасе, Подмосковье, Кузбассе и на Ангренском буроугольном месторождении в Узбекистане.
Работа станций, технология
108
Х.А. Исхаков, В.Н. Кочетков
газификации и технико-
экономическая оценка подробно изложены в [9], поэтому нет необходимости для повторения. Отметим, что автор данной обширной работы из всех факторов, влияющих на ПГУ, особо отмечает обрушение кровли, которое может приводить к замедлению газификации и даже к полной остановке. Обращается внимание на сдвижение земной поверхности в районе газификации, а также на роль подземных вод: «...приходится считаться с высокой температурой воды и её загрязнённостью продуктами термического разложения угля, в основном фенолами, аммиаком и сероводородом».
Автором охвачены работы до 1958 г. о. Прошедшие почти полвека были не только эрой нефти и природного газа, но и эрой экологии. Из-за нерентабельности станции ПГУ прекратили своё существование, исключая Ангренскую, «успехи» которой весьма посредственны. Однако поборники ПГУ активно выступают за возобновление деятельности станций.
В обширной статье [10] основной упор сделан на описание состава химических соединений, получающихся при ПГУ на Южно-Абинской станции (закрыта в 1996 г.) и имеющие отношение к получаемому на станция низкокалорийному газу. Авторы к ПГУ привязали всё, что могли - обработку углей давлением, действием ультразвука, обработку органическими растворителями, поверхностно-активными веществами, щелочами, действием жёсткого излучения и электронагрева с единственной целью - доказать положительные стороны ПГУ. Перечислены работы по ПГУ, проводимые в США, Германии, Бельгии, Венгрии, Чехословакии, Швеции - работы, которые не вышли за рамки экспериментов.
Создаётся впечатление, что авторы всеми силами старались желаемое выдать за действительное, быстровозможное и
вполне рентабельное. Экономические проблемы не затронуты.
Работа учёных Дальневосточного университета [11] посвящена экологическим проблемам ПГУ. Не внося ничего нового в технологию ПГУ, авторы считают возможным экологические проблемы решать с помощью штрафов, рассчитанных по предлагаемым ими оригинально-примитивным мате-
матическим формулам?!
Наконец, остановимся на работах Е.В. Крейнина, опубликованных в журнале «Химия твердого топлива» [12, 13]. Автор предлагает новую технологию ПГУ, имея в виду недостатки традиционной технологии, а именно:
- нестабильность и неустойчивость процесса;
- большая инерционность;
- низкая теплота сгорания газа;
- низкий КПД газификации (50-60%);
- существенные потери угля в недрах (15-20%);
- недостаточная экологическая обеспеченность технологии.
Указывается, что пути движения дутья неуправляемы, а утечки газа доходят до 27%. Существенный момент: утечки подсчитаны до десятых процента, т.е. ошибка измерения составляет 0,05%. И это при том, что процесс «нестабильный и неустойчивый». Возможно у специалистов Южно-Абинской станции была своя особая методика подсчётов.
Основным элементом новой технологии автор считает «контролируемый перенос точки подачи дутья», что обеспечит равномерное выгазовывание угольного пласта, плавное сдвижение горного массива и оседание поверхности [12]. Далее указывается, что «благодаря новой технологии удаётся удовлетворить самые строгие требования экологических органов», т.к. создана математическая модель, позволяющая учесть около 1300 различных факто-
ров! В следующей статье [13] вновь делается упор на разработанную математическую модель, правда, что она из себя представляет остаётся вне пределов досягаемости. Из 1300 параметров модели одним из главных автор считает удельный водоприток в зону газификации. Он принят равным 0,6 м3 на тонну газифицируемого угля и считается постоянным, с чем согласится невозможно.
Отметим некоторые выводы автора:
1) . метод ПГУ претендует на роль одного из основных способов экологической энергетики;
2) . промышленная реализация ПГУ возможна только при условии создания достаточно эффективной системы управления технологическим процессом;
3) . разработанная расчётная математическая модель является необходимым средством для диагностики отдельных закономерностей ПГУ.
Ни с одним из этих выводов невозможно согласиться, включая и постоянство водопритока. Поборники ПГУ считают толщу осадочных пород по всем показателям твердокаменно застывшими объектами - в принципе это не так. Литосфера, в которую входят и осадочные образования, находится в состоянии постоянной изменчивости и особенно за последние 5 лет техногенной деятельности человечества. При ПГУ управление горным давлением и подземными водопритоками практически невозможно. Также в принципе невозможно изменить физические и химические свойства горных пород в массиве, подвергаемом газификации.
Экологическая чистота ПГУ при всех математических моделях не только сомнительна, но и невозможна. При условиях ПГУ невозможно создание эффективной системы управления. В любом химическом процессе управление осуществляется при данных катализаторах измене-
нием давления и температуры строго ограниченного объемом объекта, что практически невозможно выполнить при ПГУ. Отсюда постоянные сбои в режиме, обрушения, спекания угольной массы, водоприток, а также не только утечки газа, но и его прорывы.
В [14] указывается на возобновление интереса к ПГУ в связи с его перспективностью. Необходимо говорить не о перспективности, а о заманчивости
- это действительно так. Однако постоянные ссылки на Менделеева Д.И., на крупных политических фигур советского времени, а также на пробные эксперименты Запада не являются основанием прочности фунда-
мента, на котором стоит ПГУ: ошибаются все. Известно, что Менделеев Д.И. не признавал теорию электролитической диссоциации, отвергал прибрежный Северный морской путь [18], однако противоположные мнения и практика пошли другим путём, не согласившись с корифеем науки.
Кстати в [14] предлагается оригинальный метод организации теплоэнергетики без выемки угля, а непосредственно разжигая угольный блок и выдавая на поверхностный комплекс пар. Здесь автор пренебрегает не только экологией, но и безопасностью для окружающей среды - известны выгорания угольных пластов в древности,
пласты горят и сейчас на открытых разработках, однако теплоэнергетика - это весьма сложный аппаратурный объект, исключающий всякий примитивный подход. Что же касается предложения автора вышеупомянутой статьи, так это не что иное как вариант ПГУ, но только в более опасном виде.
По нашему мнению, в настоящее время стоит усилить работы по наземной газификации углей [15], а также возобновить работы по электролизу воды с целью получения электролитического водорода [16, 17]. Эти проблемы неотложны в связи с недалёкой перспективой истощения запасов нефти и природного газа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Менделеев Д.И. Будущая сила, покоящаяся на берегах Дона // Северный вестник. - СПБ, 1888, №5.-С.25-28.
2. Менделеев Д.И. Учение о промышленности. - СПБ, 1900. - С. 81.
3. Менделеев Д.И. Основы фабрично-заводской промышленности. - СПБ, 1897. - С.140.
4. Менделеев Д.И. Пожары угольных пластов/ Уральская железная промышленность. - СПБ, 1900. -
С.401.
5. Менделеев Д.И. Основы химии. 8-е издание. - С. - Петербург: Типо-литография М.П.Фроловой, 1906. - 814 с.
6. Исход: 20-4.
7. Химическая переработка топлив СССР: Сб. статей/ Ред. М.Н.Буров. - М.:ОНТИ, 1936. - 367 с.
8. Глушков А.И., Козырев Б.И. Охрана окружающей среды при подземной газификации угля. - Новосибирск: ГНТБ СО РАН, 1993. - 128 с.
9. СкафаП.В. Подземная газификация углей. - М.: Госгортехиздат, 1960. - 322 с.
10. Самойленко Г.В. и др. Проблемы подземной газификации угля/ Термодеструкция угля. Сб-к на-учн. трудов. - Киев: Наукова думка, 1993. - С. 44- 67.
11. Глушков А.И., Козырев Б.И. Охрана окружающей среды при подземной газификации угля. Аналитический обзор. ГПНТБ СО РАН, Дальневосточный гос. техн. ун-т. - Новосибирск, 1993. - 129 с.
12. Крейнин Е.В. Новая технология подземной газификации угольных пластов // ХТТ. - 1995. - №6. -
С. 58-65.
13. Крейнин Е. В. Экологические и химико-технологические особенности подземной газификации углей // ХТТ. - 1996. - №1. - С.52-58.
14. Прокопенко С.А. Угольным регионам - прорывную энергетику / Сб-к трудов. Сибресурс 2004. -Материалы Х Международной научн.-практич. конф. - Кемерово: Изд-во ГУ КузГТУ, 2004. - С.336-339.
15. Альков Н.Г., Наумов В.Н. Газификация твердых топлив как эффективное решение проблем автономного энергосбережения // ТЭК ресурсы Кузбасса. - 2001. - №4. - С. 92-100.
16. Петров Д. Роль газификации в народном хозяйстве Сибири и в плане электрификации СССР / Проблемы Урало-Кузнецкого комбината. - Труды научной сессии АН СССР. - Л.: Изд-во АН СССР, 1933. - С.150-163
17. Бендерский В.А., Овчинников А.А. Механизм реакций электрохимического выделения водорода / В сб. Физическая химия. Современные проблемы. - М.: Химия, 1980. - С.202-246.
18. Витте С.Ю. Избранные воспоминания, 1849-1911 гг. - М.:Мысль. - 1991. - 719 с.
□ Авторы статьи:
Исхаков Кочетков
Хамза Ахметович Валерий Ник\олаевич
- докт.техн. наук, проф. каф. химии и тех- -канд .техн. наук, ст.науч.сотр. Кеме-
нологии неорганических веществ ровского научного центра СО РАН
