Метан угольных пластов как существенный дополнительный энергоресурс Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

К 70-летию КАФЕДРЫ

«аэрология : и . охрана : труда» : .

1

-----^ Ю.Н. Малышев, 2000

УДК 622.411.33:658.26

Ю.Н. Малышев

МЕТАН УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ КАК СУЩЕСТВЕННЫЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭНЕРГОРЕСУРС

Д

ля российской угольной промышленности метановая проблема должна рассматриваться в нескольких относительно самостоятельных, но, конечно, взаимосвязанных аспектах. Первый из них - это обеспечение безопасности работ, традиционно рассматриваемое как «борьба с метаном» на газовых шахтах. Другой важный аспект - создание условий для высокопроизводительной работы современных механизированных комплексов в результате снятия ограничения нагрузки на лаву по газовому фактору (за счет осуществления дегазации, соответствующих схем проветривания, повышения сечений горных выработок и т.п.). Наконец, большие перспективы имеет решение той части метановой проблемы, которая связана с использованием метана угольных пластов в качестве самостоятельного крупного энергоресурса. Именно этот аспект проблемы и рассматривается, в основном, в настоящей статье - её автор ведёт научное направление, сформулированное так: «Разработка технологии заблаговременного извлечения (добычи) метана из угольных месторождений с применением специальных методов воздействия на горный массив».

Тема выполняется с 1997 г. в рамках научно-технического проекта «Углеметан», входящего в состав федеральной подпрограммы «Недра России», финансируемой Миннауки РФ. Этот комплексный межотраслевой проект разрабатывается с участием учебных ВУЗов, институтов РАН, Геологоразведочной Академии и отраслевых институтов. К настоящему времени уже выполнен определенный объем работ по следующим направле-

ниям.

1. В области изучения ресурсов угольного метана России.

Первоначально считалось, что прогнозные ресурсы метана в угольных пластах на территории России составляют 32,7 трлн.м3 (см. табл.).

В результате проведенных исследований установлено, что в основных угольных бассейнах страны содержится не менее 60 трлн. м3 метана. Это составляет почти 30 % ресурсов традиционных газовых месторождений страны и около половины мировых запасов (113 трлн. м3) метана в угольных пластах.

Наиболее перспективным бассейном по промышленной добыче угольного метана является Кузбасс, в недрах которого до глубины 1,8 км содержится 13 трлн. м3 газа, причем большая часть ресурсов газа сосредоточена в гигантских месторождениях с плотностью ресурсов метана, достигающей 600-1200 млн. м3/км2. Это в 4-5 раз выше, чем в известном месторождении Сан-Хуан, США.

Пробурено и исследовано несколько геологоразведочных (тестовых) и одна опытно-промышленная скважина на интервал 1300-1800 м, подтвердившие высокую угленосность (до 120 м) и метаноносность (15 - 25 м3/т) перспективных площадей. Исследованиями результатов, полученных с помощью этих скважин, выявлены высокое давление газа в пластах (до 13,2 МПа) и достаточно низкая их газопроницаемость (10 -30 тД).

При промысловых испытаниях 1ой опытно-промышлен-ной скважины на Талдинской площади на глубине 560-780 м получен приток газа на устье скважины в 6-12 атм.

2. Исследования по изучению сорбции метана углями подтвердили

физическую природу связи метана с природным углем. Они показали, что метанонасыщенный угольный пласт является активным коллектором, который, вследствие сорбционных явлений, аккумулирует достаточное количество потенциальной энергии для существенного изменения своей макроструктуры, в том числе и в условиях заблаговременного извлечения метана. Сорбированный метан уменьшает в 1,6-2,0 раза прочностные свойства и трещиностойкость углей, а ослабляющее влияние воды в макро-сорбционных структурах зависит от степени метаморфизма угля. Анализ имеющихся результатов исследований механизма связей в системе «уголь-метан» и их энергетики свидетельствует о практической возможности извлечения метана из неразгруженных от горного давления угольных пластов.

Выполненные исследования коллекторских свойств угольных пластов, диффузионно-кинетических параметров слагающих их углей, природы системы «уголь-газ» позволяют достаточно надежно прогнозировать возможность извлечения метана из угольных пластов уже в промышленных масштабах.

3. Исследование влияния техногенных (искусственных) воздействий на горный массив на газоотдачу угольных пластов позволили разработать пневмогидравлические методы стимулирования газоотдачи, обосновать возможность и целесообразность применения для этих

Таблица

ПРОГНОЗНЫЕ РЕСУРСЫ МЕТАНА В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ ОСНОВНЫХ БАССЕЙНОВ И МЕСТОРОЖДЕНИЙ РОССИИ, МЛРД.М3

Бассейны, месторождения Всего В том числе

на полях действующих шахт на разведанных, перспективных для разведки участков и поисково-оценочных площадях на верхнем этаже бассейнов, до глубины 1200 м (до 900 м абс.) на нижнем этаже бассейнов на глубине 1200-1800 м (-900,-1500м абс.)

Кузнецкий 13085 211,5 12873,5 7448 5637

Печорский 1942 26,4 1915,6 1260 682

Донецкий 1178 495,0 683,0 - -

в т.ч. Восточный Донбасс 97 2,0 94,5

Буреинский 312 - - 223 89

Апсатский 55 55,0 - 55 -

Сахалинский 48 4,2 43.8 22 26

Партизанский 22 6,8 15,2 - -

Итого: 16642 (100%) 798,9 (4,9%) 15531,1 (95,1%) 9008 (58,5%) 6434 (41,7%)

Тунгусский* 20000 - - - -

Ленский 6000 - - - -

Таймырский 5500 - - - -

Зырянский 1234 - - - -

Итого 32734 - - - -

целей электро- и ультразвукового воздействия, а также виброволнового воздействия, хорошо зарекомендовавших себя при добыче трудноиз-влекаемых нефтей. Определение параметров этих методов и их комбинаций с гидравлическим воздействием в различных горно-геологических условиях и создание соответствующих технических средств является перспективным направлением повышения эффективности работ по промышленной добыче метана из угольных пластов.

4. Анализ ресурсов метана угольных месторождений и оценка потребности регионов России в этом виде топлива позволили обосновать целесообразность создания опытнопромышленных полигонов по заблаговременному извлечению (добыче) метана из неразрабатываемых угольных пластов. Обосновано создание таких полигонов в Кузбассе, Ворку-тинском месторождении и Восточном Донбассе. Выявлена заинтересованность местных администраций, производственных и коммерческих организаций в освоении ресурсов угольного метана на этих участках.

Введение в эксплуатацию опытнопромышленных полигонов позволит в производственных условиях осуществить апробацию разработанных технологий извлечения метана из угле-

метановых месторождений, залегающих в различных условиях, вовлечь в хозяйственное использование более 20 млрд. м3 угольного метана. Это позволит уже на первом этапе обеспечить годовую добычу метана в объеме 10-15 млн. м3.

5. Для действующих шахт метановая проблема_амеет самостоятельное важное значение, в том числе и в части использования шахтного метана в качестве энергоресурса.. Дело в том, что действующими шахтами отрасли ежегодно выбрасывается в атмосферу свыше 1,5 млрд. м3 метана, а его утилизация осуществляется в весьма ограниченных объемах.

В последнее время в рамках разработки проблемы в этой части завершается создание технологии утилизации шахтного метана при переменной его концентрации в метановоздушной смеси. В частности, совместно с Институтом катализа Сибирского отделения РАН созданы технология и технические средства каталитического окисления метана, выдаваемого из шахт вентиляторными установками, - с получением тепловой энергии и производством электроэнергии.

В этом направлении ведет работы и ННЦ ГП ИГД им. А.А. Ско-чинского. Им, применительно к конкретными предприятиям, разработан

и реализован на 10 шахтах способ дегазации угольных пластов перекрещивающимися скважинами. Этот способ обеспечивает уровень извлечения метана до 30-40 % от первоначальной величины. В перспективе эффективным способом повышения газоотдачи угольных пластов может стать предварительное гидродинамическое воздействие на массив угля через скважины, пробуренные из подземных выработок, с последующим бурением перекрещивающихся скважин.

В научно-практическом плане первоочередными задачами являются: создание буровых установок для глубокого бурения направленных скважин, разработка эффективных средств воздействия на угленосные массивы с целью интенсификации процессов газоотдачи угольных пластов, разработка средств малой энергетики, использующих шахтный метан.

6. Из числа специальных методов и средств для извлечения метана, разработанных в последнее время во ВНИМИ,, целесообразно отметить прежде всего тот большой экспериментальный материал, который подтвердил высокую эффективность теплового воздействия на извлечение метана. При этом для повышения температуры были созданы и испытаны дешевые и экологически безопасные

реагенты, содержащие кислород. Создан также скважинный теплоизлуча-тель на твердом топливе. Проведены исследования и разработан проект те-плоизлучателя на жидком топливе, совмещенном с акустическим модулем для генерации низких частот.

В последнее время также существенно развиты методы геодинамиче-ского районирования - они адаптированы для прогноза коллекторских свойств газоносной угольной толщи. При этом использованы системный анализ картографического материала, аэрокосмоснимков, геологических данных. Эти методы могут использоваться при

определении мест заложения углеметановых добычных скважин.

В целом по рассматриваемому в настоящей статье научнопрактическому направлению, имеющему, безусловно, важное народнохозяйственное значение, необходимо существенное усиление работ, особенно в области геомеханики и газодинамики углевмещающей толщи пород при извлечении метана из угольных пластов (такие исследования ранее не проводились). Требуется также масштабное проведение геологопромысловых работ на перспективных метано-угольных площадях и

опытно-промыш-ленных работ по отработке рациональных технологий добычи метана на первоочередных участках.

Реализация этого важнейшего направления работ позволит создать в России предприятия по промышленной добыче угольного метана с добычей до 30-50 млрд. м3 в год уже в начале XXI века. С учетом исключительной значимости решения метановой проблемы, для ускорения её практической реализации требуется дальнейшая финансовая поддержка комплекса необходимых первоочередных работ.

Малышев Юрий Николаевич — член-корр. РАН, профессор, доктор технических наук, Президент Союза углепромышленников.

МОНОГРАФИИ

Л.А. Пучков, О.В. Михеев, С.П. Казаков, В.В. Сен кус, В.А. Атрушкевич Гидротранспортные системы горнодобывающих предприятий. - 145 с.

Е.А. Козловский и др. Минерально-сырьевая база угольной промышленности. В 2-х томах. Т. 1 - 648 с., т. 2 - 448 с.

Е.А. Козловский и Минерально-сырьевые проблемы России накануне XXI века. - 271 с.

В.М. Щадов Открытая разработка сложноструктурных угольных месторождений Восточной Сибири и Дальнего Востока. 300 с.

О А ИЛ-—,

Т' 7 <7 7

ГГ

А

О 2

О