CC BY
43
СЕМИНАР 3
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99" МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99
Г.М. Презент, И.А. Швец, С.В. Сластунов, проф., УД АО «Испат - Кармет» МГГУ
Метанобезопасность угольных шахт как основная проблема угольного метана
Три года дискуссий на семинаре «Проблемы угольного метана» и научных работ основных участков этих дискуссий позволили вполне определенно расставить научные акценты в названных проблемах.
В последнее время в угольной промышленности России критического значения достигли частота и размеры аварий и катастроф на угольных предприятиях. Весной 1998 г. в Минтопэнерго РФ состоялось расширенное совещание по проблемам извлечения и использования метана угольных шахт России. В подготовительных материалах к этому совещанию рабочей группой, в состав которой входит и автор этой статьи, констатировалось следующее.
За последние три года ежегодное количество аварий, связанных с газом, возросло по сравнению с концом 80-х годов более чем в 1,5 раза (40 крупных аварий). От взрывов метана и угольной пыли в 1995-97 гг. погибло 173 шахтера. Все мы хорошо помним катастрофы, происшедшие от взрывов газа и пыли на шахте «Баренцбург» в январе 1997 года, когда погибло 23 человека, на шахте «Зырянов-ская» в Кузбассе (декабрь 1997 г.) - погибло 67 шахтеров или совсем недавно в январе этого года на шахте «Центральная» в Воркуте -28 погибших. Общий травматизм со смертельным исходом возрос в связи со взрывами и вспышками метана более чем в 3,5 раза.
Взрывы приводят к большим материальным и финансовым потерям. На длительное время останавливается работа шахт. Предельного состояния достигается и без того тяжелая социальная напряженность в коллективах и шахтерских городах.
Во многом причинами аварий являются организационно-технические недостатки на производстве. Не подается в забои достаточного количества воздуха, нарушаются режимы эксплуатации и контроля горно-шахтного оборудования, допускаются отступления от правил безопасности.
Вместе с тем, наиболее глубокая и масштабная причина заключается в неудовлетворительном состоянии дегазации угольных пластов как самого радикального средства устранения потенциальной опасности взрывов и вспышек метана.
В России 70% газообильных шахт. Почти треть шахт осуществляют дегазацию. Наиболее газообильными являются шахты Кузбасса и Воркуты. В целом уровень дегазации на шахтах России крайне недостаточен. В Кузбассе извлекается только 15-20% метана, выделяющегося в горные выработки. Это в 3-3,5 раза ниже, чем необходимо для организации
безопасной и эффективной работы. В последние годы объемы дегазации в Кузбассе снизились более чем в 2 раза. Несколько лучше результаты дегазации в Воркуте. Однако и там ее уровень недостаточен.
Как известно, эффективная дегазация, повышающая в первую очередь уровень безопасности труда в шахтах, является и средством увеличения производительности и улучшения техникоэкономических результатов работы предприятий.
В газообильных забоях добыча на уровне 5-7 тыс. тонн угля в сутки, что намечается всеми программами реструктуризации, может быть обеспечена только при условии надлежащей дегазации.
Метан - это один из видов минерально-сырьевых ресурсов. Из
угольных пластов работающих шахт выделяется до 10 тысяч кубических метров метана в минуту. Средствами дегазации извлекается 585 м3/ мин, что составляет около 6%. Однако из всего извлекаемого дегазацией объема используется только 90 м3 / мин (т.е. около 15%) газа в минуту. На 4-х шахтах Воркуты метан сжигается в топках котельных установок. Остальной метан выбрасывается из шахт России в атмосферу, существенно при этом влияя на ухудшение экологической обстановки угольных регионов.
Без достаточного внимания остаются организационные вопросы. В то же время опыт, например Карагандинского бассейна в Казахстане показывает высокую результативность централизованного осуществления всех дегазационных работ специально созданным структурным подразделением, работающем с шахтами на договорной основе.
Проблема метана - это одна из ключевых проблем угольной промышленности. Без ее решения мы не вправе ожидать безаварийной, безопасной и рентабельной работы многих газообильных угольных шахт. Поэтому необходимо сделать все от нас зависящее для быстрого и эффективного решения вопросов, стоящих на пути существенного улучшения дегазации и более полного использования извлекаемого метана.
Г од назад в Минтопэнерго РФ была утверждена концепция комплексного решения проблемы извлечения и использования метана угольных шахт России. Были проанализированы причины, сдерживающие решение проблемы. Они известны. Отметим некоторые из них.
• Службы дегазации не имеют материальных стимулов.
• Отсутствуют хозрасчетные структуры по дегазации.
• Ограниченность финансовых средств.
• Распыление научного потенциала и многие другие.
Выявлены принципиальные подходы к интенсификации и повышению эффективности извлечения и использования шахтного метана. Главная конечная цель решения проблемы сформулирована следующим образом - максимальное повышение безопасности труда на угольных предприятиях и улучшение экологической обстановки путем обеспечения более полного извлечения метана с одновременной окупаемостью затрат за счет повышения эффективности работы шахты и использования метана в различных сферах экономики.
Были разработаны принципиальные направления решения проблемы. Среди них можно отметить такие как:
♦ обеспечение коэффициента дегазации не менее 50-60% для разгруженного горными работами массива и 35-40% для неразгруженного;
♦ признание исключительно высокой социально-экономической значимости проблемы, во многом выходящей за рамки угольной промышленности;
♦ разработка по каждой шахте инвестиционных проектов извлечения и использования метана с ориентацией на окупаемость затрат не более, чем 2-3 года;
♦ создание специализированных хозрасчетных структур, обеспечивающих проектирование и выполнение работ по всему циклу извлечения и использования шахтного метана;
♦ выполнение работ по единому плану и под единым научным руководством.
Как уже отмечалось, в марте 1998 г. состоялось расширенное совещание Минтопэнерго РФ по комплексному решению проблемы извлечения и использования метана как одной из основ повышения безопасности труда шахтеров и
эффективности угольного производства. Совещание приняло ряд решений, в том числе:
♦ считать осуществление комплекса работ по дегазации угольных пластов на полях газообильных шахт одной из особо важных задач в обеспечении безопасных и безаварийных условий труда шахтеров и повышения эффективности угольного производства;
♦ принять к сведению, что рабочей группой специалистов, созданной в соответствии с решением научно-технического и экономического Совета Минтопэнерго РФ подготовлена концепция и программа работ на 1998-2000 г.г. «Метанобезопасность» и провести конкурсы на выполнение НИОКР по этой программе и конкурс инвестиционных проектов.
Программа «Комплексное решение проблемы извлечения и использования метана угольных шахт России» («Метанобезопасность») предусматривает объем финансирования 103 млн. руб, причем около 90% финансирования должно идти по линии инвестиционных проектов.
На сегодняшний день мы можем констатировать следующее:
♦ есть утвержденная Минтопэнерго концепция извлечения и использования метана угольных шахт России;
♦ есть утвержденная программа работ;
♦ нет главного - до настоящего времени не открыто централизованное финансирование программы «Метанобезопасность» по линии Минтопэнерго РФ. В 1998 году это было связано с реорганизацией угольного блока «Минтопэнерго» РФ.
Что же нужно делать основным исполнителям в создавшейся ситуации?
Во-первых - срочно совместно с акционерными обществами, угольными предприятиями разрабатывать инвестиционные проекты и подавать заявки на конкурс в рабочую группу Минтопэнерго РФ программы «Метанобезопасность».
Во-вторых - необходимо решать вопрос о реализации одного из ключевых моментов утвержденной концепции, а именно создание специализированных структур по извлечению и использованию угольного метана решающих весь комплекс метановых проблем в угольных бассейнах РФ. Аналогом такой структуры может являться управление «Спецшахтомонтаждегазация» угольного департамента акционерного общества «Испат-Кармет». Вот на этом вопросе хотелось бы остановиться более подробно.
Управление «Спецшахтомон-таждегазация» было организовано в 1970 году (структура управления приведена на рис.1.).
УСШМД выполняет следующие виды работ:
♦ бурение подземных дегазационных скважин, монтаж, анализ и изыскание эффективных способов дегазации;
♦ профилактические заиливание и изоляция отработанных участков для предупреждения подземных пожаров, кроме того непосредственное тушение пожаров;
♦ контроль за вредными выбросами в атмосферу и сбросом воды предприятиями соответствие сбросов санитарным нормам;
♦ депрессионные съемки;
♦ прогноз выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород;
♦ химическое упрочнение массивов;
♦ утилизация шахтного метана;
♦ гидрорасчленение угольных пластов через скважины с поверхности (ГРП).
УСШМД в своем составе имеет механический цех, подразделение по ремонту техники и оборудования, ряд лабораторий и некоторые другие подразделения.
В период экономической стабильности (1987 г.) при добыче угля шахтами объединения «Кара-гандауголь» 43 млн. т/год численность УСШМД составляет 1260 чел.
56
Спустя 10 лет, в 1997 году при добыче угля 13 млн т/год численность УСШМД составили 411 чел. Аппарат управления в 1997 году составлял 28 чел. Деятельность УСШМД ведется путем заключения хозяйственных договоров сроком на 1 год- Планирование работы ведется на основе ежемесячного рассмотрения программ ведения дегазационных и профилактических работ на шахтах. Ежемесячно УСШМД проводится совместное совещание представителей шахт, угольного департамента, ВГСЧ, округа Госгортехнадзора. Разрабатывается ежемесячный бизнес-план УСШМД. Ежегодный объем работ УСШМД составляет около 2х миллионов долларов. Работы ведутся на 12 шахтах, 25 очистных и подготовительных забоях. Абсолютная газообильность шахт Карагандинского угольного бассейна составляет до 100 м3/мин. Относительная газообильность шахт до 135 м3 метана на тонну добываемого угля.
Кроме безопасности, прирост нагрузки для очистных забоев, работающих на газоносных пластах составляет около 50%. Это позволяет обеспечивать в таких забоях дополнительную добычу около 2 млн т стоимостью около 30 млн долларов.
Ежегодные затраты на дегазацию в целом по предприятиям УД АО «Испат-Кармет» составляет около 1,5 млн. долларов, а прибыль шахт от дегазации порядка 8,3 млн долларов. (рис. 2.).
В бассейне применяется свыше 30 схем и способов дегазации для различных условий (предварительная дегазация, дегазация выработанных пространств вертикальными скважинами с поверхности, заблаговременная дегазация скважинами с поверхности, подземными скважинами в купола обрушения, бурение впереди и позади очистного забоя, дегазация спутников, бортовая дегазация),
Общие годовые затраты (1997г.) на дегазацию 1,5 млн долларов (или 0,12 долл. на 1т угля).
ГИАБ
Доля затрат на дегазацию в себестоимости 1т угля - 0,7%.
На шахтах Карагандинского угольного бассейна работает 15 тепловых установок -утилизировано (с 1975 г.) 170 млн м3 газа и сэкономлено 330 тыс. т твердого топлива стоимостью 5,5 млн долларов.
Наибольшее распространение получили работающие на метане водогрейные котлы ДКВР-6,5/13, ДКВР-10/13, КВТС-10, КВТС-6, Братск.
Для утилизации используется газ с концентрацией не менее
25%. В зимний период, на ряде шахт концентрация падает ниже 25%. На шахте им. Ленина был найден выход из создавшейся ситуации - к подземной дегазационной системе подключались скважины ГРП, дебит метана из которых составлял около 100%. Суммарная газовая смесь общей концентрацией порядка 50% использовалась в течении трех зимних периодов для обогрева вентиляционного ствола На рис.3 представлена схема расположения скважин ГРП на поле шахты им. Ленина,
полигон УСШМД и МГГУ. 14 скважин ГРП, позволили извлечь за 7 лет на поверхность около 20 млн.м3 практически 100%-ого метана. На этом же рисунке показано расположение скважин №16-19. На них работы были проведены в 1998 г., где были отработаны новые технологии извлечения метана (кавитация, циклические пневмогидродинамиче-ские воздействия, электровоздействия и ряд других).
На основании изложенного можно сделать следующие выводы:
♦ В Карагандинском бассейне
доказано неоспоримое преимущество концентрации в одном специализированном предприятии
(УСШМД) всего комплекса работ по дегазации и утилизации шахтного газа метана, предупреждению и тушению подземных пожаров и по проведению других мероприятий, связанных с безопасностью деятельности шахт.
♦ Главный показатель деятельности управления - эффективность дегазации на уровне 47-49% (рис.4).
Финансирование в настоящее время осуществляется по договорам с шахтами. На первом начальном этапе организации наиболее целесообразно финансирование осуществлять централизованно (от объединения или министерства), что ранее практиковалось и в Караганде, где величина отчислений составляла около 1,5% от себестоимости угля.
В настоящее время дегазационные работы через скважины с поверхности развертываются в Воркуте на поле шахты «Комсомольская». Уже пробурено три скважины (рис. 5). Для проведение дегазационных работ создается аналогичная УСШМД структура на базе экспедиции «Печоруглеразведка» при участии Воркутинской нефтегазоразведочной партии. В настоящее время ведется подбор необходимого оборудования и техники для проведения активных воздействий на свиту угольных пластов. Необходимо отметить, что для создания такой структуры необходима централизованная поддержка.
Создать такое управление автономно, силами АО «Воркута-уголь» представляется трудноосуществимым. Таким образом, ключевой момент развития работ в Печорском угольном бассейне - создание централизованной структуры по извлечению и использованию угольного метана. Это немаловажный рабочий аспект по реализации программы «Метанобезопасность» в Печорском угольном бассейне. В противном случае программа «Метано-безопасность» превратится в набор самостоятельных научно-исследовательских работ без какого-либо практического выхода по обеспечению реального обеспечения безопасных условий труда шахтеров I на газовых шахтах России.
© Г.М. Презент, И.А. Швец, С.В. Сластунов
A.Е. Воробьев, д.т.н., проф., МГГУ,
B.В. Родионов,
ИМГРЭ,
С.П. Балашова,
ВИМС,
О.В. Зеркаль, к.г.-м.н., ФЭЦ Минприроды
ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ ПОИСКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СКОПЛЕНИЙ МЕТАНА В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ
Обеспечение требований безопасности и экономической эффективности разработки многих углеметановых месторождений обуславливает необходимость решения задачи предварительного определения и прогноза газоносности угольных пластов и вмещающих пород [1].
