CC BY
43
------ф
^---------
----------------------------- © К.Н. Трубецкой, В.В. Гурьянов,
2006
УДК 622.411.33
К.Н. Трубецкой, В.В. Гурьянов
О ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПОДДЕРЖКЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УГОЛЬНОГО МЕТАНА В РОССИИ
Ученые и специалисты - угольщики особое внимание уделяют решению проблемы угольного метана, что вызвано необходимостью обеспечения метанобезопасности работ при подземной угледобыче и преодоления «газового барьера» на пути повышения эффективности производства.
Особенностью угольного метана является его способность скапливаться в пустотах выработок и выработанном прост-ранстве шахт, с чем и были связаны первые вспышки и взрывы рудничного газа. Например, в 1869 году в шахте «Бурга» (Саксония) произошел взрыв гремучего газа, при котором погибло 276 человек. В 1879 году на шахте «Аграпп» (Бельгия) произошел внезапный выброс угля и газа, приведший к взрыву газа, в результате которого погибло 124 человека. Этот выброс привлек внимание мировой инженерной и научной общественности и послужил толчком для начала фундаментальных исследований этих природных явлений. Систематическое, научное и практическое изучение проблемы борьбы с взрывами рудничных газов в шахтах началось в 1876 году с образованием в Париже специальной комиссии, аналогичная комиссия в России была создана в 1901 году [1].
Развитие фундаментальных и прикладных исследований по проблеме угольного метана и их государственная поддержка в нашей стране на протяжении первой половины XX
века неразрывно связаны с именем академика А.А. Скочин-ского, заложившего в 1905 году основы рудничной аэрогазодинамики. В связи с увеличением числа внезапных выбросов угля и газа в шахтах по инициативе А.А. Скочинского была создана Государственная комиссия по борьбе с внезапными выбросами, в состав которой вошли крупнейшие ученые и производственники. Позднее была создана аналогичная комиссия по борьбе с силикозом.
По мере развития подземной угледобычи и увеличения глубины горных работ расширялось и содержание проблемы угольного метана, в которую вошли задачи обеспечения ме-тано(газо)безопасности добычи угля; преодоления «газового» барьера; дегазации, каптации и утилизации шахтного метана; промышленной (промысловой) добычи угольного метана; снижения эмиссии шахтного метана в атмосферу земли. Парал-лельно с этим развивались научные исследования в этой области, получившие определенный импульс с началом опытно-промышленных работ по заблаговременной дегазации угольных месторождений (их участков) как в СССР, так и в ряде зарубежных стран, а затем и промышленной добычи угольного метана (в США, а в последние годы в Австралии, Канаде и Китае) [2]. В этой связи следует отметить определенную роль начавшейся в нашей стране около 10 лет назад научной дискуссии о направлениях решения проблемы угольного метана [3-9].
Развитие научных исследований и опытнопромышленных работ по проблеме извлечения метана из угольных место-рождений явилось основанием включения в 1994 году в число основных приоритетов в топливноэнергетическом комплексе России вопроса ускорения использования нетрадиционных энергоресурсов (в том числе шахтного метана). При этом Правительством была поставлена задача освоения в 2000-2005 годах технологии дегазации угольных пластов пробуренными с поверхности скважинами и использования извлекаемого газа в промышленном масштабе [10]. Данный факт можно также рассматривать как своеобразную государственную поддержку необходимости решения проблемы угольного метана в нашей стране.
В 1994 году в Научный совет по Государственной научнотехнической программе (ГНТП), «Недра России», курируемой Миннауки РФ, было представлено предложение ИПКОН РАН о необходимости государственной поддержки проводимых в нашей стране исследований по проблеме извлечения метана из высокогазоносных угольных пластов и включении этих работ в состав указанной программы. В 1995 году было принято решение о проведении конкурса проектов по этой проблеме, по итогам которого в 1996 году было сформировано 2 научнотехнических проекта, включенных в состав ГНТП «Недра России»:
- «Новые технологии извлечения метана из угленосной толщи на полях действующих шахт для промышленного ис-поль-зования и повышения безопасности горных работ» (головная организация - МГГУ);
- «Технологии заблаговременного извлечения (добычи) метана из угольных месторождений с применением специ-аль-ных методов воздействия на горный массив - «Углеме-тан» (головная организация - ИПКОН РАН).
Исследования, начатые в проекте «Углеметан» получили дальнейшее развитие в 2002-2004 годах в рамках нового проекта Минпромнауки РФ «Создание технологий извлечения нетрадиционных видов углеводородов (метан угольных пластов, газогидратные залежи и др.)». Результаты исследований и разработок, выполненных по указанным проектам, хорошо известны и достаточно подробно изложены в ряде вышеназванных работ [5, 6, 7, 9] и здесь нет необходимости их повторять.
Следует сказать несколько слов о разработке и выполнении отраслевой (Минтопэнерго России) программы «Мета-нобезопасность» [11, 12]. Министр топлива и энергетики России издал приказ №128 от 19.04.99 «Об организации работ по проблеме «Метанобезопасность», в котором предусматривалось финансирование за счет средств господдержки научно-техни-ческих разработок по извлечению и использованию метана на действующих и закрываемых шахтах России. В 1999 году была разработана и утверждена Программа науч-но-исследовательс-ких, опытно-конструкторских и строитель-
но-монтажных работ по проблеме «Метанобезопасность», согласованная с Госгортехнадзором России, однако централизованного финансирования обеспечено не было. И это притом, что у разработчиков программы, были готовы к реализации научные и проектные разработки. Попытки реанимировать эту программу руководством управления угольной промышленности «Росэнерго», при всем понимании серьезности ситуации, оставались лишь намерениями [12].
Серьезным недостатком проводившегося в России в 1997-2004 гг. комплекса исследований и разработок по извлечению угольного метана являлось практически полное отсутствие необходимых натурных (шахтных) наблюдений и экспериментов, а также опытно-промышленных работ, связанных с проведением испытаний разрабатываемых технико-технологических решений. Это связано, с одной стороны, с недооценкой значимости этих работ и нежеланием их финансирования руководством и собственниками угольных компаний, а с другой - отмеченное выше отношение бывшего Минтопэнерго России (ныне Росэнерго) к решению этой актуальной проблемы.
В конце прошедшего столетия во многих странах мира стали интенсивно развиваться работы по решению проблемы газобезопасности подземной угледобычи и промышленной до-быче угольного метана при серьезной поддержке правительственных и международных органов. Ярким подтверждением этому является участие ООН в финансировании ряда проектов по этим вопросам в некоторых угледобывающих странах, например, в Китае.
В августе 2003 года Правительством РФ была утверждена Энергетическая стратегия России на период до 2020 года, в которой, в частности, получили развитие вопросы, намечавшиеся еще в аналогичном документе 1994 года:
- разработка и внедрение новых эффективных экологически безопасных технологий использования нетрадиционных ресурсов углеводородного сырья, в т.ч. метана угольных месторождений;
- техническое обеспечение промышленной утилизации шахтного метана;
- разработка новых технологий и оборудования для эффективной дегазации угольных пластов;
- внедрение новых эффективных экологически безопасных технологий добычи, производства, преобразования, транспорта и комплексного использования топливноэнергетических ресурсов (ТЭР), к которым относится и угольный метан.
В целях реализации указанных задач в нашей стране в конце 2004 года принимаются 4 важных решения в этой области.
1. Ратификация Киотского протокола к Рамочной конвенции ООН об изменении климата - международного правового документа для решения задач стабилизации изменения климата за счет снижения антропогенных выбросов парниковых газов, в т.ч. и угольного метана.
2. Поддержка инициативы США по учреждению Международного партнерства по использованию нетрадиционных ресурсов метана (шахтный метан, метан полигонов твердых бытовых отходов, нефтяных и газовых систем).
3. Проведение Министерством природных ресурсов РФ конкурса и оформление Государственного контракта на выполнение проекта "Разработать методику и оценить ресурсы угольного метана".
4. Проведение Федеральным агентством по науке и инновациям (Роснаука) открытого конкурса и формирование Государственного контракта на выполнение комплексного проекта "Создание технологии извлечения и промышленного исполь-зо-вания метана угольных пластов".
Вряд ли стоит говорить о сущности и важности этих ре-ше-ний в деле реализации рассматриваемой проблемы, учитывая, что они получили определенный отклик в научнотехнических изданиях [13-15].
Особое место среди этих решений занимает формирование и выполнение комплексного проекта по созданию технологий извлечения и промышленного использования метана угольных пластов. Учитывая его важное значение, остановимся более подробно на сущности проекта и основном содержании намечаемых работ и мероприятий.
В документации на проведение открытых конкурсов на право заключения государственных контрактов на выполнение в 2005-2006 годах по заказу Роснауки комплексных проектов определено, что такой проект представляет собой совокупность взаимосвязанных общей генеральной целью отдельных проектов и мероприятий, в рамках приоритетного направления "Энергетика и энергосбережение" ФЦНТП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы. Этот проект предусматривает выполнение следующих работ и мероприятий:
1. Проведение поисковых исследований фазовых взаимодействий в системах «уголь-газ» и механизмов извлечения уголь-ного метана при применении комбинированных методов воздействия на углепородный массив.
2. Поисковые исследования десорбции метана из порового пространства углей при формировании трещин в поле механических напряжений и в процессе насыщения угля углекислым газом.
3. Поисковые исследования механизма распространения микро- и макротрещин в угле под давлением жидкости и газа.
4. Прикладные разработки комплекса эффективных технологий добычи метана из угольных пластов с помощью скважин, пробуренных с поверхности.
5. Разработка технологии и создание комплекса оборудования для извлечения и утилизации шахтного метана с по-лу-чением тепловой и электрической энергии.
6. Разработка технологии и создание оборудования для производства химических продуктов из метана, извлекаемого при дегазации угольных шахт.
7. Подготовка бизнес-плана проекта совместного осуществления по сокращению эмиссии шахтного метана с использованием механизмов Киотского протокола.
В результате реализации указанных работ должны быть раз-работаны технологии и технические средства для извлечения, использования и утилизации метана угольных пластов и шахтного метана, основанные на повышении газоотдачи угольных пластов, эффективной подготовке метановоздуш-
ных смесей и обогащении малоконцентрированного метана из вентиляционных струй, ориентированные на их применение как при заблаговременной дегазации угольных месторождений, так и на эксплуатируемых и закрытых угольных шахтах.
К мероприятиям, выполняемым в рамках рассматриваемого комплексного проекта, отнесены:
- создание центра коллективного пользования, включающего современные научные приборы и обеспечивающего возможность совместной работы как российских, так и зарубежных ученых, по исследованию проблемы извлечения и использования метана угольных пластов;
- обеспечение функционирования уникальных научных установок и стендов;
- организация учебно-научного центра, обеспечивающего интеграцию научной и образовательной деятельности и подготовку кадров по профилю проекта;
- привлечение к работам профильных учебных кафедр вузов (факультетов) горного, химического и энергетического профиля, а также развитие их приборной базы;
- привлечение к работам молодых специалистов, аспирантов и студентов профильных научных организаций и вузов.
Анализ основных положений по формированию рассматриваемого проекта, направлений намечаемых работ и мероприятий, а также требований к его результатам свидетельствует о попытке системного подхода к достижению поставленной цели и решению сформулированных задач, что следует считать важным позитивным фактором.
Вместе с тем следует отметить ряд негативных моментов в методических подходах и организации формирования и вы-пол-нения рассматриваемого комплексного проекта.
1. Этот проект, представляющий собой совокупность раз-личных проектов и мероприятий, направленных на достижение общей цели, по существу является комплексной программой, требующей предварительного (до объявления конкурса) обоснования включенных в нее направлений и тематики намечаемых исследований (разработок) и мероприятий по обеспечению их выполнения.
2. Данный проект состоит из весьма различных направ-ле-ний намечаемых исследований и разработок, которые в обобщенном виде можно сформулировать как обоснование и разработку:
- некоторых фундаментальных аспектов механизма десорбции и извлечения газа из угля;
- эффективных технологий извлечения (добычи) угольного (шахтного) метана;
- технологий промышленного использования шахтного метана в энергетике и химической промышленности;
- одного из вопросов сокращения эмиссии шахтного метана (подготовка бизнес-плана с использованием механизмов Киотского протокола).
Это крупные специфические части проблемы угольного метана, слабосвязанные по содержанию и методам исследования, что позволяет предположить об отсутствии в нашей стране организации, способной профессионально организовать их разработку.
3. Нельзя не отметить обширность и сложность требований к формированию заявок на конкурс, что с учетом представленного времени (чуть более 1 месяца) на подготовку заявки и неопределенности с распределением объемов финансирования по работам и мероприятиям, а также фактических сроков выполнения намеченных работ (1,5 года), не могло не сказаться на качестве сформированного Государственного заказа и его соответствии требованиям конкурса.
Учитывая, что проблема извлечения и промышленного использования метана угленосных отложений с учетом всех её аспектов, является весьма сложной и многоплановой, эту проблему невозможно решить даже в рамках крупного комплексного проекта, курируемого лишь одним правительственным органом. В этой связи считаем необходимым остановиться на ряде вопросов, которые, по нашему мнению, должны быть учтены при предполагаемом развитии исследований и разработок по указанной проблеме в последующие годы.
Прежде всего следует отметить, что реализация такой важной народнохозяйственной задачи как проблема угольно-
го метана может быть осуществлена на основе согласованного решения взаимосвязанных научных, техникотехнологических, организационно-методических, правовых и экономических вопросов, вытекающих из необходимости выполнения выше-названных решений Правительства Российской Федерации.
Анализ этого вопроса позволил предложить следующий перечень основных научно-технических направлений решения этой проблемы [4, 7, 9, 12-15]:
1. Уточнение геологических характеристик метаноугольных месторождений, их типизация и оценка заключенных в них ресурсов метана.
2. Изучение природного состояния системы «уголь - метан», механизма десорбции и выделения метана из угольного вещекства.
3. Развитие научных основ извлечения метана из угольных пластов с различными свойствами и горногеологическими условиями залегания.
4. Разработка и совершенствование способов и технологических схем дегазации метаноугольных месторождений в целях обеспечения газобезопасности горных работ и повышения эффективности угледобычи.
5. Разработка технологий промышленного извлечения угольного метана из недр в целях хозяйственного использования этого нетрадиционного вида энергоресурсов и минерального сырья.
6. Обоснование и разработка научно-методических основ и организационно-технических решений по снижению эмиссии метана в атмосферу Земли при освоении угленосных отложений.
7. Обоснование и разработка способов, технологических схем и технических средств обеспечения промышленного использования угольного (шахтного) метана.
Естественно, что эти направления могут и должны быть детализированы и конкретизированы.
Опыт США по развитию промышленной добычи метана угольных пластов подтверждает большое значение масштабов и организационно-технического уровня геологоразведоч-
ных Ра-бот на метаноугольных месторождениях, геологических и геофизических исследований перспективных участков и тестовых скважин, что было подтверждено при проведении этих работ в Кузбассе [16].
МПР РФ на 2005-2006 годы намечен большой комплекс работ по оценке ресурсов угольного метана в нашей стране [13, 17, 18]. Нет сомнения, что их выполнение будет способствовать освоению ресурсов этого нетрадиционного топлива. Однако этих работ недостаточно. Проведенные в последние 10 лет исследования по проблеме извлечения (добычи) метана угольных пластов позволили выявить ряд актуальных вопросов в этой области.
В частности, установлена необходимость расширения объемов геологоразведочных и геофизических работ на выявленных перспективных участках по промысловой добыче метана угольных пластов в Кузбассе, Печорском бассейне и Восточном Донбассе с проведением углубленных исследований геологических и коллекторских характеристик и физико-ме-ханических свойств углевмещающих толщ и слагающих их слоев пород, угольных пластов и пропластков. Результаты этих исследований необходимы для решения большого количества задач, таких как оценка способности угольных пластов к газоотдаче; определение перспективных видов техногенных воздействий на горный массив или пласт в целях стимулирования их газоотдачи; определение рационального порядка отбора газа из метаноугольного месторождения, выбор оптимальной системы разработки месторождения и ее параметров.
Проведенное ИПКОН РАН обобщение геологических данных о строении и характеристиках газоносных углевмещающих толщ и угольных пластов показало, что кроме газонасыщенных пластов угля - коллекторов метана в угленосных отложениях встречаются и другие, специфические коллектора. К таким коллекторам можно отнести флюидоактивные зоны в углевмещающих толщах, выявленные в Восточном Донбассе и Кузбассе, характеризующиеся повышенной метаноносно-стью и способностью к газоотдаче, в 3-5 раз превышающие эти характеристики типичных коллекторов угольного метана. Известны и другие виды так называемых «сладких точек»:
зоны пониженных напряжений и повышенной трещиноватости на отдельных участках угольных месторождений.
Изложенное свидетельствует о целесообразности выяв-ле-ния подобных участков угольных месторождений с благоприятными условиями извлечения метана, их всестороннего изучения и типизации.
В проведенном Роснаукой конкурсе по формированию и выполнению комплексного проекта «Создание технологий извлечения и промышленного использования ресурсов метана угольных пластов» большое внимание уделено проведению поисковых исследований процессов деструкции системы «уголь-метан», условий и механизма десорбции газа из угольного вещества и развития его трещиноватости, а также интенсификации газоотдачи угля на основе применения комбинированных техногенных воздействий на угольный пласт и замещения метана углекислым газом [13].
В этой связи следует отметить существенное замедление в последнее время фундаментальных исследований по вышеназванным вопросам, а также по изучению природного состояния и трансформации системы «уголь-газ-вода» при извлечении метана из угольных пластов, залегающих в различных горногеологических условиях, активно развивавшихся в ИПКОН РАН в 80-90 годах прошлого столетия.
В частности, не получили должного развития теоретические и экспериментальные исследования по установлению форм существования метана в угольном веществе (в свободном, адсорбированном и абсорбированном состоянии) и их пропорций в зависимости от геологических и петрографических характеристик угольных пластов, глубины залегания и ряда других факторов, оказывающих существенное влияние на степень газоотдачи пластов угля.
Выполненные в последние годы исследования позволили обосновать физические основы деструкции системы «уголь-метан» и влияния на неё влажности угля [14]. При этом было установлено, что выход свободного и связанного метана из угольного пласта приводит к усадке угольного вещества и угольного пласта в целом. Усадка угольного вещества является фактором, который существенно изменяет напряженное состояние угольного пласта. В принципе в угольном пласте
возможен самоподдерживающийся циклический процесс перераспределения напряжений, выхода метана из пласта и последующей его усадки, в результате которого область дегазации может непрерывно расти, что нередко наблюдается при натурных экспериментах.
Важнейшей задачей развития указанного направления исследований следует считать определение условий и параметров изменения горного давления в дегазируемом горном массиве для развития вышеназванного самоподдерживаю-щегося циклического процесса деструкции системы «уголь-метан» и эмиссии газа при дегазации угольных пластов.
Сегодня есть основания считать, что горные науки приблизились к установлению природы системы «уголь-метан», процессов десорбции и выделения газа из угольного вещества, что позволяет ставить задачу о разработке теории газо-отдачи метаноносных угольных пластов, обосновывающей условия протекания и механизм этого процесса.
Сдерживающим фактором в успешном решении данной задачи является отсутствие научно-обоснованной методики выбора перспективных способов стимулирования газоотдачи пластов и определения их параметров. Узловым принципом указанной методики должно являться обеспечение соответствия механизма действия применяемого (разрабатываемого) способа интенсификации газоотдачи угольного пласта и его параметров природным характеристикам, свойствам и другим условиям дегазации этого пласта как объекта техногенного воздействия. Без установления условий и закономерностей десорбции метана из угольного вещества, деструкции системы «уголь - газ - влага», механизма фильтрации газа в угольном пласте к дегазационной (добычной) скважине с учетом многообразия геологических и петрографических характеристик, свойств и условий залегания пластов невозможно решение основных задач проблемы угольного метана: нейтрализации газового фактора при подземной угледобыче, разработки технологий рентабельного промышленного извлечения метана из угольных месторождений и обеспечения требуемого уровня снижения выбросов
метана в атмосферу Земли при освоении газонасыщенных угленосных отложений.
К сожалению, при решении этих задач не уделяется должного внимания учету изменения геомеханического состояния углевмещающей толщи при извлечении из неё флюидов. Проведенные ИПКОН РАН совместно с ВНИМИ теоретические и лабораторные исследования геомеханиче-ского состояния горного массива при извлечении метана из угольных пластов подтвердили образование зон разгрузки и пригрузки в слагающих его слоях пород, существенно влияющих на их проницаемость. Установлено влияние на процесс формирования этих зон и их параметры горногеологических характеристик углевмещающей толщи, порядка отбора газа из угольных пластов, а также предварительной откачки воды. Результаты этих исследований позволяют говорить о целесоо6разности разработки способов повышения проницаемости угольных пластов и их газоотдачи на основе применения соответствующих методов управления геомеха-ническими процессами в углевмещающей толще при извлечении из нее флюидов, а также о необходимости и выявления негативных последствий извлечения флюидов из углевмещающей толщи и разработке мер по снижению их отрицательного влияния [14].
Выполненный комплекс работ следует рассматривать как первоначальный этап исследований изменения геомеханиче-ского состояния горного массива при извлечении метана угольных пластов. Необходимо дальнейшее развитие исследований по этому направлению. Прежде всего, следует провести комплекс натурных наблюдений и экспериментов по подтверждению установленных закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния углевмещающей толщи при извлечении газа из угольных пластов с учетом разнообразия горногеологических условий их залегания. Кроме того необходимо проведение исследований по определению влияния производственно-технических факторов (порядок отбора газа из толщи, вид применяемых скважин и их параметры, режим работы скважин и порядок ввода их в эксплуатацию и т.п.) на закономерности формирования зон разгрузки-пригрузки угольных пластов и их па-
раметры, а также влияния этих процессов на проницаемость угольных пластов и их газоотдачу. Анализ результатов этих исследований позволит разработать методику выбора оптимального порядка отбора метана из углевмещающей толщи, обеспечивающего необходимую степень разгрузки угольных пластов от горного давления и повышение их проницаемости, определяющих в конечном счете газоотдачу пластов и дебит добычных скважин.
Несколько слов о заблаговременной дегазации (добыче) метана из угольных месторождений, отрабатываемых открытым способом. Энергетической стратегией России на период до 2020 года предполагается увеличение добычи угля в Кузнецком бассейне к 2020 году до 170-180 млн т, при этом 7580 % указанного объема добычи будет осуществляться открытым способом. В настоящее время 13 угольных разрезов Кузбасса работают на глубине свыше 150 м, что ниже зоны газового выветривания. В перспективе до 2020 года большинство угольных разрезов Кузнецкого бассейна достигнет глубины 250 м, а ряд разрезов опустится на глубину 450-500 м, что может повлечь определенные негативные последствия, подтверждающиеся фактами выбросов метана из углей Экибастузских карьеров, достигших верхней границы зоны газового выветривания. Освоение угольными разрезами газонасыщенных угленосных отложений на указанных глубинах может быть сопряжено с появлением внезапных выбросов угля и газа, аналогичных происходящим при подземной разработке выбросоопасных угольных пластов. Это предположение основывается на данных о газоносности угольных месторождений Кузбасса и фактах газопроявлений (подчас весьма интенсивных) при геологоразведочных работах, а также имевших место случаях вспышек метана при взрывных работах на угольных разрезах Кузбасса. Не следует также забывать и о необходимости снижения выбросов метана в атмосферу земли.
В вышеназванном комплексном проекте по извлечению и промышленному использованию ресурсов угольного метана весьма своевременно предусмотрены меры по наращиванию научно-технического потенциала в данной области. В связи с произошедшими за последние 15 лет существенными изме-
нениями в состоянии прежде всего отраслевой науки, хроническом недофинансировании академических институтов и вузов резко уменьшилось количество научных работников и приток молодых специалистов, физически и морально устарела лабораторная база. Если 10 лет назад при развертывании исследований и разработок по проблеме извлечения угольного метана на
федеральном уровне привлекалось более 30 различных организаций, то в настоящее время их число и возможности проведения исследований и разработок сократились в несколько раз.
В этой связи следует отметить, что организаторы конкурса по выполнению вышеназванного комплексного проекта Роснауки, к сожалению, не воспользовались предоставленным им правом включать при формировании Государственного контракта в состав соисполнителей работ организации, имеющие соответствующий научный задел, опыт проведения исследований и необходимую лабораторную базу.
Опыт организации работ по реализации проекта «Угле-метан», общение со специалистами, учеными и производственниками показали, что освоение ресурсов метана угольных пластов является межотраслевой проблемой, и поэтому назрела необходимость в подготовке кадров для зарождающейся углеметановой подотрасли энергетики. Специалисты в этой области должны иметь углубленные знания по угольной геологии, способах разработки угольных, нефтяных и газовых месторождений, углехимии, тепло и электроэнергетике.
В рамках комплексного проекта намечена организация учебно-научного центра, обеспечивающего интеграцию научной и образовательной деятельности и подготовку кадров по профилю проекта. Очень нужное и важное мероприятие. Но, к сожалению, в конкурсной документации ничего не сказано об отводимой этому центру роли по координации намечаемых работ и мероприятий, его основных задачах, предполагаемой структуре и т.д.
Нам представляется, что этот орган должен осуществлять планирование и координацию проводимых научных исследований и разработок по проблеме промышленного извлечения и использования угольного (шахтного) метана и функционировать на долговременной основе [14].
По нашему мнению, одним из первоочередных мероприятий, которое следовало бы осуществить создаваемому учебно-научному центру, является обобщение исследований и разработок, проводимых в нашей стране по тематике проекта, а также обоснование и подготовка проекта программы исследований и разработок в этой области на 2007-2011 годы.
Существенным отличием проводимых в России исследований и разработок по дегазации шахт и извлечению (добыче) угольного метана от аналогичных работ, осуществляемых в зарубежных странах, являются большие трудности по организации проведения натурных экспериментов и опытной проверки технико-технологических решений, связанных с бурением и испытанием разведочных и технологических скважин. Так, в США при освоении ресурсов угольного метана только в бассейне Сан-Хуан было пробурено несколько тысяч скважин, в нашей стране - единицы. В этой стране также проводился большой комплекс многолетних опытных работ по ряду проектов, финансируемых Горным бюро [19].
В этой связи, видимо, следует вернуться к предложенной ИПКОН РАН идее создания специальных опытно-промышленных полигонов в Кузбассе и Печорском бассейне [4, 14]. К сожалению, удалось частично реализовать только предложение о создании полигона на Краснодонецком угольном месторождении в Восточном Донбассе.
В мировой практике инновационной деятельности принято всякий крупный исследовательский проект (направление НИОКР) завершать разработкой и осуществлением соответствующего демонстрационного проекта, показывающего эффективность и перспективы применения созданного новшества. Так, например, в подпрограмме «Технология более чистого и эффективного производства и потребления энергии» (в составе «Четвертой рамочной программы ЕС») состоящей из трех направлений, в т.ч. «Ископаемые виды топлива», было предусмотрено осуществление демонстрационных проектов по каждому из направлений.
Осуществление такого демонстрационного проекта на одном из рекомендуемых полигонов позволит показать воз-
можность и экономическую целесообразность заблаговременного извлечения (добычи) угольного метана, продемонстрировать работоспособность и сравнить эффективность различных технологий извлечения метана.
Следует также отметить, что в газовой промышленности существует порядок, устанавливающий, что первым этапом промышленного освоения газовых и газоконденсатных месторождений (в начальный период эксплуатации месторождения) является его опытно-промышленная эксплуатация (ОПЭ). Срок ОПЭ устанавливается в интервале 3-5 лет в зависимости от характеристик залежей, особенностей их строения, степени изученности. ОПЭ предназначена для получения информации
и уточнения необходимых исходных данных, используемых при обосновании проектных решений на период основной разработки объекта в целом [20].
Несколько слов о необходимости и направлениях экономического и правового стимулирования развития работ по освоению ресурсов метана угольных пластов в нашей стране. Опыт США, ЕЭС, Австралии, Китая, Индии и ряда других стран, активно развивающих работы по заблаговременной дегазации шахт и освоению ресурсов угольного метана, свидетельствует о многообразии и эффективности методов такого стимулирования и необходимости их разработки и применения в условиях России. В частности, в США в первые годы начала опытно-промышленных работ по заблаговременному извлечению угольного метана были разработаны и введены экономические стимулы (налоговые льготы) для обеспечения развития этих работ. Налоговые льготы на нетрадиционный газ, в т.ч. на угольный метан, введенные в 1980 году, а также законы, оставляющие за государством право владения шахтным (угольным) метаном, оказали существенное влияние на рост его добычи. Эти льготы действовали в течение 13 лет (по 1992 год включительно). Налоговые льготы представлялись в размере 90 центов за 28 м3 метана. Это значительная сумма, если учесть, что цена газа на устье скважины в среднем составляла 1,86 долл. США за 28 м3 метана. Освоение ресурсов угольного метана в этой стране началось в 1978 году, первоначально только в бассейне
Сан Хуан. Затем начали осваивать его ресурсы в бассейнах Блэк Ворриер (1980г.), Пайсиенс (1985г.) и Рейтон (1987г.). Промышленная добыча метана в этих бассейнах началась в 1989 году [21]. Эти меры способствовали доведению в 2004 году добычи угольного метана в США до 46 млрд. м3. В этой связи следует отметить возможность организации экономического стимулирования этих работ с использованием механизмов Киотского протокола, требующей также своего обоснования и разработки, как в экономическом, так и в правовом и организационно-технологическом плане. При этом, прежде всего, следует разработать методику осуществления многоуровневого мониторинга эмиссии метана из горного массива в атмосферу земли.
Опыт США и Германии по осуществлению государственного учета ресурсов угольного метана и повышению от-ветст-
венности предприятий за их рациональное освоение подтверждает необходимость разработки и введения в нашей стране соответствующих нормативных документов по правовому регулированию организации работ в области промышленного извлечения и использования ресурсов метана угольных пластов [12].
Анализ научных и организационно-методических аспектов проблемы угольного метана в нашей стране свидетельствует о невозможности её решения в рамках вышеназванного краткосрочного проекта Роснауки. Масштабность постановленной Правительством задачи по нейтрализации газового фактора при подземной угледобыче, каптации и утилизации шахтного метана и промышленному освоению ресурсов метана высокогазоносных угольных месторождений России требует адекватного подхода к ее выполнению. Накопленный опыт проведения исследований и разработок в этой области на федеральном уровне в 1997-2004 годах позволяет говорить о необходимости разработки долгосрочной комплексной государственной программы (или ее концепции), включающей взаимоувязанные геологические, научные, техникотехнологические, организационно-методические и правовые аспекты ее реализации, а также создания специального органа по управлению и контролю за ее выполнением, рабо-
тающим в тесном контакте с Научным советом по этой программе (по аналогии с Научным советом по ГНТП «Недра России», функционировавшем в 1994-2001 годах).
Анализ тематики работ, определенных государственным заказом на выполнение комплексного проекта «Создание технологии извлечения и промышленного использования метана угольных пластов» в 2005-2006 гг., позволяет говорить, что план намеченных исследований и разработок не полностью соответствует задачам, сформулированным в конкурсной документации Роснауки по этому проекту, а это значит, что их решение опять растянется на долгие годы. Нужны более решительные действия. При этом основные усилия и средства необходимо сосредоточить на разработке и практической реализации научно-технологических решений по заблаговременному извлечению (добыче) угольного метана. К решению этой задачи должны быть привлечены, кроме Министерства образования и науки РФ, также Министерство экономического развития и торговли РФ, Министерство промышленности и энергетики РФ и Министерство природных ресурсов РФ. Для оперативного решения возникающих принципиальных вопросов по обеспечению государственной поддержки реализации в России проблемы угольного метана было бы целесообразно создать (по аналогии с опытом, накопленным в угольной промышленности СССР) федеральную межведомственную комиссию по этой проблеме.
---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Эттингер И.Л. Необъятные запасы и непредсказуемые катастрофы. - М.: Наука, 1988. - С.11-24.
2. Карасевич А.М., Сторонский Н.М. От подземной газификации углей до добычи метана из угольных пластов. Труды VII Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности». - Кемерово: ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», 2005. - С.190-194.
3. Пучков Л.А. Реальность промысловой добычи метана из неразгруженных угольных пластов. - М.: Изд-во МГГУ, 1996. - 23с.
4. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В., Матвиенко Н.Г. К вопросу о промышленном освоении ресурсов угольного метана в России. -М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, МГГУ, 2000, №1. С. 138-141.
5. . Карасевич А.М., Хрюкин В.Т., Зимаков Б.М. и др. Кузнецкий бассейн - крупнейшая сырьевая база промысловой добычи метана из угольных пластов. - М.: Издательство Академии горных наук, 2001. - 64 с.
6. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Презент Г.М. Перспективы промышленного извлечения угольного метана. Горный информационноаналитический бюллетень, - М.: Изд-во МГГУ, 2002. - С.6-10.
7. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В. «Основные итоги реализации проекта «Углеметан» и направления развития научных исследований в России по обеспечению освоения ресурсов метана неразгруженных угольных пластов». Горный информационно-аналитический бюллетень, - М.: Изд-во МГГУ, №6, 2002. - С. 11-15.
8. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Презент Г.М., Баймухаметов С.К. Угольный метан - некоторые проблемы и направления их решения. -Уголь, №12, 2003. - С. 43-48.
9. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В., Бобин В.А. Освоение ресурсов метана из угольных месторождений: некоторые результаты и пути решения проблемы. - Г орный журнал, №4, 2005. - С. 89-93.
10. Новая энергетическая политика России. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - С. 15, 76, 83, 349.
11. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Баймухаметов С.К. Проблемы извлечения метана из угленосной толщи на полях действующих шахт для повышения безопасности горных работ. - Уголь, №11, 2001. - С.56-60.
12. Пучков Л.А., Сластунов С.В. Метанобезопасность - актуальная задача подземной угледобычи. Реальные пути решения основных проблем угольного метана. М.: МГГУ, Горный информационно-аналитический бюллетень. Тематическое приложение «Аэрология». -, 2005. - С.18-19.
13. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В. К вопросу о концепции освоения ресурсов метана высокогазоносных угольных пластов - Уголь, 2005, № 6. - С. 43-46.
14. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В. Научные и организационнометодические аспекты промышленного извлечения (добычи) метана угольных пластов. - Уголь, 2005, № 10. - С. 53-57.
15. Пучков Л.А., Сластунов С.В. Системный подход к решению проблемы угольного метана. Труды VII Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности». - Кемерово: ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», 2005. - С.8-15.
16. Золотых С.С., Карасевич А.М. Проблемы промысловой добычи метана в Кузнецком угольном бассейне. - М., изд-во «ИСПИН», 2002. -570с.
17. Карасев Г.К., Сластунов С.В., Гурьянов В.В., Труфанов В.Н. Оценка ресурсного потенциала угольного метана в России. Сб. «Современные проблемы развития и освоения угольной сырьевой базы России». Ростов-на-Дону, ВНИГРИуголь, 2005, С. 21-24.
18. Карасев Г.К, Дымна А.И. Методические рекомендации по количественной оценке ресурсного потенциала угольного метана. Сб. «Совре-
менные проблемы развития и освоения угольной сырьевой базы России». Ростов-на-Дону, ВНИГРИуголь, 2005, С. 148-150.
19. Велло А. Куускраа. Снижение эмиссии метана на угольных шахтах: бассейны Ворриэр и Кузнецкий. Сокращение эмиссии метана. Доклады II Международной конференции. ИУиУ СО РАН, Новосибирск, 2000. С. 451459.
20. Правила разработки газовых и газоконденсатных месторождений. ООО «ВНИИГАЗ», М., 2000. 83с.
21. Блэк Г.Т. (Информационное агентство по энергетике, США). «Промышленное извлечение метана из угольных пластов в США». Метан угольных шахт: прогноз, управление, использование. Препринт метанового центра, Кемерово, ИУиУ СО РАН, №1 (март), 1996. С. 11-21.
і— Коротко об авторах----------------------------------------------
Трубецкой Климент Николаевич - академик РАН, директор,
Гурьянов Владимир Васильевич - профессор, доктор технических наук,
Институт проблем комплексного освоения РАН.
-------ф
^-------
----------------------------- © Г.Я. Полевщиков, Т.А. Киряева,
2006
УДК 622.411.33:533.17
Г.Я. Полевщиков, Т.А. Киряева
ЭНЕРГИЯ РЕЛАКСАЦИИ СОРБЦИОННОЙ МЕТАНОЕМКОСТИ УГЛЕЙ
В промышленности разработан и широко применяется метод определения природной метаноносности пластов по метаноемкости угля при одновременном определении газового давления и температуры угольного пласта. Ме-таноемкость тесно связана с физической структурой угольного вещества: пористостью, влажностью, зольностью, петрографическим составом и выходом летучих веществ. Наиболее изучена связь метаноемкости с выходом летучих, которая широко используется в угольной промышленности при
