CC BY
64
ЗЕМНАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ УГЛЯ :
■
С.Н. Лазаренко, П.В. Кравцов, -
ооо:
УДК 622.272:622.747.6
С.Н. Лазаренко, П.В. Кравцов
О ПЕРСПЕКТИВАХ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕЙ В КУЗБАССЕ
Р
азвитие горнодобывающей промышленности в XXI веке будет определяться целями и задачами развития страны, политической обстановкой, конъюнктурой минерального сырья, уровнем внедрения достижений НТП, горногеологическими условиями, социальной и экологической обстановкой.
Это в полной мере относится к угольной промышленности, потребность в углях и продуктах переработки углей которой как сейчас, так и в видимой перспективе сохраняется на высоком уровне. Исходя из этого основной задачей угольной промышленности остается удовлетворение ожидаемой потребности в энергетическом топливе и технологическом сырье в необходимых объемах и требуемого качества. В частности, Энергетическая стратегия России предусматривает необходимость поставки угольного топлива потребителям не в виде природного «горючего камня», а в виде угольной продукции, облагороженной до необходимых кондиций по золе, влаге, сере и др.
Несмотря на большие запасы кузнецких углей, объемы их добычи за годы реформ последних лет резко снизились. Кузбасские шахты характеризуются высокой степенью износа основных фондов из-за несвоевременной реконструкции и малого строительства новых предприятий. В этой связи, чтобы стабилизировать объемы добычи энергетического сырья, улучшить экономическое положе-
ние бассейна и решить вопросы экологического характера, необходимо использовать нетрадиционные наукоемкие технологии. Эта задача может быть решена на основе переработки углей методом подземной газификации углей (ПГУ). В обширном перечне наукоемких технологий, предлагаемых учеными для решения вышеуказанных задач, ПГУ выгодно отличается тем, что она была широко известна ранее и даже успешно применялась на практике, но по разным причинам не получила дальнейшего развития. Вполне очевидно, что данная технология обладает весьма значительным неиспользованным, нераскрытым потенциалом и поэтому необходимостью в условиях сегодняшней экономической ситуации является возрождение этой технологии на более высоком и экономически значимом уровне.
Институтом угля и углехимии Сибирского отделения РАН был выполнен технико-экономи-ческий анализ перспектив развития метода подземной газификации углей в Кузнецком бассейне. Этот анализ предусматривал рассмотрение данного вопроса в следующих аспектах: экономическом, экологическом, геологическом и технологическом. Результаты исследования показали, что в Кузбассе существуют весьма благоприятные перспективы для широкого развития этой нетрадиционной технологии разработки угольных месторождений. Следует отметить, что наиболее привлекательными именно для условий Кузбасса выглядят экологические достоинства техно-
логии ПГУ, и в частности, то обстоятельство, что посредством подземной газификации можно получать экологически чистое топливо - газ подземной газификации углей.
К началу XXI столетия экологическая ситуация в Кузнецком бассейне достигла высокой степени остроты. Характерные для горной промышленности процессы нарушения природного состояния земных недр и ландшафтов, прямое и опосредованное загрязнение атмосферы и гидросферы, воздействие на биосферу и прочие техногенные факторы, усугубляющие свое негативное влияние на окружающую среду Кузнецкого бассейна перманентно с ростом темпов эксплуатации угольных месторождений, привели экологическую обстановку в регионе к критическому состоянию. При этом весьма значительной по степени отрицательного воздействия на экологию является роль тепло-и электроэнергетических предприятий, использующих в качестве топлива уголь и выбрасывающих в окружающую среду десятки тысяч тонн продуктов его сгорания ежегодно. Сейчас в топливном балансе Кузбасса функционирует несколько видов энергоносителей. Основную долю потребности в энергетическом сырье покрывают кузнецкие угли, а также поступающий из тюменской области природный газ. Помимо этих источников энергетического сырья, в незначительных количествах используется мазут и местные коксовый и доменный газы. Очевидно, что топливный баланс Кузбасса нуждается в совершенствовании, под которым в данном случае понимается поиск альтернативы угольному топливу, т.е. замену его на газообразное.
Именно с помощью технологии ПГУ имеется реальная возможность изменения в топливном балансе Кузбасса соотношения твердого и газообразного топлив в пользу последнего. Такой вариант увеличения газообразной составляющей, как дополнительная поставка в Кузбасс тюменского природного газа, в обозримом будущем маловероятен. Еще один потенциальный источник получения газообразного топлива для Куз-
басса - это газ метан, извлекаемый из угольных пластов при шахтной выемке угля. Несмотря на большие его запасы, современными техническими средствами и методами только небольшая часть потенциального ресурса газа может быть извлечена системой дегазации пласта. Кроме того, непостоянство концентрации метана в получаемой метано-воздушной смеси препятствует широкому использованию данного способа.
Таким образом, можно сделать заключение о том, что рассмотренные выше варианты обеспечения энергетики Кемеровской области газообразным топливом в требуемых объемах хотя и выглядят внешне привлекательно, но в действительности выполнить поставленную задачу вряд ли смогут, по крайней мере в ближайшем будущем.
В этой связи следует отметить, что одним из достоинств технологии подземной газификации является именно стабильность - газ подземной газификации имеет практически неизменную теплотворную способность (хотя и значительно более низкую, чем метан), и при этом бесперебойное снабжение газом ПГУ потребителей может быть гарантировано на несколько десятилетий.
Аналитические исследования, проведенные ИУУ СО РАН, показывают, что задача обеспечения Кузбасса экологически чистым газообразным топливом представляется вполне разрешимой в случае широкого развития в Кузбассе подземной газификации угля. В данной ситуации ПГУ является, пожалуй, единственным способом получения энергетического (а также химического) газообразного сырья, который удовлетворял бы как требованиям охраны окружающей среды (при разработке угольных месторождений - с одной стороны, и как производитель экологически чистого топлива - с другой), так и сохранял бы экономическую привлекательность, имея себестоимость производства топлива ниже среднего уровня себестоимости добычи угля при открытой разработке. Имеют большое значение и социальные достоинства метода ПГУ, позволяю-
щего разрабатывать угольные месторождения без применения опасного для жизни и здоровья работающих подземного труда.
Наиболее рациональным является осуществление подземной газификации углей в форме участков-модулей, которые могут являться элементом структуры современных угледобывающих предприятий. Область применения участков-модулей ПГУ при шахте или разрезе - отработка районов шахтного поля со сложными для использования традиционных способов добычи горнотехническими условиями. Рекомендуемое направление использования газа - обеспечение производимой установленными на участке газотурбинными установками электроэнергией всех энергетических потребностей шахты. (Так, потребности в электроэнергии крупной шахты мощностью 4 млн. тонн угля в год обеспечивает участок ПГУ, производящий 270 млн. м3 газа в год).
Ниже приведены краткие характеристики нескольких участков и месторождений угля в Кузбассе, которые оценены как потенциально пригодные для разработки их методом ПГУ, и разработка которых посредством традиционных способов добычи (шахтного или открытого) экономически нерентабельна либо технически затруднительна.
1. Участки Низовские 1, 2, 3, 5 и Западный. Находятся в крайней северо-западной части Кемеровского геолого-эконо-мического района. На юге граничат с полем шахты Низовская. Запасы каменного угля подсчитаны до гор.-100 м (абс.) - 300 м от дневной поверхности, и составляют 171 млн. тонн. Средняя мощность пластов 1,3-2,0 м, марка угля - ОС. На основании технического расчета института «Кузбас-сгипрошахт», МУП СССР в 1985 г. приняло решение о нецелесообразности дальнейших разведочных работ в связи с нерентабельностью отработки запасов.
2. Поле шахты Низовская. Расположено в северной части Кемеровского района. Площадь шахтного поля 40 км2. Детальная разведка завершена в 1985 г., запасы
подсчитаны до гор. -300 м, и составляют 91 млн. тонн. Мощность пластов - 1,2-2,0 м, марка углей -К и ОС. Угленосная толща содержит 13 пластов. Согласно техникоэкономическому обоснованию, строительство шахты нерентабельно, в связи с чем ГКЗ СССР от переутверждения запасов воздержался.
3. Мусохрановское месторождение. Расположено в северозападной части Ленинского района, на площади 47,7 км2. Детальная разведка проведена в 1966 г., к освоению до настоящего времени не намечалось. Угленосная толща содержит до 50 пластов каменного угля. Угольные пласты сложного строения, не выдержаны по мощности, малосернисты. Количество запасов угля (по 34 принятым к подсчету пластам) - 467 млн. т. Средняя мощность пластов - 0,7-1,7 м, марка углей - Г и Ж.
4. Поле шахты Никитинская. Расположено в 15 км юго-западнее г. Ленинск-Кузнецкий. Доразведано в 1969-70 гг. В 1960 г. начато строительство гидрошахты, в 1966 г. на стадии завершения прекращено и до настоящего времени не возобновляется. Угленосная толща содержит 20 угольных пластов, 9 из которых отнесены к балансовым, и суммарные запасы их составляют 123 млн. т угля. Мощность пластов - 0,81,9 м, марка угля - Ж.
5. Участки Убинские 1, 2. Расположены в северо-западной части Беловского района Участки предварительно разведаны. В 1986 г. Кузбассгипрошахт выполнил ТЭО целесообразности детальной разведки участков. МУП СССР после рассмотрения ТЭО посчитал проведение разведочных работ преждевременным, строительство шахт на ближайшее будущее не планируется. Угленосная толща содержит 43 пласта. Из них к подсчету принято: на участке Убинском 1 - 17 пластов, общие запасы которых составляют 269 млн. т, и на участке Убинском 2 -15 пластов с общими запасами 85 млн. т. Средняя мощность пластов 0,7-1,5 м, марка углей - Ж.
6. Участок Бунгурский-Северный. Расположен в Бунгу-
ро-Чумышском районе, в 12 км на север от Новокузнецка. Первоначальная дата начала строительства шахты - 1977 г. Строительство не начато. В 1984-88 гг. проводилась доразведка, и в настоящее время строительство также не планируется. Угленосная толща содержит 17 подсчет-ных пластов марок К, ОС, Т, общие запасы которых составляют 336 млн. т. Мощность пластов в среднем колеблется в пределах
2,0-2,5 м, достигая местами 8,0 м.
7. Участки Кыргызаковский и Ключевский. Расположены за северной границей шахты Шушта-лепская, в 20 км от Новокузнецка; предварительно разведаны в 1953 г., детальная разведка в настоящее время не намечается. Имеются 10 пластов каменного угля, марки Т, с запасами: по участку Кыргызаковскому - 100 млн. т, по участку Ключевскому - 74 млн. т.
Средняя мощность пластов - 1,52,5 м.
Следует указать, что приведенный перечень участков, пригодных для отработки методом подземной газификации, представляет собой лишь часть запасов угля в Кузбассе, разведанных в разные годы, промышленное освоение которых посредством традиционных способов добычи на ближайшую перспективу не предусматривается.
Лазаренко С.Н. - доктор технических наук, Институт угля и углехимии Сибирского отделения РАН, г. Кемерово.
Кравцов П.В. - инженер, Институт угля и углехимии Сибирского отделения РАН,
