CC BY
45
зионном пламени при термоокислительном разложении природного или попутного газа, с высоким показателем дисперсности и низким показателем структурности).
В перспективе данная технология может быть распространена на метановоздушные смеси, извлекаемые при дегазации угольных пластов.
— Коротко об авторах
Коликов К.С., Мутушев М.А. - Московский государственный горный университет,
Шмидт М.В. - УД АО «Миттал Стил Темиртау».
© Б.В. Бокий, 2007
УДК 622.411.33.622.33 Б.В. Бокий
ОСНОВЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАНА
^рассмотрены основы промышленной технологии извлече-
-МГ ния и использования газа, которыми должна пользоваться угольная шахта при ее отработке.
Приведены фактические данные относительно извлечения метана на базе комплексной дегазации, применяемой на шахте им. А.Ф. Засядько. Разработаны эффективные технологии использования газовоздушной смеси различной концентрации и снижения выбросов в атмосферу газа метана.
Добыча угля на Украине связана с высоким уровнем сложности и низким уровнем безопасности, по сравнению с добычей других видов энергоресурсов, что обусловлено сложными горно-
геологическими условиями залегания угольных пластов и трудно прогнозируемыми горно-геологическими и газодинамическими условиями.
Метан - неотъемлемый спутник каменного угля, добыча которого в нашем государстве составляет сегодня около 80 млн.т в год, при этом в атмосферу выбрасывается почти 1,5 млрд.м3 метана, что составляет около 20 % всех выбросов парниковых газов в Украине. Общие запасы метана в угольных месторождениях Украины составляют 15 триллионов м3 [1], а на шахте им. А.Ф. Засядько -19 млрд.м3.
Важно отметить, что метан в определенных концентрациях образует с кислородом воздуха взрывоопасную смесь и его наличие является главным фактором и основной причиной взрывов в угольных шахтах с тяжелыми последствиями. Для борьбы с метаном на угольных шахтах предпринимаются специальные профилактические меры, наиболее эффективная из которых - дегазация.
На шахте им. А.Ф. Засядько, при участии ученых академических и отраслевых НИИ, разработана и в течение 3-х лет последовательно внедряется комплексная программа дегазации и использования метана, сокращения его выбросов в атмосферу.
Специалисты шахты изучили особенности строения угленосной толщи месторождения. На этой основе были установлены оптимальные параметры подземной дегазации, уточнены координаты и необходимая длина скважин, буримых как под землей, так и с поверхности. Исследования показали, что в процессе комплексной дегазации при годовой добыче 4,5-5 млн. т угля из шахты потребуется выдавать более 2-х млн. м3 газовоздушной смеси в сутки.
В 2002-2005 годах на шахте выполнен большой объем работ по реконструкции дегазационной системы, увеличения объема каптированного газа (рис. 1), повышения содержания в нем метана. Завершена только часть запланированных работ: построены две (из четырех) вакуум-насосных станций, осна-щенные пятнадцатью мощными насосами ВВН2-150, проложе-но более 30 км трубопроводов диаметром 530-630 мм, при-обретена импортная буровая техника и контрольно-измери-тельная аппаратура.
Длина бурильных подземных дегазационных скважин достигает 300 м при диаметре 150 мм, а скважин, с земной поверхности достигает 1,3 км при конечном диаметре 200 мм. Суточная добыча 12-15 тыс. т угля предопределила необходимость бурения 10-12 км
подземных скважин в месяц и 15 км поверхностных скважин в год [2]. Общие затраты на 1.10.2005 г. на реализацию проекта составили около 300 млн. грн.
В связи с увеличением добычи угля и расширением дегазации возрастает дебит метана, выходящего из шахты. При этом уменьшается количество его, выносимое вентиляционной струей, и увеличивается доля газа, извлекаемого средствами дегазации. Содержание метана в каптированном газе зависит от применяемой технологии дегазации. Скважины, пробуренные с поверхности, извлекают газ с содержанием метана 90-95 %, скважины, пробуренные из выработок - более 25-60 %; отводы газопровода, оставленного в выработанном пространстве, - до 30 % [3].
Дебит газа, выходящего из шахты и пригодного для утилизации, увеличится в 2007 году и достигнет 250 млн.м3 в год, поэтому первостепенной задачей является создание технологических схем использования шахтного газа.
Технология утилизации метана многовариантна [4]. Газ, получаемый из скважин, пробуренных с поверхности с целью дегазации подработанных массивов без дополнительного обогащения, используется в качестве горючего для автомобильного транспорта. Ежемесячно используется 150-200 тыс. м3 метана для заправки автомобилей. По мере увеличения объёмов газа, добываемого из поверхностных скважин, планируем приобрести еще 3 компрессорные станции и тогда ежегодно будет утилизировано до 10 млн. м3 метана.
Другая технология предусматривает использование в качестве топлива газовоздушную смесь. Эта смесь утилизируется в газопоршневых двигателях для выработки электроэнергии и тепла. В отличие от газотурбинных генераторов, газопоршневые двигатели не требуют применения компрессоров для подачи газа, имеют меньшие габариты и большую мобильность при сравнительно высоком КПД преобразования тепловой энергии метана в электрическую.
Подходящих газогенераторов отечественного производства нет. Шахтой отдан приоритет газопоршневым установкам австрийской фирмы Ш "1епЬасЬег". Эти модули работают при избыточном давлении газовой смеси на входе газового двигателя 200 мбар и концентрации метана >25 %. Программой предусмотрено приобре-
сти 22 таких генератора, которые вместе будут потреблять в год более 120 млн. м3 метана.
Актуальной проблемой энергосбережения при внедрении энергетических модулей на базе газопоршневых установок (ГПУ), перерабатывающих шахтный метан в электрическую энергию, является разработка технологии утилизации тепловой энергии связанная с изменяющимися сезонными и тепловыми нагрузками. Определено, что оптимальным является использование в качестве теплоносителя воды с температурным графиком 110/70 °С или 120/70 °С.
С учетом выработки тепла на ГПУ, устанавливаемых на Восточной, Яковлевской и Григорьевской промплощадках, суммарной мощностью 57,8 ГКал в час или 1375 м3 горячей воды в час, что полностью покрывает потребление тепловой энергии промплоща-док шахты, а излишки горячей воды будут отданы городским котельным. В летний период планируется с помощью абсорбционных машин вырабатывать холод для понижения температуры воздуха поступающего в шахту. Данная технология позволит обеспечить комфортные условия на глубинах свыше 1000 м.
Значительная часть газа, извлекаемая из шахты при дегазации выработанных пространств, содержит менее 50 % метана и в основном будет использована для выработки электроэнергии и оставшаяся часть не может быть использована без предварительного обогащения.
Фирмой ВССК Бпдтеегтд в США разработана технология обогащения газовой смеси (№1есЬ), основанная на последовательном удалении из нее кислорода, углекислого газа, воды и азота. В результате обогащения из газовой смеси извлекается метан с концентрацией 99 %. Очищенный и осушенный метан необходимо подавать в сеть трубопроводов природного газа для дальнейшего использования в бытовых и производственных нуждах. Получаемый в процессе переработки газа сжиженный азот используется для охлаждения шахтного воздуха и для инертизации выработанного пространства при обработке самовозгораемых пластов.
Без осуществления программы извлечения и использования газа выбросы метана в атмосферу составили бы около 300 млн. м3/год. Программой предусматривается использование шахтного метана до 250 млн. м3/год. После полной реализации программы 3,8 млн. т СО2 не будет выбрасываться в атмосферу (рис. 2). Программа высокоза-
тратна, но дополнительным источником ее финансирования могут служить деньги, полученные от реализации сертификатов сокращения выбросов в рамках проектов совместного осуществления, согласно Киотского протокола.
Опыт применения разработанной программы на шахте им. А.Ф. Засядько позволит разработать основы промышленных технологий извлечения и использования газа угольных месторождений. Они могут применяться для разработки подобных программ как для отдельных шахт с аналогичными условиями, (их сегодня насчитывается только в Украине около 20), так и для групп из нескольких шахт.
Снижение содержания метана в шахтной атмосфере позволит не только сократить до минимума потенциальную возможность взрывов метана и улучшить состояние техники безопасности и условия труда, но и, сняв ограничения по газовому фактору, повысить темпы проведения подготовительных выработок, нагрузку очистных забоев, увеличить объемы добычи угля.
За счет использования на технологические нужды получаемой электроэнергии и тепла, а также от реализации коммунальному хозяйству их излишков, а также тепла и газа, будет снижена общая себестоимость добычи угля, что повышает его конкурентоспособность на внутреннем и внешнем рынках.
В значительной степени снижается общая потребность народного хозяйства в электроэнергии, вырабатываемой тепловыми и атомными электростанциями, а это в свою очередь, уменьшит потребность в газе и повысит энергетическую безопасность.
В целом, работы, проводимые на шахте им. А.Ф. Засядько, являются началом не только нового направления повышения безопасности и улучшения условий труда горняков угольных шахт, но и важным направлением улучшения состояния экологии угольных регионов, а также принципиально новым источником получения относительно дешевого энергоносителя в виде получаемого попутно с добычей угля, газа метана.
---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Звягильский Е.Л., Булат А.Ф., Ефремов И.А., Бокий Б.В., Бунько Т.В., Ко-коулин И.Е. Проветривание и газовый режим шахты им. А.Ф. Засядько: состояние и пути совершенствования.- //Донецк-Днепропетровск. Украина. 2003.- 175 с.
2. Звягильский Е. Л., Бокий Б. В., Касимов О.И. Перспективы развития дегазации на шахте им. Засядько // Уголь Украины. 2003. №12. -С. 35-39.
3. Бокий Б.В., Касимов О.И. Проектирование и эффективное применение дегазации выработанных пространств. // Геотехническая механика. Днепропетровск. -2003. № 42. С. 9-18.
4. Звягильский Е. Л., Бокий Б. В Утилизация шахтного метана- путь решения проблемы выбросов метана в атмосферу.// Сборник научных докладов. Ч.1 Укр-НИМИ. 2005. С. 220-228.
— Коротко об авторах ----------------------------------
Бокий Б.В. - кандидат технических наук, заместитель генерального директора АП «шахта им. А.Ф. Засядько», г Донецк.
---------------------------------------- © Л.С. Кольцова. 2007
УДК 622.41 Л.С. Вольпова
ГЕОЛОГО-ГАЗОВАЯ ТИПИЗАЦИЯ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ ТЕНТЕКСКОЙ МУЛЬДЫ КАРАГАНДИНСКОГО БАССЕЙНА ПО УСЛОВИЯМ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ПОВЕРХНОСТИ
Основным фактором, определяющим газовыделение из угля, является объем фильтрационного пространства, т.е. нару-шенность угля, а в неразгруженном горном массиве первостепенное значение приобретает и напряженно-деформиро-ванное состояние массива [4].
Предлагаемая типизация проведена по комплексу этих факторов -напряженно-деформированному состоянию массива и нарушенности угля. Разное их сочетание определяет не только горно-геологические условия разработки угольных пластов, но и условия их дегазации с поверхности и позволяет давать дифференцированную оценку усло-
