CC BY
23
---------------------------------------- © К.С. Коликов, Ю.Н. Бобнев,
2004
УДК 622.765.061
К. С. Коликов, Ю.Н. Бобнев
ИЗВЛЕЧЕНИЕ И УТИЛИЗАЦИЯ ШАХТНОГО МЕТАНА КАК НЕОБХОДИМЫЙ ЭЛЕМЕНТ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Семинар № 5
Современное падение добычи угля в странах СНГ, связанное с изменениями экономических отношений и общим снижением производства, следует рассматривать как временный этап. Перспективы угольной отрасли связаны с достижением нагрузок на лаву более 8000-10000 т/сут, что позволяет применяемая техника и технология добычи. Однако в этом случае резко обостряются проблемы воспроизводства фронта очистных работ и безопасности, т.к. практически исчерпаны возможности вентиляции. Доля ограничения производительности очистного оборудования по газовому фактору в действующих лавах уже при нагрузках 1200-1500 т/сут достигает 13-15% и с ростом нагрузки соответственно возрастает. Затраты на дегазацию изменяются по бассейнам, достигая в Карагандинском и Печорском 8-10% себестоимости добычи угля. Снижаются темпы проведения подготовительных выработок, которые в ряде случаев (например, на выбросоопасных пластах) не превышают 20-40 м/мес, в то время как подвигание очистных забоев при нагрузке 8000 т/сут составляет в зависимости от горно-геологических условий 200300 м/мес.
В последние годы в Угольном Департаменте ОАО «Испат Кармет» взято направление на отработку рентабельных высокопроизводительных очистных забоев. При резком снижении количества одновременно работающих очистных забоев до 13-15, среднесуточная нагрузка на очистной забой повысилась до 20002500 т в сутки. Опыт работы шахты «Саранская» с нагрузкой на лаву до 8000 т в сутки доказывает перспективность принятого направления.
По существу шахты Угольного Департамента ОАО «Испат Кармет» переходят к более совершенному по уровню концентрации и интенсификации горных работ технологическому
процессу «шахта - лава», когда шахта может обеспечить требуемую добычу из одной лавы.
Обеспечение этой задачи возможно только на основе эффективной дегазации подготавливаемых к разработке угольных пластов и выемочных участков на уровне 75-85%. Уже при современных нагрузках необходимость обеспечения безопасной газовой обстановки приводит к применению одновременно 4-5 способов дегазации. С точки зрения организации и использования широкого спектра дегазационных мероприятий Карагандинский бассейн является одним из наиболее передовых.
При ведении горных работ на мощных пластах большую роль в газовом балансе очистного забоя играет метановыделение из выработанного пространства. Для его снижения в Карагандинском угольном бассейне широко применяется дегазация вертикальными скважинами с поверхности и из подземных горных выработок. Годовой объем бурения вертикальных дегазационных скважин для дегазации выработанного пространства действующих очистных забоев составлял до 130-150 скважин в год при суммарном дебите извлекаемого метана в 40-45 млн. м 3 в год. С помощью этого способа дегазации в Карагандинском угольном бассейне извлекалось до 30-35 % каптируемого метана. Следует отметить, что дегазация вертикальными скважинами с поверхности имеет весьма серьезный недостаток: в результате большой зоны дегазации их влияние на га-зовыделение в выработки значительно ниже. Кроме того, для них характерна высокая стоимость бурения и повышение аварийности скважин с увеличением глубины залегания пластов.
Достаточно широко применяется и предварительная пластовая дегазация. Однако, следует отметить, что если на глубинах ведения горных работ 250-300 м в Карагандинском угольном бассейне съем метана пластовой дегазаци-
ей достигал 5,2-5,7 м 3 на 1 т дегазируемых запасов угля при сроке дегазации в 6-12 месяцев, то с увеличением глубины ведения горных работ эффективность этого способа дегазации снизилась и в настоящее время, в частности на шахте им. В.И.Ленина, съем метана пластовой дегазацией по пласту Д6 не превышает 2,5-3,0 м 3 на 1 т дегазируемых запасов при сроке дегазации до 3 лет.
В условиях высокопроизводительных лав при большой скорости подвигания очистных забоев значительно сокращается возможность применения обычных схем предварительной дегазации из-за уменьшения интервала между окончанием подготовки выемочного столба и началом очистных работ, что сокращает период активной работы дегазационных скважин. Это относится и к текущим способам дегазации, обеспечивающим дегазацию разгруженного массива. Часто возникает разрыв между ведением очистных и дегазационных работ, что отрицательно сказывается на безопасности. В перспективе с ростом нагрузок эта диспропорция будет только усиливаться и приведет к значительному снижению безопасности горных работ.
На современных глубинах разработки газоносность угольных пластов составляет 25-30 м3/т, в ряде случаев большой вклад в формирование газового баланса вносят породы. При перспективном планировании дегазации добычных участков с нагрузками 8000-10000 т/сут следует ориентироваться на газообиль-ность участка на уровне 60-80 м3/т и лавы - 2030 м3/т. В этом случае абсолютная газообиль-ность участка может превысить 200-260 м3/мин, средствами вентиляции может быть удалено не более 38 м3/мин метана при сечении выработки 16 м2. Коэффициент дегазации разрабатываемого пласта должен превышать 50-60 %, а участка - 80-85 %.
В этих условиях основные возможности связаны с увеличением сечения и/или количества вентиляционных выработок, применением изолированного отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства, заблаговременной дегазационной подготовке угольных пластов.
Рассматривая последнюю возможность, следует отметить, что данные работы не только являются экономически окупающимися, особенно с учетом прироста добычи угля за счет снижения ограничения по газовому фактору, который достигает 20-50 %.
Из способов предварительной дегазации эффективность на уровне 70 % может обеспечить только комплексная дегазация с использованием пластовых скважин в зонах заблаговременного извлечения метана.
Современное состояние техники и технологии позволяет уже сейчас достаточно успешно решить вопросы использования метана. При этом одной из основных проблем в этом вопросе является слабая экономическая заинтересованность предприятий.
Анализ способов дегазации с точки зрения обеспечения необходимой эффективности, при извлечении кондиционной смеси, показывает, что наиболее перспективными являются те, которые предусматривают повышение проницаемости пласта:
• подземными скважинами на спутники, использующие эффект разгрузки;
• пластовыми скважинами в зонах гидродинамического воздействия;
• заблаговременное извлечение с использованием различных видов активного воздействия на угольный пласт.
В последнее время все большее внимание уделяется экологическим проблемам и, в частности, сокращению выбросов парниковых газов (ПГ), среди которых второе после углекислого газа занимает метан. Уже сейчас для стабилизации содержания парниковых газов необходимо сокращение выделения метана в атмосферу примерно на 15-20 %. Его прямой радиационный эффект в 11 раз выше по сравнению с углекислым газом. Кроме прямого участия в парниковом эффекте, метан способствует разрушению озонового слоя, т.к. в стратосфере реагирует с гидроксильными радикалами, которые являются основными компонентами, дезактивирующими многие соединения, в том числе фторхлоруглероды, разрушающие озоновый слой. По влиянию на потепление климата 1 т С02 эквивалентен 71,5 м3 метана. Среди антропогенных источников метана с точки зрения сокращения эмиссии в атмосферу наибольший интерес представляют компактно расположенные, концентрированные источники, т.е. нефтегазовые и угольные системы, на которые приходится порядка 30 % выделения.
Естественно, что на величину углеродного эквивалента влияние оказывает и способ утилизации метана. Даже при обычном сжигании
метана в факеле обеспечивается значительное снижение выбросов ПГ. Так 1 тонна С02 образуется при сжигании 512 м3 СН4, которые при выбросе в атмосферу эквивалентны 7,16 т С02. Следовательно, сжигание каждой 1000 м3 метана эквивалентно снижению выбросов С02 на 12 т, т.е. при сжигании в факеле 20 м3/мин метана ежегодное снижение выбросов составит 126 тыс. т С02.
При утилизации метана в котельной (в варианте перевода с угля на газ) выбросы С02 при той же тепловой мощности снизятся в 1,74 раза, т.е. при переводе одного котла ДКВР-10/13 абсолютные выбросы двуокиси углерода снизятся почти на 15 тыс. т. в год. С учетом ликвидации выброса метана эквивалентного
146 тыс. т С02, общее снижение выбросов составит более 160 тыс.т. Поэтому для работ предусматривающих использование метана, извлекаемого при разработке угольных месторождений большое значение имеет развитие рынка углеродных кредитов.
Опыт использования шахтного метана за рубежом, результаты научно-исследова-
тельских работ в нашей стране, а также динамика цен на природный газ и другие виды топлива показывают, что в ближайшем будущем следует ожидать увеличения объема использования и расширения направлений применения метана угольных месторождений.
___ Коротко об авторах ___________________________________
Коликов Константин Сергеевич — доктор технических наук, доцент, Бобнев Ю.Н — кандидат технических наук,
Московский государственный горный университет.
------------------------------------------ © В.Н. Клишин, В.Н. Власов,
Ю.С. Фокин, Д.И. Кокоулин,
Т.М. Тарасик, 2004
УДК 622.33:622.69
В.Н. Клишин, В.Н. Власов, Ю.С. Фокин,
Д.И. Кокоулин, Т.М. Тарасик
ПОДГОТОВКА МОЩНЫХ ВЫСОКОГАЗОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ДЛЯ СОВМЕСТНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ И МЕТАНА
Семинар № 5
ировые тенденции непрерывного роста энергопотребления, удваивающегося каждые 20 лет, на фоне истощающихся запасов нефти, природного газа, роста общих и удельных затрат на добычу минераль-
ных энергоносителей привел к необходимости разработки в России перспективной (на ближайшие 20 лет) государственной стратегии те-плоэнергопотребления в различных отраслях промышленности.
