(доклад на симпозиуме "Неделя горняка" (Россия, Московский государственный горный институт,
28 января - 1 февраля 2002 года)
А.В. Шестопалов (ИПКОН РАН,
Москва)
Настоящая статья посвящена вопросам добычи угольного метана через скважины, пробуренные с дневной поверхности. Это сейчас актуально, так как многие ученые не верят, что из неразгруженных угольных пластов возможна промысловая добыча метана, американские газовые компании (например, «Enron») считают «жуликами», а российские газовые компании осуждают за то, что те не подпускают (не приглашают, не прислушиваются к прорвавшимся самостоятельно) ученых-угольщиков к проекту «Метан Кузбасса». Последнее (то, что не подпускают) очень радует автора, который 20 лет уже в аппозиции общепринятому научному мнению в вопросах угольного метана и дает автору надежду еще при жизни получить подтверждение правильности своего подхода к раскрытию «ноу-хау» американской технологии, например [1-7], пусть при помощи компаний ОАО «Востокгазпром» (Россия) и «Shlumberge» (США).
Из электронных средств массовой информации (СМИ), например, известно следующее (в скобках приводятся дополнения и комментарии автора с пометкой перед текстом «Sh:»).
03.08.1999 [8, 9]. РАО «Газпром» совместно с властями Кемеровской области и предприятием «Метан Кузбасса» решило начать производство газа (угольного метана) в Кузбассе. Новая компания получит название «Кузбассгазпром». Соответствующие их службы (специалисты) придерживаются мнения, что «в угольных пластах газ заключен, как в губке и чтобы извлечь его, нужно закачивать под землю воду или воздух». (Sh: Так как все будут делать американцы, то это и другие возможные ошибочные мнения российских специалистов-газовщиков, в том числе и о формах содержания метана в угле, не опасны для проекта). По оценкам этих специалистов, потенциальные запасы этого «природного» газа (угольного метана) в Кемеровской области составляют 13 трлн. м3, что вполне сравнимо с запасами крупнейших газовых месторождений Ямала и Надыма, главных кладовых «Газпрома» (Sh: В действительности метана должно быть на порядок больше, так как расчеты велись по природной газоносности, удастся ли извлечь столько - это отдельный вопрос и зависит он от «агрессивности» технологии, т.е. размеров каверн и др.)
10.05.2001 [10]. Игнорируя иркутский газовый проект, китайцы заигрывают с «Газпромом» на Алтае ... (Sh: Ответ на вопрос «почему Востокгазпром решил добывать угольный метан?» - возможность продавать и, следовательно, деньги).
06.02.2002 [11]. Правление ОАО «Газпром» утвердило технико-экономическое обоснование (ТЭО) и объемы финансирования на 2002-2003 гг. проекта «Метан Кузбасса». ТЭО разработано компанией «Промгаз». Планируется, что в 2002 году будут пробурены три куста экспериментальных скважин на Талдинской и Нарыкско-Осташкинской площадях (Ерунаковский угольный район, Восточный Кузбасс). Для бурения скважин будет использоваться оборудование и технология американской компании «Shlumberge». Стоимость работ на 2002 год оценивается в 12 млн. долл. (США), на 2003 год - в 22 млн. долл. Через 10-15 лет в Кузбассе в рамках реализации этого проекта предполагается добывать 3-5 млрд. м3 метана в год. Общая стоимость проекта «Метан Кузбасса» оценивается более чем в 500 млн. долл. Недавно неподалеку от Междуреченска началось бурение первой пилотной геологопромысловой скважины. Томь-Усинский углегазовый район, наряду с Ерунаковским, специалисты считают одним из самых перспективных.
О том, что в это время делают ученые-угольщики, СМИ молчат. Автору достоверно известно стало только следующее и то только потому, что он работает в Институте проблем комплексного освоения недр (ИПКОН РАН).
12.04.2001 [12]. В отчетном докладе директора ИПКОН РАН (г.Москва) академика Трубецкого К.Н. было озвучено «важнейшее достижение» института в 2000 году. Автором важнейшего достижения за отчетный год является Айруни А.Т. со следующей формулировкой. «Завершен цикл фундаментальных исследований по созданию основ и методов решения проблем метана угольных пластов. Установлены природа и закономерности связи метана с угольным веществом, зависимости генерации и локализации метана в угленосных отложениях от геолого-генетических и тектонофизических условий, обоснованы перспективы и методы эффективной попутной и промысловой добычи угольного метана. Результаты имеют определяющее значение для становления и развития новой отрасли топливно-энергетического комплекса - добычи природного газа из угленосных месторождений».
Кто читал его монографии, например [13], тот знает, что исследования, выполненные под его научным руководством, основаны на устаревших представлениях об угольных пластах на больших глубинах (ниже зоны газового выветривания). Автор имел возможность наблюдать за этими исследованиями последние 20 лет, работая с Айруни А.Т. в одной лаборатории. Он не пытается опровергать новые представления о том, что угольные пласты имеют нулевую природную газопроницаемость в режиме фильтрации, доказанные, например, в работе [14] и ничем не обосновывает свои ошибочные. Он использует современный термин «генерация» метана, но без привязки к скорости протекания этого процесса. Термодинамическое разложение ГУГРа (твердого углегазового раствора), в его терминах «генерация» метана - это очень медленный процесс. Это, во-первых. А во-вторых, на больших глубинах, до появления горной выработки (образования поверхности обнажения), угольный пласт - монолит. ТУГР, о котором он пишет - это молекулярный твердый раствор, т.е. молекула метана существует не по частям, а в целом виде. Следовательно, молекула метана занимает пространство размером с молекулу метана. Если даже представить, что уголь это сплошные молекулярные поры, то нужно помнить, что стенки этих пор не проницаемы в режиме фильтрации. Природных трещин на больших глубинах нет, а техногенные трещины могут собрать столько метана, сколько молекулярных пор они вскроют за время существования горной выработки. А это бесконечно мало по сравнению с наблюдаемыми дебитами. Таких количеств метана явно не достаточно, чтобы этими представлениями оперировать при обсуждении промысловой добычи угольного метана. А в первом случае, явно не достаточно скорости (темпа) генерации метана.Айруни А.Т. ученик академика Скочинского А.А. (со слов самого Айруни А.Т.), признанный лидер в области угольного метана (со слов Трубецкого К.Н.). Автор согласен, что «лидер», но традиционных общепринятых представлений старой школы, а новой в России нет. Все, кто мог бы ее составить, ушли в связи с известными событиями (в банки, на таможню, …, в торговлю и т.п.). Автор далек от мысли, что в ОАО «Востокгазпром» осознают несостоятельность существующей школы и поэтому не интересуются знаниями ученых-угольщиков, или вообще там понимают что-нибудь в вопросах угольного метана. Но ситуация складывается благоприятно – ученых-угольщиков к реализации проекта «Метан Кузбасса» пока не допускают. И поэтому «дело может сдвинуться с мертвой точки». То, что заказчиков работ в Кузбассе не интересует мнение угольщиков, наверное, может подтвердить Сластунов С.В. (МГГУ, г.Москва), так как он говорил об этом в своем докладе на предыдущей и настоящей «Неделе горняка».И не только Сластунов С.В. и не только специалисты по угольному метану. Например, специалисты по СГД (скважинной гидродобыче) а, в частности, участник настоящего симпозиума Бабичев Н.И. (ЗАО НПЦ «Геотехнология», г.Москва). Из доклада которого стало известно, что ОАО «Востокгазпром» отказался от услуг ЗАО НПЦ «Геотехнология», т.е. даже от услуг отечественного специализированного предприятия, имеющего опыт производства таких работ в бассейне Сан-Хуан (США, штат Нью-Мексико). Для автора стало открытием, что еще в 1993г. в НПЦ «Геотехнология» обращалась фирма «Ресурс-Девелопмент» (США) по вопросу создания подземных полостей вокруг скважин в угольном пласте метровой мощности на глубине 1000м. И что удивительно, если автор правильно понял докладчика, при помощи российского оборудования (каких-то гидроэлеваторов и мониторов собственной конструкции НПЦ). Заказанные американцами работы были выполнены в течение года на 5 скважинах, выведенных из добычи из-за падения дебита. В результате проведенных работ дебит скважин возрос в 4-6 раз, по сравнению с первоначальным. Возникает вопрос - кто научил американцев добывать метан из угольных пластов? Канадцы или, может, россияне? Похоже, к проекту «Метан Кузбасса» вообще никого не подпускают (не только угольщиков), и это правильно. ОАО «Востокгазпром» платит деньги, а американцы придут, сделают. Сделают так, как они сделали у себя в угольном бассейне Сан-Хуан и других угольных бассейнах. То есть – с тем же «разбросом» в дебитах (процентным соотношением) работающих и не работающих скважин, о котором говорил, критикуя проект «Метан Кузбасса», в своем пленарном докладе на настоящем симпозиуме член-корреспондент Пучков Л.А. (МГГУ). Но те скважины, которые окажутся эффективными, «снимут по десять природных газоносностей», о чем говорил, как признаке чисто газового месторождения, в своем докладе на настоящем симпозиуме Сластунов С.В., и окупят с лихвой все затраты. А возможно и не окупят, так как в России будут не те масштабы объемов работ по бурению, что в Сан-Хуане. Но если даже хоть одна скважина даст аномально большие значения дебита, автор будет праздновать очередную победу своей интерпретации механизма «газовыделения из неразгруженных (газонепроницаемых) угольных пластов» [1-7]. Вообще, таких подтверждений существует уже столько, сколько в мире было зарегестрировано случаев аномальных скважин. Столько, случайно открытых, чисто газовых месторождений в разных угольных бассейнах, как бы быть не может. Но для Пучкова Л.А и др. – это не аргумент. Они предпочитают считать сколько скважин было с низким дебитом, т.е. таких как у МГГУ все. То, что эффективные скважины не вскрывают газовые месторождения угольного метана, а эффективность зависит от параметров технологии, автору ясно и сегодня без работ в Кузбассе, но научная общественность этот факт не желает замечать. Автор считает, что если есть аномалия, которая не может быть объяснена в рамках традиционных представлений, то эти представления нужно похоронить. Возможно, не пришло то время … .
Раздражает информационный вакуум вокруг технологии США (русский вариант названия «кавернообразования», «НГРП в режиме кавитации» и т.п.) в их американском понимании или хотя бы в их интерпретации предоставляемой российским специалистам (очевидцам). Автор просит всех кто видел технологию в работе или располагает информацией, в т.ч. подаренной (исклюзивной как, например, у одного ученого из ИПКОН РАН, пожелавшего остаться неизвестным, смотреть, читать пожалуйста, а копировать и ссылаться нельзя), о технологии «кавитации» (США, по другим источникам Канады), опубликовать свои рассказы. Вопрос, было направленное гидрорасчленение пластов (НГРП) у американцев или не было, остается открытым. Зачем НГРП, т.е. воздействие из скважины в массив, когда «cevety» по-американски, а по-русски «полость», работает наоборот. Вызывает воздействие из пласта (массива) в скважину. Трещины от НГРП, регистрируемые горными работами и описанные в научных трудах МГГУ, не могут являться прямым результатом действия рабочей жидкости на пласт. Если бы НГРП раскрывало природные трещины, как об этом говорят и пишут коллеги из МГГУ, тогда бы они (трещины) были бы не только вертикальными простирающимися от кровли к почве по нормали к напластованию, а какими угодно. Автор считает, что горными работами регистрируются техногенные трещины саморазрушения, образующиеся вокруг скважины при ее бурении, в которые, затем уже, при НГРП попадает рабочая жидкость, нагнетаемая с песком и т.п. как бы для того, чтобы трещины НГРП не схлопывались. Какие есть основания считать, что трещины без песка хуже фильтруют (пропускают) газ, чем с песком? Зачем американцам увлажнять пласт и тем самым ухудшать его способность к хрупкому саморазрушению (использовать эффект Ребиндера)? Ведь они же полость создают специально для того, чтобы активизировать хрупкое саморазрушение в окрестности поверхности обнажения! Больше ни для чего полость не нужна. Или американцы дурачат наши ученые делегации? Показывают оборудование для гидровымыва полостей, а называют его оборудованием для гидрорасчленения. Или вообще, технологию создания полостей они своровали у Бабичева Н.И. и теперь упорно почти 10 лет скрывают факт ее использования? Уважаемые коллеги, прошу поделиться информацией. Если обсуждаемые вопросы не для открытой печати, прошу мне написать по адресу sinergo@mail.ru.
Парадокс «газовыделение из газонепроницаемого», содержащийся в названии настоящей статьи - это не опечатка. Традиционные представления о том, что ископаемые угольные пласты газопроницаемы, справедливо только для небольших глубин разработки. Эти глубины можно приблизительно ограничить зоной газового выветривания. «Приблизительно» потому, что между «малыми» и «большими» глубинами существует переходная зона и граница зоны газового выветривания не есть прямая линия. Зона газового выветривания образовалась благодаря наличию дневной поверхности, которая, подобно поверхности обнажения в горной выработке, порождает процесс разупрочнения в виде тектонических геологических разломов (рис. 1). Ниже (глубже) этой зоны, горные породы и угольные пласты находятся в объемном напряженно-деформированном состоянии и должны представлять собой монолит. Из-за отсутствия поверхности обнажения, объемно сжатому горному массиву просто некуда деформироваться и предполагать, что в нем есть природные трещины, нет никаких оснований. Однако, из опыта ведения горных работ известно, что трещины существуют как на малых, так и на больших глубинах и рудничные газы выделяются в горные выработки не только ниже зоны газового выветривания, но и в переходной зоне между малыми и большими глубинами и даже на глубине погреба и просто из земли на дневной поверхности.
Рис.1
Режим диффузии не может обеспечить фактически наблюдаемые количества, например, метана, что в шахте видно «невооруженным глазом». Механизм выделения газообразного метана может быть только один - из газонепроницаемых стенок трещины саморазрушения, затем через эти трещины, притом соединенные между собой и выработкой. Образование техногенных трещин саморазрушения вызывается (наводится) поверхностью обнажения, образованной человеком. Поэтому они «техногенные», а «саморазрушения» потому, что вектор деформации, их вызывающей («рождающей»), направлен из массива в выработку. Просьба не путать с «техногенными» трещинами, например, от исполнительного органа выемочного комбайна, где вектор направлен в противоположную сторону. Просьба также не путать с медленно растущими трещинами «саморазрушения», образующимися путем раскрытия природных трещин на малых и средних глубинах. Механизм (геометрия, ориентация относительно друг дружки, очередность прорастания) техногенных трещин, указанного типа, фрактально подобен известному механизму оседания мульды сдвижения над выработанным пространством. Полной геометрической аналогии нет, во время роста, и есть, после его прекращения. Поэтому используется понятие фрактала (подобия в некотором роде). Отличия сравниваемых механизмов наблюдается только в самом порядке (последовательности) самообразования (самоорганизации) из-за того, что очередность прорастания секущих трещин и трещин расслоения обратная известной в геомеханике для малых глубин. В связи с этим, следует различать медленно и быстро текущие процессы трещинообразования. Известные в геомеханике трещины - это медленно растущие, которые могут подрастать или раскрываться. Быстро растущие, т.е. техногенные трещины, наблюдаемые ниже зоны газового выветривания (см. рис. 1), ничего подобного делать не могут, растут только со скоростью звука и на всю длину сразу. Эта длина называется шагом разупрочнения. Обсуждение этих трещин не возможно без привлечения представлений о скачкообразности из теории бифуркаций.
Ниже (глубже) зоны газового выветривания, т.е. там, где «зарождается» газовыделение, о медленных техногенных трещинах саморазрушения нужно забыть. Их роль в газовыделении из газонепроницаемого угля ничтожно мала. Автор не застал то время, когда формировалась иллюзия о газовой проницаемости «высокогазоносных» и «особовыбросоопасных» угольных пластов и ему также трудно представить угольный пласт газопроницаемым как, наверно, и его коллегам, более старшего возраста, обратное. Многолетние шахтные эксперименты, проведенные автором на выбросоопасных угольных пластах и в основном на участках, где не проводились никакие противовыбросные мероприятия, не дали ни одного повода для предположений, что в ископаемом угольном пласте содержался газ метан до ведения горных работ. Всегда отсутствовала сама возможность исследовать ископаемый уголь, так как он находился всегда где-то в глубине массива за так называемой «безопасной зоной выемки». Все известные методики измерения, например, газового давления, скорости газовыделения, поверхностной прочности, каких либо деформаций и т.п. приводили к растрескиванию краевой части массива (забоя и боковых стенок выработки или скважины или шпура). Свойства (газодинамические, физикомеханические и др.) разупрочненной краевой части не могут быть приписаны ископаемому углю, который находится где-то там впереди груди забоя или боковой стенки выработки. Те исследователи, которые так не думают, как показывает опыт общения автора, не имеют никаких шансов на понимание механизма газовыделения из газонепроницаемого угольного пласта, предложенного автором более 20-ти лет назад [1-7] и опубликованного впоследствии им более 60-ти раз. За все это время автору не удалось обнаружить ни одного отклика на свои публикации. Автор, для себя, объясняет это тем, что по упоминавшимся выше причинам в России не сформировалась новая школа, а ученики академика Скочинского А.А. не желают переучиваться. А комиссара нет, который бы после очередного взрыва метана на шахте спросил каждого ученого, занимающегося угольным метаном: «Что ты сделал для того, чтобы товарищ (господин) такой-то … не погиб?». Некоторым это просто не нужно. Например, газовая компания «Востокгазпром» просто платит деньги американской специализированной компании и та будет добывать угольный метан в Кузбассе. Некоторым это не выгодно, возможно, из соображений приоритета. Например, МГГУ, который всегда «говорил», что диаметр скважины не влияет на газовыделение из нее (пусть это будет хоть диаметр шахтного ствола), вымывает полости вокруг скважины в Карагандинском угольном бассейне совместно с Управлением «Спецшахтомонтаждегазация» (СШМД, УД ОАО «ИСПАТ-КАРМЕТ», Казахстан), т.е. увеличивает диаметр скважин, и патентует способы образования полостей при помощи спонтанного выброса угля и газа. Украинские коллеги метан угольных месторождений называют сокращенно МУМ идут тем же путем, что и МГГУ. Например, Институт геотехнической механики Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ, г.Днепропетровск) патентует способ, направленный на провоцирование и поддержание газодинамического саморазрушения с формированием коллекторной зоны, и публикует свой метод гидродинамического воздействия (ГДВ), разработанный ими ранее для подземных горных выработок, под заглавием «Способ добычи метана из угольных пластов» [15], т.е. как будто скважина бурилась ими с поверхности. В предлагаемом украинскими коллегами способе для удаления (перемещения) разупрочненного угля применяется вода. С ее помощью сначала создают давление на краевую часть угольного пласта, а затем резко сбрасывают давление и пытаются спровоцировать выброс угля и газа. Растущие трещины формируют приращение коллектора (резервуара) газа. Но эти трещины не достигают фундаментальной длины и выброса не получается. Для конкретной скважины акция носит одноразовый характер (5-10 циклов), а затем становится неэффективной. Выделившиеся в скважину дополнительные количества газа дают основания разработчикам для заявлений, что разработан способ добычи метана угольных пластов.
В соответствии с механизмом [1-7], с каждым повторением цикла ГДВ начальные условия должны ухудшаться. После первого же цикла они должны уже стать безнадежными, если не вымывать (удалять) продукты разупрочнения. Увлажнение пласта способствует уменьшению шага скачкообразного роста трещины. Образовавшаяся после первого цикла зона разупрочнения мешает воздействовать на ненарушенный массив, т.е. вызывать реакцию именно у той части массива, который способен к выбросу угля и газа. Решение возникающей проблемы путем создания сетки скважин, только увеличивает трудозатраты на обслуживание способа. Целью украинских ученых является получить метан, а не образовать полость, следовательно, механизм автора [1-7] не используется. Лучшие условия для ГДВ, по мнению автора, - это вскрытие угольного пласта под давлением (чтобы не допустить образование зоны разупрочнения) и иметь дело с ископаемым угольным веществом, т.е. выбрососпособным. Анализируемая технология есть не лучшая модификация технологии кавернообразования США в части изготовления каверны, но в целом, по совокупности признаков - это наиболее близкий ее аналог из известных нам технологий добычи МУМ. Благодаря тому, что жидкость не нагнетается в пласт, а используется для инициирования реакции пласта (воздействие не из скважины на массив, а в скважину) - это несравнимо более близкий аналог, чем способ НГРП МГГУ - основной (по мнению Пучкова Л.А, Сластунова С.В. и др. представителей МГГУ) претендент на авторские права на, так называемую, технологию «кавернообразования» на территории России и бывших республик СССР.
Таким образом, по мнению автора (единственному, другой источник этого же мнения автору не известен), технология «кавернообразования» США представляет собой аналог широко известных в бывшем СССР способов дегазации угольных пластов из подземных выработок, основанных на образовании полости вокруг скважины, например, путем повторного перебуривания, гидровымыва или гидрорезания угольных пластов, отличающаяся тем, что скважина бурится с дневной поверхности. На глубинах выше зоны газового выветривания метан при ведении горных работ не образуется, а попадает туда из ниже расположенных выработок. На глубинах ниже зоны газового выветривания, метана и газовой проницаемости в угольных пластах нет. Метан и газовая проницаемость появляются одновременно и только в краевой части угольного массива, т.е. только при образовании поверхности обнажения и только при определенных достаточных ее размерах. Явление это не имеет аналогов на дневной поверхности и описано только в публикациях автора.
Литература
1. Шестопалов А.В. Исследование механизма газодинамических и деформационных процессов в краевой части разрабатываемого угольного пласта. - Сб. Физико-технические и технологические проблемы разработки и обогащения твердых полезных ископаемых. - М.: ИПКОН АН СССР, 1982. - с.39-44.
2. Шестопалов А.В., Ставровский В.А. Динамика газоотдачи разрабатываемого угольного пласта при его искусственной дегазации. - Сб. Прогноз и предотвращение газопроявлений при подземной разработке полезных ископаемых. - М.: ИПКОН АН СССР, 1982. - с.142-157.
3. Шестопалов А.В. Концепция геотехнологии промысловой добычи метана и угля исключительно за счет энергии природных сил. - Горный информационно-аналитический бюллетень, 1999, N 2. - с.154-159.
4. Шестопалов А.В. О технологии промысловой добычи метана из угольных пластов. - Сб. Проблемы аэрологии горнодобывающих предприятий. / Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины N 5. - г.Днепропетровск: РИК НГА Украины, 1999. - с.18-21.
5. Шестопалов А.В. Решение проблемы борьбы с динамическими и газодинамическими явлениями при разработке месторождений полезных ископаемых. - Сб. Геотехнологии на рубеже XXI века. / Материалы научно-практической конференции. - Новосибирск: ИГД СО РАН, 1999. - с.149-151.
6. Шестопалов А.В. Об эффективности геотехнологий добычи угольного метана, основанных на образовании полости вокруг скважины. - Сб. Сокращение эмиссии метана: Доклады II Международной конференции (на русском языке). - г.Новосибирск: Издательство СО РАН, 2000. - с.439-445.
7. A.V.Shestopalov. On efficiency of coal seam methane extraction geotchnologies involving cavity generation around wells. In: Methane mitigation: Proceeding of Second International Conference (June 18-23, 2000, Novosibirsk, Russia). Novosibirsk, SO RAN, 2000. - p.419-422.
8. Старожилов А. Факел над Кузбассом. - Сайт: Экономика и жизнь Кузбасса (cервер компании Мега), перепечатка из газеты «Наша газета» №048 от 03.08.99. - http://mega.kemerovo.su/WEB/HTML/8115.HTM
9. Старожилов А. Союз угля и газа - Сайт: Российский уголь (cервер Росинформуголь), Архив новостей за 2000 год. - http://www.rosugol.ru/ps/arhiv/centr/09.99/20.html
10. Журавлев И. Игнорируя иркутский газовый проект, китайцы заигрывают с "Газпромом" на Алтае. - Сайт: RusEnergy, Проекты, 10.05.2001г. - http://www.rusenergy.com/projects/a10052001.htm
11. Правление ОАО «Газпром» утвердило технико-экономическое обоснование и объемы финансирования на 2002-2003 гг. проекта «Метан Кузбасса». - Сайт: RusEnergy, Новости ТЭК, 06.02.2002 09:46 - http://www.rusenergy.com/newssystem/index.htm?u=38/192338.htm
12. Трубецкой К.Н. О научной и научно-организационной деятельности института в 2000 году и задачах на 2001 год. - Отчетный доклад директора Института проблем комплексного освоения недр РАН (ИПКОН РАН) на расширенном заседании Ученого совета и Конференции научных сотрудников ИПКОН РАН 12.04.2001.
13. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментально прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. - М.: Издательство Академии горных наук, 2000. - 519с.
14. Кузнецов С.В., Трофимов В.А. Газодинамика угольных пластов. - Сб. Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения). / Тезисы докладов Международной конференции Москва - Санкт-Петербург 11-17 сентября 1999г. - Пермь: ГИ УрО РАН, 1999. - с.131-132.
5. Софийский К.К., Барадулин Е.Г., Александров В.Г., Воробьев Е.А. Способ добычи метана из угольных пластов. - Сб. Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины N 5. Проблемы аэрологии горнодобывающих предприятий. - Днепропетровск: РИК НГА Украины, 1999. - с.128-131.
Г.K. Kарасев, А.Я. Доровский.
Всероссийский научно исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений (ВНИГРИуголь). г.Ростов-на-Дону
В угольных пластах большинства бассейнов и месторождений
России содержатся колоссальные объемы метана, находящиеся как в связанном
(сорбированном) состоянии, так и в свободном. Общие ресурсы метана в угольных
месторождениях России составляют более 15 трлн. м3 (по оценке
ВНИГРИуголь, 1990 год). Наибольшие количество ресурсов сосредоточено в Кузнецком
- 13 трлн. м3 и Печорском 2 трлн. м3 , в Восточном
Донбассе - 100 млрд. м3 ., в Минусинском - 12 млрд. м3; в
Улугхемском - 180 млрд. м3 .
Практический интерес представляют ресурсы метана в Кузнецком бассейне и Восточном Донбассе. Ресурсы метана в Печорском бассейне вряд ли будут востребованы в ближайшее время, т.к. в соседней с бассейном Тимано-Печорской провинции только утвержденные суммарные ресурсы углеводородного сырья составляют 4,7 млрд. тонн по нефти и конденсату, а по свободному попутному газу 2,8 трлн. м3 .
Кузнецкий бассейн, обладающий колоссальными запасами метана, находится в непосредственной близости с крупнейшей в мире Западно-Сибирской газо-нефтеносной провинцией, поэтому сопоставление цен на газ, поступающий с севера со стоимостью газа, извлекаемого из угольных пластов, будет являться сдерживающим фактором широкомасштабной добычи угольного метана.
Особое положение занимает на юге России Восточный Донбасс с его относительно небольшими ресурсами, однако они могут сыграть важную роль в энергоснабжении, т.к. в этом регионе практически не осталось надежных энергоносителей. Больше половины шахт закрыто и затоплено, добыча угля сокращена в 2 раза.
И только метан угольных пластов, являясь экологически чистым энергоносителем, может быть реальным подспорьем для подпитки магистральных газопроводов, протянувшихся на 5 тыс. километров из Западной Сибири.
В условиях острейшего дефицита топлива (угля, газа, мазута) и повышения цены на газ для федеральных электростанций с 1.05.2000 г. на 40%, конкурентоспособность добычи угольного метана возрастает, хотя и сейчас, по предварительным расчетам, себестоимость угольного метана приблизилась к стоимости сибирского газа.
Kроме того, следует учитывать следующее обстоятельство, топливо для электростанций Ростовской области нужно сейчас, поставки магистрального газа не могут быть увеличены, а восстановление ликвидированных угольных шахт или строительство новых шахт, на далеко не лучших участках, займет не менее 5 лет.
При уничтожении, а не консервации шахт, были засыпаны породой стволы частично или на всю глубину. При этом в засыпанный материал попадали крупногабаритные предметы, что делает невозможным восстановить стволы.
Затопленные водой подготовительные выработки в самые кратчайшие сроки разрушились из-за усиленной релаксации пород при воздействии агрессивных подземных вод и также не подлежат восстановлению. Проходка стволов, подготовительных выработок и добыча угля из глубже расположенных горизонтов затопленных шахт опасна из-за возможности прорыва воды из верхних горизонтов.
Поэтому единственной альтернативой для быстрого восполнения энергоносителей является добыча метана из угольных пластов.
Преимущества добычи угольного метана в Восточном Донбассе:
-ресурсы метана в Ростовской области позволяют добывать ежегодно до 100 млн.м3 метана;
-объектами добычи могут быть невыработанные угольные пласты горных отводов закрытых шахт, вне зависимости от способа их ликвидации;
-разведанные, но не введенные в эксплуатацию новые участки, где газоносность превышает 10 м3 в толще угля;
-вся площадь Восточного Донбасса имеет развитую инфраструктуру с избытком рабочей силы и специалистов; мощности заводов по производству оборудования, благоприятные климатические условия;
-потребителями газа могут быть расположенные здесь же не газифицированные поселки, газобаллонный автотранспорт, передвижные электростанции по преобразованию метана в энергию;
-широкомасштабная добыча угольного метана по капиталовложениям не сравнима с многолетним процессом восстановления или строительства новых шахт;
-добыча угольного метана, поставленная на промышленную основу, позволит создать новую отрасль в области "Углеметан" и задолжить несколько сот ныне безработных шахтеров;
-возможность отсоса метана из выработанного пространства закрываемых затапливаемых шахт с целью снижения непредсказуемых газопроявлений метана и других вредных компонентов, создающих реальную угрозу жизнеобеспечению в шахтерских поселках;
-заблаговременная дегазация горных отводов шахт позволит по-новому оценить рентабельность добычи угля в условиях деметанизированных угольных пластов.
Все перечисленные выше доводы, потверждены расчетами и были приведены на Всероссийском совещании геологов-угольщиков в 1999 году.
Однако практические сделано очень мало, добыча угольного метана по России составляет всего 500 млн. м3 , что в 50 раз меньше чем в США, где добывается почти 30 млрд.м3 метана в год при наличии примерно таких же ресурсов угольного метана в недрах.
Подведены итоги kонкурса молодых ученых по присуждению премий выдающихся ученых СО РАН. Премия имени академика Н.В.Черского присуждена работе научного сотрудника Института угля и углехимии СО РАН, кандидата технических наук Елены Kозыревой "Динамика реализации газового потенциала вмещающих пород при подземной разработке углеметановых пластов комплексно-механизированными забоями".
Kоллектив Института угля и углехимии СО РАН поздравил Елену
Козыреву с достойным успехом и пожелал дальнейших творческих открытий.
Д.Kорнилов попросил Елену рассказать о своей работе.
- Целью представленной работы является создание метода определения параметров комплексного управления газовыделением на высокопроизводительных выемочных участках шахт Кузбасса. Неравномерность свойств горного массива даже на ограниченных участках месторождений и возросшие темпы добычи угля комплексно-механизированными выемочными участками приводят к снижению, среднему по выемочному столбу, притока метана на тонну добываемого угля при существенном росте динамики реализации газового потенциала подрабатываемых пород. Следствием этого являются затруднения при проектировании и эксплуатации систем управления газовыделением, а отсюда - снижение производительности забоев, рост их газовой аварийности.
Нам показалась заманчивой идея использования ресурсов метана в качестве индикатора геомеханических процессов изменения свойств и состояний горных пород. Индикатора, работоспособность которого круглосуточно контролируется системой мониторинга рудничной атмосферы, вплоть до компьютерного оснащения с практически любой заданной дискретностью.
Развитие указанной идеи потребовало решения ряда экспериментально-аналитических задач по определению эмиссионных ресурсов и газокинетических свойств массива горных пород посредством идентификации пространственных информационно-аналитических моделей.
В ходе исследований закономерностей пространственного распределения эмиссионных ресурсов участка углеметанового месторождения и свойств массива горных пород нами установлены существенные отклонения природной метаноносности угольных пластов от положений теории сорбции при соответствующих гидростатическому закону значениях давления газа.
Удалось доказать зависимость изменения направления и интенсивности аэрогазового обмена на границе очистной забой - выработанное пространство при комбинированной схеме управления газовыделением от динамики метанообильности выработанного пространства.
Выявлена взаимосвязь предельной величины метанообильности забоя с коэффициентами газовоздухораспределения и эффективности дегазации основных источников метановыделения, определяющая объемы и условия совместного и раздельного применения основных способов управления газовыделением на выемочном участке.
Уточнена волнообразность периодичности метанообильности выемочного участка по длине выемочного столба (период 170-520 м, амплитуда до 40%) и определены ее структурные составляющие — газокинетический паттерн массива горных пород.
Разработан новый подход к прогнозу газообильности выемочных участков, учитывающий особенности газогеомеханических процессов в горном массиве при современной технологии работ. Выполнено научное сопровождение соответствующих проектных решений по четырем выемочным участкам с производительностью 3000-15000 тонн угля в сутки для ОАО "Шахта "Комсомолец" и ОАО "Шахта им. С.М.Kирова".
Посредством анализа газовой аварийности шахт Кузнецкого бассейна, их метанообильности, производительности, а также газоносности разрабатываемых пластов и выхода летучих веществ выполнено ранжирование шахт по уровню газовой опасности и объемам применения комплексного управления газовыделением, включая перспективы утилизации шахтного метана.
Полученные закономерности стали основой горно-технологической части технического отчета по гранту ПРООН/ГЭФ ("Снижение эмиссии метана в Кузнецком угольном бассейне Российской Федерации") и гранту 241-GR5/ISC-2000 ("Тиражирование опыта подготовки инвестиционных проектов по извлечению и утилизации метана на шахтах Kузбасса").
На основе оценки изменений относительной газообильности выемочного участка с учетом активизации сдвижений горных пород предложен способ определения зон выхода газа на дневную поверхность при подработке горного массива очистным забоем.
Выполнено обоснование перспективности пяти метанодобывающих участков на Чертинском месторождении Kузбасса ПО "Беловоуголь". Разработана, утверждена и апробирована на четырех шахтах Кузбасса отраслевая "Методика оценки ресурсов метана в отработанных горных отводах шахт и обоснования мест заложения метанодобывающих скважин".
Таким образом, выполненные исследования физических закономерностей и процессов при подземной разработке углеметановых месторождений, а также аэрогазодинамических процессов на выемочных участках угольных шахт в направлении совершенствования систем управления аэрогазовыми потоками и обоснования возможных объемов использования попутного метана, как обязательной составляющей технологической культуры, представляют существенный научный интерес и практическую значимость.
Т.Артеменко,
Национальный горный университет Украины, Днепропетровск.
Угольные шахты Центрального Донбасса самые опасные в мире,
ежегодно там гибнут шахтеры и конца этому пока не видно. Безопасность проведения
подземных разработок угольных месторождений имеет актуальное значение. Виной
трагедий является угольный метан, накопившийся за много миллионов лет при
углефикации воздействия высокого давления и температуры.
На месте Донбасса были моря и горы высотой до 8 тыс. м. Об этом свидетельствуют синклинальные складки, но экзогенные процессы со временем их сравняли. Теперь на месте Донецкого кряжа имеем лишь холмистый рельеф.
В настоящее время уголь в Донбассе приходится добывать на больших глубинах - 250-1200 м, где высокая температура и большое горное давление, повысилось и содержание метана. В одном куб. м угля содержится от 20 до 100 куб. м метана.
Согласно закону Генри, растворимость газов в водных растворах повышается прямо пропорционально давлению с глубиной, и действительно, практика показала, так происходит в природе.
Метан - прекрасное энергетическое топливо и сырье для химической промышленности, запасы которого не меньше запасов природного газа, а возможно, даже больше (по Украине - 13 трл. куб. м). Теплота сгорания метана составляет 8400 ккал/куб. м, что соответствует 1,2 кг условного топлива на 1 куб. м. Проблема состоит в том, как взять из недр угольный метан? Оказывается, это не так просто, так как метан растворен в пленках воды угля и породы, находится в газообразном, жидком и твердом состояниях на поверхности частиц.
В естественном залегании пластов угля и в окружающих породах газы и метан угрозы не представляют, но как только вскрывают пласты шахтами и горными выработками, здесь начинает проявляться коварный нрав метана, подобно освобожденному джину. Дело в том, что вода (водные растворы электролитов) и угольный метан сорбируются поверхностью частиц, угля и породы за счет водородных связей и под очень высоким давлением с учетом веса столба толщи и вышележащей породы.
Распределение по глубине давления (С) в угле и породе подчиняется закону Блеза Паскаля (С = gНgгS, где g - 9,81 ускорение силы тяжести в Н/кг; H - высота столба породной толщи в м; gг - плотность породы в кг/м3; S - удельная площадь, м2).
Породы и уголь ведут себя на глубине как вязкие жидкости, по своим физическим и структурным особенностям имеют много общего с водой. Они ведь образовались в воде и во многом унаследовали матрично ее свойства. Наличие в порах и трещинах пленок воды (последняя всегда присутствует) придает таким телам аморфность, особенно при увлажнении до равновесных влажностей, т.е. когда все активные центры, удерживающие молекулы воды, скомпенсированы, а свободная энергия такой системы при данных условиях внешней нагрузки равна нулю. Аморфность - это когда молекулы воды ограниченно двигаются, совершают определенный пробег и обмен между собой, то есть, ведут себя относительно свободно, находясь в квазикристаллических пленках среди частиц, в виде “жидкого льда”. Вся система пронизана пленками воды, из которых состоит сложный каркас, воспринимающий вес вышележащих пород, угля и сооружений.
При вскрытии породы и угля выработками происходит резкий спад давления до уровня атмосферного давления в выработке. Сорбированная вода и растворимый метан и газы устремляются к выработке с сопровождением кавитационного шумового эффекта, пучением и возможным выбросом угля и породы.
Каков механизм губительных выбросов в шахтах?
Выше отмечалось, что образующийся в процессе углефикации органических остатков метан и газы хорошо растворяются в пленках воды (вернее, водных растворов электролитов).
С ростом давления растворимость увеличивается прямо пропорционально, а при спаде давления (точнее, давления насыщенного пара), что происходит при наличии выработки, наоборот, в результате десорбции выделяется метан и газы через пузырьки в пленках воды. При мгновенном их схлопывании в пленках развивается цепная кавитация, которая приводит к активации молекул воды, последние могут вызывать распад системы через выбросы до пылеобразного состояния угля и породы. Механизм выбросов угля и породы впервые рассматривается не противоречащим строгой научной основе, в то время как многие еще представляют его в виде гипотез.
При концентрации метана в воздухе от 2,5 до 30% смесь становится взрывоопасной. Достаточно одной искры, как такая воздушно-метановая смесь объемно взрывается, а это сильнее в 3-4 раза, чем взрыв эквивалентного толового заряда. Взрыв в выработке метана провоцирует выбросы угля и породы с забоя. Если в выработках есть шахтеры, то мгновенно создается чрезвычайная ситуация чаще всего с летальными исходами и подземными пожарами. Все это объясняется действиями законов природы, но почему-то многие об этом забывают или их не знают. Имеются положительные сдвиги по извлечению метана, но они недостаточны, чтобы обезопасить работу шахтеров.
В США из метаносодержащих пластов угля вначале извлекают метан через пробуренные с поверхности 7 тыс. скважин в пределах будущих шахтных полей заблаговременно в течение 5-10 лет. В России, в частности, в Кузнецком и Печорском бассейнах в среднем на каждую добытую тонну угля выделяется 20 куб. м метана.
Содержание метана менее 2,5% и свыше 30% является безопасным для сжигания в энергоустановках.
Раздельное извлечение метана с использованием вакуумнасосных установок и утилизация метановоздушной смеси из вентиляционных систем позволит обезопасить труд шахтера, получать дополнительную экономию на производство тепловой энергии и улучшить экологическую обстановку окружающей среды. Выделение в атмосферу метана в шахтах Украины в 1996 г. составило 2,1 млрд. м3. Метан, кроме загрязнения атмосферы, оказывает влияние на увеличение парникового эффекта и разрушает озоновый слой.
Разработан “Пилотный проект добычи и утилизации шахтного метана”, целью которого является бурение скважин с поверхности и в старых горных выработках; планируется к 2010 году извлекать 3,5 млрд. м3 в год. Однако для реализации намеченных проектов необходимо создание “индустрии шахтного метана”.
(концепция решения энергетических проблем Украины при использовании метана угольных пластов Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов с улучшением качества окружающей среды в угледобывающих регионах)
А. Булат,
академик Национальной Академии Наук Украины,
директор Института геотехнической механики НАН Украины.
Национальной энергетической программой Украины на период до 2010 года разработаны пути эффективного обеспечения страны энергетическими ресурсами за счет активизации развития собственного топливно-энергетического комплекса. При этом уголь остаётся и на перспективу главным отечественным энергоносителем. Вместе с тем, только 14% нефти и 30% газа от общей потребности Украины предполагается покрыть за счёт внутренних ресурсов. Именно поэтому важное место в "Программе..." уделяется альтернативным видам энергии, за счёт которых после 2010 г. будет производиться до 10% всей энергии. Значительное место в этой области уделяется угольному метану .
В настоящее время выполнена оценка мировых ресурсов метана угольных пластов. Общий объем метана оценивается от 93,4 до 285,2 триллиона м3. Украина по ресурсам метана занимает четвёртое место в мире, уступая лишь Китаю, России и Канаде. Наши ресурсы составляют более 12 трлн. м3 метана , что в 3-3,5 раза превышает ресурсы природного газа. На пятом месте находятся США.
Промышленная добыча угольного метана на основе созданной индустрии осуществляется только в США. Из года в год объем добываемого метана увеличивается. В 2000 г. в США добыто и утилизировано 35 млрд. м3 метана , что почти вдвое превышает добычу природного газа в Украине. Насколько серьезно американское правительство относится к рассматриваемой проблеме, красноречиво говорит тот факт, что в новой энергетической программе, озвученной президентом США в июне текущего года, метан угольных пластов назван особо. В газовом балансе США угольный метан составляет 7% от объема добычи природного газа (515 млрд. м3)
Сегодня Украина потребляет приблизительно 75 млрд. м3 природного газа в год и только 18 млрд. м3 - за счет внутренних источников. Остальные приблизительно 57 млрд. м3 в год ввозятся из России и других стран СНГ. Украина получает ежегодно 30 млрд. м3 природного газа из России в счет компенсации за транспортировку российского природного газа в Европу через газопровод, расположенный в Украине.
В Украине есть 2
угольных бассейна, которые имеют достаточное количество угля на нормальной
глубине и подходящих для добычи МУП. Это - Донецкий бассейн, расположенный на
юго-востоке Украины и в западной части России, и Львовско-Волынский бассейн,
который расположен в Западной Украине и тянется на северо-запад, входя в
Люблинский бассейн Польши.
Львовско-Волынский бассейн занимает около 7500 кв. км на северо-западе Украины. Шахты расположены на глубине от 300 до 600 метров. Качество угля улучшается с севера на юг: от высокого содержания летучих до коксующихся со средним содержанием летучих. Углесодержащие толщи варьируют по мощности от 90 до 140 метров. Здесь есть три группы пластов мощностью: от 0,5 до 0,7; от 0,7 до 1,0 и от 1,0 до 1,5 метров. Несмотря на недавнюю заинтересованность в коммерческой пилотной тестирующей программе в Львовско-Волынском регионе (ЕuroGas, Inс.), все же больший интерес инвесторы проявляют к Донецкому бассейну, где потенциал выше.
Большинство шахт Донбасса относительно глубокие, более 700 м, многие - глубиной более 1000 метров. Класс угля улучшается с запада на восток, а также в зависимости от глубины, изменяясь от газовых, с высоким содержанием летучих, до антрацитов. Донецкий бассейн в пределах Украины охватывает более 60000 кв. км. Для сравнения, наиболее активные бассейны, содержащие метан в угольных пластах США - бассейн Уорриор, штат Алабама, охватывает всего лишь 15500 кв. км, а бассейн Сан-Хуан в Нью-Мексико, штат Колорадо -19000 кв. км.
Оценки концентрации запасов метана в различных регионах Донбасса составляют от 118 до 494 млн. м3 на один квадратный километр. Для сравнения, концентрация в регионах США с коммерческой добычей метана колеблется от 100 до 437 млн. м3/км2. Из 35 млрд. м3 угольного метана , добытых в 2000 г. в США, шахтный метан составляет 5% или 1,8 млрд. м3. Следует отметить, что в американской практике угольным метаном - coalbed methane (CВМ) называется метан , содержащийся в угольных пластах, а шахтным метаном - соаl mеnЅ methane (CММ) - метан , выделяющийся в результате активной деятельности шахт. В этой связи концептуальная проблема метана должна включать два основных направления:
1) извлечение шахтного метана с целью обеспечения безопасных условий работы шахт, улучшения экологической обстановки и последующей утилизацией этого газа;
2) промышленное извлечение угольного метана с целью предварительной дегазации угольных месторождений и получения дополнительных объемов энергоносителя.
Эти два направления должны развиваться параллельно, так как многие технические и технологические вопросы реализации этих работ являются общими.
Безусловно, что извлечение шахтного метана с целью обеспечения безопасных условий работы шахты является главным в этой проблеме.
В 1999 году в Донбассе работало 152 газообильные шахты. Среднесуточная добыча на этих шахтах составляла 144,8 тыс. тонн угля в сутки, в том числе на 44 шахтах, работавших с применением систем дегазации, среднесуточная добыча угля составляла 84,4 тыс. тонн.
В 1999 году общее метановыделение на шахтах Донбасса составило 1700 млн. м3, в том числе метановыделение из вентиляционных и дегазационных систем шахт, где применялась дегазация, - 1200 млн. м3. Из них 254,7 млн. м3 газа или 21% общего метановыделения 44 шахт было каптировано шахтными системами дегазации.
В 1999 году на 8 шахтах использовалось 55,4 млн. м3 каптированного дегазационными системами метана , что составляет 22% от метана из дегазационных шахт.
Выход метана в переводе на чистый эквивалент колеблется от 66 до 3150 м3/ч по 81 шахтам, осуществляющим добычу метана . Однако только на 39 шахтах получен эквивалентный дебит чистого метана выше 300 м3/ч и на 25 шахтах - выше 500 м3/ч.
Процентное содержание метана очень низкое: в диапазоне от 5 до 65%, причем на 74% шахт содержание метана ниже 25%, только на 6% шахт оно превышает 45% и на 9 шахтах содержание метана превышает 35%.
На половине шахт, где дебит чистого метана выше 300 м3/ч, добываемый газ содержит меньше 25% метана.
Из 41 шахты, где дебит чистого метана превышает 300 м3/ч, 51% нуждаются в проведении значительных работ для получения содержания метана в газе больше 25%.
В пределах двух крупнейших угледобывающих объединений - Донецкуголь и Макеевуголь - можно выделить четыре значительных центра добычи метана :
* шахта им. Засядько (дебит 3150 м3/ч, содержание метана всего 20%);
* шахты "Глубокая", "Заперевальная", им. 60-летия Советской Украины (общий дебит 1494 м3/ч, хорошее процентное содержание метана );
* шахты им. Батова, "Чайкино", им. Поченкова объединения Макеевуголь (дебит 2214 м3/ч);
* шахта им. Бажанова (дебит 1158 м3/ч).
Для извлечения газа в большинстве случаев используется обычная технология бурения подземных и наземных дегазационных скважин с последующим подключением их к вакуумным станциям. Как видно из приведенных выше данных, основным недостатком существующей системы дегазации является низкое содержание метана в отбираемом газе. Такое положение приводит с одной стороны к увеличению энергозатрат на вакуумных станциях, перекачивающих до 80% воздуха, с другой - к невозможности утилизировать значительные объемы метана , когда его концентрация в газе не превышает 30%.
Существует целый ряд причин, обусловливающих низкую эффективность работы дегазационных систем шахт. Это и технические - отсутствие технологии и техники бурения длинных горизонтальных подземных дегазационных скважин, большая протяженность дегазационных газопроводов и их некачественная герметичность, отсутствие техники направленного вертикального бурения для сокращения пути транспортировки дегазированного метана на поверхность; и методические - отсутствие научно обоснованных методик комплексной дегазации углепородных массивов, активной дегазации угольных пластов, отсутствие надежной системы контроля количества и качества извлекаемого газа. Решение этих актуальнейших вопросов позволит не только обеспечить безопасность на шахтах, но и повысить добычу газа с более высоким содержанием метана . Увеличение объемов и качества дегазированного метана позволит не только использовать его как энергоноситель, но и увеличить производительность действующих лав за счет снижения эмиссии метана в горные выработки.
Сегодня метан приносит беды не только под землей и в атмосфере, но и на поверхности тем, кто не имеет к нему прямого отношения. Так, в Стахановском регионе Луганской области создалась чрезвычайная ситуация, вызванная выходом шахтного газа на поверхность и его проникновением в здания и сооружения. Эта ситуация сложилась в результате выполнения работ по ликвидации 4 шахт. На территории выделенных угрожаемых и опасных зон по проникновению шахтного газа расположены 1871 жилой дом, 283 производственных, административных и общественных зданий. Уже выявлены 78 зданий, в подвалы которых проникает метан . Зарегистрировано 63 случая воспламенения шахтного метана в зданиях и сооружениях Донбасса, при этом травмировано 31 человек, один из них смертельно.
Согласно Киотскому соглашению Украина должна стабилизировать выбросы парниковых газов на уровне 1990 г., что составляет 854,1 млн. т. эквивалентно CО2. Наиболее вероятно, что в 2008-2012 гг. выбросы СО2 не превысят 565 млн. т. Украина может взять обязательства по стабилизации выбросов СО2 в атмосферу, а также обеспечить снижение эмиссии метана и получить компенсацию от продажи квот до 2,8 млрд. долларов США.
В этой связи представляет интерес опыт Германии, где из старых горных выработок закрытых шахт метан откачивается вакуумными насосами (процентное содержание метана 70%, дебит 14 м3/мин чистого метана ) и перерабатывается на газодизельгенераторных установках в электроэнергию.
Для обеспечения рентабельности добычи шахтного газа из закрытых шахт при значительной производительности необходимо наличие следующих условий:
* относительно высокий уровень выделения газа из угленосных отложений;
* предварительное нарушение и разрыв породного массива в результате горных работ;
* низкий приток воды;
* изоляция шахты от соседних угледобывающих предприятий и от поверхности.
В настоящее время промышленная добыча шахтного газа из закрытых шахт в Донбассе не производится. Газ извлекается только из старых горных выработок шахты "Центральная-Первомайская", но для целей безопасности.
Из 13 шахт, которые планируется закрыть в ближайшее время, рассматриваться могут только те, в которых уже осуществляется подземное извлечение газа (4 шахты). Из этого числа, учитывая размеры старых выработок, наилучшим объектом для добычи газа после закрытия является шахта "Красногвардейская".
Еще одним важным аспектом работ является изоляция коллектора. Уменьшить давление в коллекторе до значений ниже атмосферного можно лишь в том случае, если выработки расположены не вблизи поверхности и при наличии мощного покрывающего слоя. В настоящее время значительная часть угленосных пород Донбасса практически выходит на поверхность, что серьезно затрудняет изоляцию коллекторов, образованных закрытыми шахтами. На многих шахтах доступ к разрабатываемым угольным пластам выполнен в виде наклонных стволов, в частности, в южной части бассейна. роме этого, отмечается высокая плотность шахт, сообщающихся друг с другом. Такие связи могут быть непосредственными (через штреки и главные сбойки) или непрямыми (через трещиноватые и нарушенные массивы, окружающие зоны ведения горных работ).
Несмотря на приведенные отрицательные данные, возможность добычи шахтного газа должна рассматриваться по каждой шахте, планируемой к закрытию, с учетом следующих критериев оценки:
* осуществление дегазации во время горных работ;
* площадь старых выработок;
* наличие непроницаемых покрывающих пластов;
* наличие поблизости потенциально крупного потребителя газа.
Исходя из данных условий, наиболее благоприятные зоны в Донбассе расположены в Западной части бассейна (район объединения Красноармейскуголь), а также в юго-западной части Донецко-Макеевского района. Интерес может также представлять северная граница бассейна вблизи Луганска или Краснодона в силу наличия здесь покрывающих пластов мезозойского периода и антиклинальных купольных структур, способствующих сохранению газа в разуплотненном массиве над старыми горными выработками.
И все же широкомасштабная промышленная добыча метана может быть связана с применением технологии CВМ - активного воздействия на угольный пласт путем его гидроразрыва или другими методами. В настоящее время такая технология применяется только в CША. Попытка применить её в Саарском угольном бассейне (Германия) не привела к положительным результатам, из-за больших притоков воды, низкой газоносности угля и высокой его крепости. По геологическим условиям этот участок Саарского бассейна аналогичен Западному Донбассу.
На Украине отсутствует опыт применения гидроразрыва для промышленной добычи метана . Предварительные оценки показывают, что для отработки технологии CВМ целесообразно провести отработку методики на наиболее перспективных участках, где угольные пласты характеризуются высокими значениями газоносности.
Как и для любого крупномасштабного проекта, для разработки МУП потребуется создание правительственной политики в области налогообложения и законодательства. Украинское правительство уже предприняло первые важные шаги в создании требуемой схемы работы с тем, чтобы упростить и оказать содействие в разработке МУП в Донбассе.
Кроме продолжающихся действий со стороны правительства, требуется также конкурентоспособный (с точки зрения затрат) рынок для природного газа (включая МУП). Сюда входят реальное, способное продвинуть рынок, ценообразование и структура тарифов на транспортные услуги и торговлю газом. Изменения в этих системах укрепят потенциал и тем самым привлекут крупные инвестиции, которые требуются для коммерческого крупномасштабного проекта МУП.
Объединенная китайская компания по добыче метана в угольных
пластах (China United Coal-bed Methane Co Ltd (CUCBM)) подписала три
соглашения о разделе продукции с известной американской компанией Тексако
Петролеум (US Texaco Petroleum Company). -оглашения предусматривают совместную
разведку запасов метана в угольных пластах на западе Китая, в частности в
каменноугольных бассейнах Джунгар, Шеньфу и Баодэ в соседней с Читинской
областью китайской провинции автономный район Внутренняя Монголия. Работы будут
развернуты на площади 6,897 квадратных километров, потенциальные запасы газа в
угольных пластах оцениваются здесь в 1 триллион кубометров.
Согласно данным соглашениям Тексако Петролеум получила
эксклюзивные права на геологические исследования на срок пять лет.
Предполагается, что в последующие периоды освоения и добычи, китайские и
иностранные компании совместно вложит средства и разделят доходы, полученные от
продажи добытого из угольных пластов метана.
По словам председателя китайской компании Хуан Шаохэ, природные условия благоприятны для исследований из-за простой геологической структуры, устойчивого распределения и умеренной глубины несущих угольных слоев. Хуан полагает, что проведение нынешнего политического курса на приоритетное развитие западных районов Китая обеспечит успешное выполнение контрактов, поскольку законтрактованные для исследования месторождения расположены в западном Китае. Он отметил, что американцы получат на свои капиталовложения льготы, предусмотренные государством для иностранных инвесторов в западных областях.
В Китае запасы метана в угольных пластах на глубине до 2000 метров оцениваются от 30 до 35 триллионов кубометров, по этому показателю Китай занимает третье место в мире. В настоящее время КНР - вторая после США страна, которая проводит крупномасштабные полевые исследования запасов метана в угольных пластах.
Научные разработки
Сущность технологии: извлечение метана из
сжатой метановоздушной смеси вентиляционной струи путем низкотемпературной
адсорбции с получением холода путем кристаллизационных процессов.
Способ позволяет: на основе комбинирования газогидратных и сорбционных энергозатратных процессов извлечь метан из вентиляционной струи шахты; одновременно с извлечением метана осуществлять и другие необходимые для шахты мероприятия – охлаждение шахтного воздуха и деминерализацию шахтной воды, компенсируя энергетические затраты одних процессов за счет избытка их в других
Назначение: предотвращение выбросов метана вентиляционных струй шахт в атмосферу с целью улучшения экологической обстановки и его утилизация.
Область применения: газоносные угольные шахты.
Основные характеристики:
концентрация метана на выходе из установки - 100 %;
получение низких температур до - 50oС;
попутное получение пресной воды.
Принципиальная схема
К - компрессор
Д - детандер
Аб - водяной барботажный абсорбер
Т - теплообменники
ХМ - холодильная машина
Ад - адсорберы
р - кристаллизатор
П - сепарационная промывочная колонна
http://science.msmu.ru
Адрес: 119991, г.Москва, Ленинский проспект, д.6
Телефон (095) 236-97-51 Факс (095) 237-64-88
Т. Аскаров
Грань между шахтерами и газовиками вот-вот исчезнет. Или
станет весьма призрачной в результате реализации программы использования
метана из угольных пластов. Речь о необходимости ее разработки шла
на "круглом столе", посвященном проблемам добычи и утилизации угольного
метана в Kазахстане, который состоялся в рамках первой
Центрально-Азиатской международной конференции по горному делу и металлургии
KazMIN/KazMET 2002.
О том, насколько важное значение придают метану в Kазахстане и за его пределами, говорит хотя бы тот факт, что в работе "круглого стола" приняли участие представители Министерства энергетики и минеральных ресурсов, kомитета геологии и охраны недр, ведущих угольных компаний Kазахстана - "Испат-Кармет" и "Богатырь Аксесс Комир", неправительственных и научно-исследовательских организаций, представители Агентства по охране окружающей среды США, посольства Нидерландов в Kазахстане.
Разработка программы поручена общественному объединению "Метановый центр" (Алматы), созданному в 2001 году с целью содействия развитию проектов, имеющих своей задачей снижение выброса метана в атмосферу путем его сбора и использования в топливно-энергетической промышленности. В последующем предполагается вынесение программы на рассмотрение Министерства энергетики и минеральных ресурсов, а далее - на утверждение правительством Kазахстана.
Главная цель программы - организовать за счет метана из угольных пластов газоснабжение Астаны, промышленных и энергетических объектов Kарагандинского, Экибастузского и Павлодарского индустриальных регионов, расположенных вблизи от источников этого газа. В таком случае северный, восточный и центральный районы страны смогут отказаться от ввоза дорогого сжиженного газа, и сама собой отпадает необходимость прокладки газопровода сюда с запада Kазахстана. Зато небольшие расстояния транспортировки метана (20-100 км) позволят избежать затрат на компрессию этого газа и строительство газопроводов высокого давления. Кроме того, по сравнению с природным газом метан гораздо чище, что весьма важно для экологии индустриальных регионов.
По официальным оценкам Министерства энергетики и минеральных ресурсов Kазахстана, геологические запасы метана в Kарагандинском бассейне превышают 550 млрд. кубометров, в Экибастузском - 75 млрд. кубометров, что обеспечивает крупномасштабную добычу метана на 70-80 лет до глубины 800 метров. В многочисленных и пока еще недостаточно изученных месторождениях Северного и Восточного Kазахстана по официальным предварительным оценкам сосредоточено не менее 600 млрд. кубометров метана.
По оценкам же "Метанового центра", общие запасы метана в угольных пластах на территории Kазахстана могут составить как минимум 1 трлн. кубометров, а реально приближаются к 2-3 трлн. кубометров. Такими объемами газа, по расчетам экспертов, можно удовлетворять все энергетические потребности страны на протяжении 25 лет. Правда, сосредоточены запасы угольного метана крайне неравномерно - половина их приходится на пласты Kарагандинского угольного бассейна, 47 млрд. кубометров - на месторождения Экибастузского бассейна. Угли Kазахстана являются одними из наиболее газоносных в мире.
Помимо экономической выгоды, использование угольного метана сулит нашей стране несомненный экологический выигрыш. Дело в том, что в соответствии с условиями Kиотского протокола Kазахстан принял на себя обязательства по снижению выбросов в атмосферу парниковых газовых газов, среди которых метан из угольных пластов занимает второе место после углекислого газа в мире. А поскольку эмиссия метана на угольных месторождениях Kазахстана приблизилась к 1 млрд. кубометров ежегодно, то, сокращая эти выбросы и заодно заменяя уголь метаном , наша страна получает возможность выгодно продавать свои квоты на выбросы заинтересованным государствам за твердую валюту.
Все это в будущем, а нынешняя реальность выглядит вполне обнадеживающе. Kак заявил начальник управления "Спецшахтомонтаждегазация" ОАО "Испат-Кармет", сегодня на шахтах этого предприятия выделяется примерно 385-400 млн. кубометров метана в год. Из них извлекается посредством дегазации 50-70 млн. кубометров, а уже из этого объема утилизируется в трех шахтных котельных 15 млн. кубометров в год. В следующем году за счет ввода еще двух котельных объемы утилизации вырастут до 22-25 млн. кубометров.
Значительную часть метана приходится сжигать в факелах, но это, по заявлению г-на Швеца, все же лучше, чем просто выбрасывать его в атмосферу. Kстати, получаемая при сжигании сажа имеет высокое качество и продается шахтерами по 400 долларов за тонну (для сравнения: цены на тонну угля не превышают 40 долларов, нефти - 180-200 долларов).
Для дегазации метана карагандинские горняки используют примерно 30 различных схем этого процесса, используя чуть ли не все технологии, имеющиеся в мире. Главная проблема - извлечение метана из вентиляционных струй, выходящих с шахт, в которых содержание этого газа хоть и не велико - 0,4-0,8%, но зато в год дает 285 млн. кубометров метана . Впрочем, карагандинцы научились уже добывать метан и из тех пластов, разработка которых запланирована в будущем.
Пытались здесь также заправлять угольным метаном и автомобили, но для этого необходимо дорогостоящее оборудование. В любом случае, по объемам добычи метана из угольных пластов наши горняки далеко оторвались от своих российских и украинских коллег и сейчас активно ищут инвесторов и технологии для своих проектов.
Источник: http://www.methane.ru/