книги2 / geokniga-ekologo-ekonomicheskaya-i-socialnaya-effektivnost-geotehnologicheskih-metodov

Последнее преимущество является весьма существенным, поскольку техногенные образования, заскладированные на земной поверхности, подвергаются непрерывному изменению путем окисления и последующего выщелачивания сульфидов, что приводит к снижению содержания в них металлов. Более того, переработка сырья, в котором тяжелые металлы содержатся в виде окислов, сульфатов, карбонатов и сульфидов, по существующим технологиям характеризуется более низким извлечением полезных компонентов, не говоря уже о той части, которая была растворена и потеряна с фильтратом.

Неизбежным процессом добычи угля подземным способом является углубление горных работ. А в глубоких шахтах, как известно, условия ведения подготовительных и очистных работ очень осложнены: повышаются горное давление и температура горных пород, увеличиваются газообильность и запыленность забоев, более весомым становится фактор выбросоопасности. В связи с этим определенное место в развитии природоохранных мероприятий занимает утилизация шахтного газа метана, выносимого вентиляционными потоками и дегазационными системами.

При определенных соотношениях концентрации метана в шахтной атмосфере он представляет серьезную опасность, так как может стать источником взрыва, а также препятствует увеличению нагрузки на очистной забой, повышению темпов подготовки и отработки выемочных полей. Поэтому для обеспечения допустимых концентраций метана на шахтах применяется дегазация, в результате которой резко улучшаются все технико-экономические показатели процесса угледобычи.

Газ, извлекаемый при дегазации ваккум-насосными установками угольных шахт, по происхождению относится к природным углеводородам и является попутным продуктом разработки угольных месторождений. Количество метана, содержащегося в подрабатываемых толщах дегазируемых шахт глубиной 500 м, эквивалентно 10-15% добываемого ими угля. Если извлекать только половину запасов газа, то годовая его добыча будет эквивалентна 2 млн. т условного топлива [123, С.136].

До середины 70-х годов XX столетия общепринятым способом борьбы с метаном было проветривание горных выработок с помощью больших объемов воздуха. Однако с развитием подземного способа добычи и разработкой более метаноносных угольных пластов использование одной лишь системы вентиляции стало недостаточным. Введение заблаговременной дегазации посредством бурения дегазационных скважин и вакуумного отсасывания позволило снизить нагрузку на системы вентиляции и дополнительно повлекло за собой увеличение производительности угольных шахт. Дело в том, что при неэффективной вентиляции приходится приостанавливать добычу угля всякий раз, когда доля метана в воздушной смеси приближается к взрывоопасному уровню. Адекватная система дегазации позволила значительно снизить время подобных простоев и свести к минимуму количество чрезвычайных происшествий на шахтах.

Развитие технологии также облегчило задачу дегазации угольных шахт.

151

Взависимости от геологических особенностей пластов дегазация может проводиться посредством бурения вертикальных скважин в неотработанные и отработанные участки или горизонтальных и наклонных скважин из шахтного пространства. Накопленный опыт в изучении метаноносных пластов позволил лучше адаптировать систему дегазации к конкретному резервуару и повысить эффективность производимых операций.

Сегодня, используя современные технологии для изучения шахтных пластов и проведения дегазационных работ, угольная компания может добиться значительного увеличения количества каптируемого метана в высоких концентрациях. Тем более шахтный газ остается значительным, но практически неосвоенным ресурсом с основными запасами, находящимися в примерно десятке стран.

Внастоящее время наибольшие успехи в извлечении и утилизации угольного метана (УМ) характерны для США. Американцы провели разведку запасов УМ на своей территории, составляющих ныне около 7% суммарных запасов природного газа, и освоили широкомасштабную добычу [126, С.46]. Правительство США предоставило значительные налоговые льготы фирмам, вкладывающим деньги в разведку и добычу газа метана.

Прогнозируется, что со временем метан угольных пластов, ресурсы которого составляют около 8 трлн. м3, станет основным источником газа Западной Канады.

Второй страной с промышленным производством метана из угольных пластов является Китай с его ресурсами газа, оцениваемыми в 30 трлн. куб. м.

ВРоссии, в Кузбассе, ресурсы метана оцениваются в 13 трлн. м3. Для осуществления проекта было создано ОАО «Кузбассгазпром» - дочернее предприятие ОАО «Востокгазпром», входящего в структуру «Газпрома».

Вугольных пластах Карагандинского бассейна содержится около 4,3 трлн. м3 газа метана, являющегося экологически чистым топливом, эквивалентным по калорийности 2 млрд. т каменного угля. В целом по

Казахстану ресурсный потенциал метана в угольных месторождениях оценивается в 11-14 трлн. м3 [127, С.5].

Шахтный газ, с одной стороны, сродни природному газу, т.е. обладает полезными свойствами горючего топлива. Благодаря экологичности, высокой транспортабельности, а также широкому использованию в качестве энергоносителя и химического сырья значимость газового топлива с каждым годом возрастает. С другой стороны, при попадании в атмосферу он наносит сильнейший урон экологической обстановке. Основной компонент шахтного

газа, метан (СН4), в 21 раз сильнее, чем углекислый газ (СО2) по своей способности создавать парниковый эффект на планете [128, С.63]. Именно международное внимание к проблемам изменения климата и недавняя ратификация Киотского Протокола повлекли за собой усиление интереса к проблеме утилизации шахтного газа. Это означает, что в будущем дегазация на шахтах должна рассматриваться не только как средство борьбы с газовыделением в выработке, но и как один из методов добычи в промышленных масштабах ценного газообразного топлива.

152

При этом надо иметь в виду, что при проведении дегазационных работ шахтный газ смешивается с воздухом и приходит на поверхность в концентрации более низкой, чем 100%. В тех случаях, где концентрация достаточно высока, шахтный газ может использоваться аналогично природному газу, например, в газовых двигателях или турбинах с целью производства электричества. Другие способы использования включают сжигание в котельных для нагрева воды или центрального отопления, для обеспечения газом жилого фонда или в газовых колонках, для сушки угля или других промышленных целей.

На сегодняшний день в мире существует ряд проектов, где шахтный метан используется для производства электричества. Наибольшим опытом ведения подобных проектов (свыше десяти лет) обладают Австралия, Германия, Япония, Великобритания и США. Международный опыт использования УМ на шахтах для производства энергии доказывает перспективность мер перевода казахстанской промышленности и энергетики на метан.

Как известно, большинство крупных отечественных промышленных предприятий находится в центральной и восточной части нашей страны, а источники углеводородного сырья — на западе и юго-западе. Центральный же и восточный регионы обладают значительными ресурсами метана. Это дает возможность использовать добываемый газ на промышленных энергетических объектах Карагандинской, Павлодарской и Акмолинской областей, расположенных в непосредственной близости от угольных месторождений.

Необходимо отметить, что даже частичный перевод промышленности и энергетики этих регионов на метан может дать значительный и экономический эффект. Кроме того, этот газ можно успешно использовать как топливо для автотранспорта, выработки не только аммиака, цианида натрия, метанола, ацетилена, водорода, сажи, но и текстильного волокна и пластмассы.

В будущем необходим новый подход к проблеме безопасной добычи угля и утилизации метана (в максимально полном объеме). В частности, анализ отечественного и международного опыта извлечения шахтного метана показывает, что наиболее эффективным методом может стать только комплексная дегазация метаноугольного месторождения.

Изучение проблемы утилизации УМ показало, что извлечение шахтного метана в процессе добычи угля целесообразно осуществлять в следующих четырех самостоятельных технологических стадиях [126, С.46]:

заблаговременная дегазация угольного пласта (осуществляется через поверхностные скважины за 3-4 года до продвижения шахтной выработки);

предварительная дегазация (осуществляется через горизонтальные, скважины, пройденные из шахтных выработок, за 1-2 года до их продвижения); извлечение метана с вентиляционной воздушной струей (осуществляется непрерывно в процессе шахтной добычи угля во избежание скопления десорбированного метана в виде взрывоопасной метано-воздушной

смеси в выработанном пространстве); извлечение метана из выработанного шахтного пространства.

153

Определяющее значение для максимально возможного улавливания шахтного метана имеет первый этап – заблаговременная дегазация, которая может осуществляться через систему вертикальных скважин. Согласно американским данным, используя гидроразрыв угольного пласта с закачкой песка в щели гидроразрыва, удается извлечь до 80-90% запасов метана. Однако сегодня есть более эффективный способ разупрочнения угольного пласта путем межскважинной его кавитации, после которой ожидаемые дебиты метана должны составлять около 20 тыс. м3/скв. в сут (по американской технологии дебиты метана составляли 5-8 тыс. м3/скв. в сут). Основу предлагаемой технологии составляет поочередная промывка щели гидроразрыва водой и воздухом высокого давления. Поэтому ее отличие от американской технологии состоит в отказе от песка (пропанта) и необходимости передвижного воздушного компрессора (давление 70-90 атм.,

расход - до 800 нм3/ч) [126, С.46].

Таким образом, добывая метан на угольных месторождениях Казахстана (до начала подготовки выемочных полей угольных шахт, как это делается в других странах, можно решить одну из самых сложных проблем, которая существует сегодня у наших шахтеров.

В республике стимулом для утилизации метана может стать и то, что после ратифицирования Киотского Протокола угольные компании, которые применяют технологию, позволяющую избегать вредных выбросов, получают углеродные квоты. Эти квоты могут быть проданы на специальной европейской бирже тем компаниям, которые превышают дозволенные выбросы. Благодаря «механизмам гибкости», прописанным в Киотском Протоколе, углеродные квоты, произведенные в одной стране и зарегистрированные специальными международными органами, могут быть куплены и использованы в другой стране. Таким образом, проекты по утилизации метана, расположенные в странах, вступивших в Киотское Соглашение, получили еще один источник дохода - от продажи углеродных квот. Для большинства проектов это явилось решающим фактором, так как прежде подобные проекты не окупались на одних только продажах электричества и тепла [128, С.65].

Помимо Киотского Протокола государственное законодательство Республики Казахстан может сыграть важную роль в развитии утилизации метана на угольных шахтах. С помощью цен на электроэнергию, субсидий или, наоборот, штрафов государство имеет возможность поощрять развитие проектов по утилизации шахтного газа. В большинстве стран основным препятствием к осуществлению утилизации метана являются низкие цены на энергоносители, поэтому с помощью специальных цен на экологически чистую электроэнергию государство может сделать проекты коммерчески привлекательными.

Одним словом, в дальнейшем пилотные проекты добычи метана на отечественных угольных месторождениях должны заслуживать повышенного внимания. В связи с этим встает необходимость в разработке Государственной отраслевой Программы по освоению и добыче метана из угольных пластов. В рамках этого документа целесообразно предусмотреть внесение поправок в

154

действующее законодательство в части снижения или полной отмены таможенных пошлин на ввоз оборудования и материалов для добычи метана из угольных пластов, введение инвестиционной льготы по налогу на прибыль на срок окупаемости инвестиций и другие.

Важным попутным продуктом угледобычи является выдаваемая на поверхность шахтная вода. Повторное использование шахтных вод приобрело за последние годы особенно большое значение в связи с общим увеличением потребностей в ней на бытовые и технические нужды, а также ростом площадей орошаемых земель. Не во всех районах естественные водные ресурсы могут обеспечить потребности питьевого и технического водоснабжения.

Затраты по использованию минерализованных шахтных вод связаны в основном с их очисткой, так как транспортирование их к потребителю идентично подаче воды из естественных водоемов и артезианских скважин.

Принципиально возможны два варианта использования шахтных вод

[123, С.204-205].

Первый относится к случаю, когда дебит шахтных вод может полностью обеспечить потребность того или иного объекта, который в противном случае обеспечивался бы за счет артезианских скважин. В этом случае экономически целесообразно применять шахтную воду, если соблюдается неравенство

где Кб- затраты на бурение артезианских скважин, тенге; К´0ч- затраты на очистку воды из артезианских скважин (или водоемов), тенге; К0ч- затраты на очистку шахтных вод, тенге; К´тр- затраты по доставке воды из артезианских колодцев, тенге; Ктр- затраты по доставке шахтной воды к потребителю после ее подачи на поверхность, тенге.

При использовании формулы (11) предполагается, что затраты на откачку и выдачу на поверхность шахтных вод входят в затраты на добычу угля.

Второй вариант относится к случаю, когда дебит шахтных вод не может полностью обеспечить тот или иной объект. В этом случае экономический эффект от использования шахтных вод следует рассматривать как дополнительный ресурс, дающий возможность обеспечить водой для технических целей тот или иной объект полностью или частично, с тем чтобы не потреблять для этого воду из естественных источников. Количественно эта экономия может быть определена из выражения

где Эп.в. - экономия питьевой воды, тыс. тенге; С- эксплуатационные затраты для обеспечения объекта питьевой водой, тенге/1000 л; А - объем шахтных вод, используемых на технические нужды, тыс. л; С´- эксплуатационные затраты при снабжении объектов технической водой за счет использования шахтных вод, тыс. тенге; К´- капитальные затраты при снабжении объектов технической

155

водой за счет использования шахтных вод, тыс. тенге; К- капитальные вложения, необходимые для сооружения объектов, снабжающих потребителей питьевой водой, тенге/1000 л; Ен- нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

Основные водопотребляющие процессы на предприятиях угольной промышленности организованы по оборотной системе водоснабжения, на пополнение которой используют шахтную очищенную воду. Объем оборотной воды выражает объем сэкономленной свежей воды.

Важно отметить, что качество технической воды, повторно используемой или оборотной, должно отвечать требованиям технологического процесса в соответствии с категорией используемой воды [109, С.124-125].

КI категории относится вода, которая используется для целей пылеподавления.

КII категории - вода, используемая как транспортирующая среда глиняной пульпы при тушении горящих отвалов, а также при профилактике и тушении подземных пожаров, кроме того, вода, используемая как рабочая жидкость, с помощью которой осуществляются: отбойка, транспорт и подъем на гидрошахтах; обогащение угля на обогатительных фабриках; гидровскрыша, транспортирование породы на гидроотвалы и добыча угля в разрезах гидравлическим способом.

КIII категории относится вода, используемая как растворитель реагентов при флотационном способе обогащения угля.

Соответственно назначению к воде предъявляются следующие требования:

- вода I категории должна соответствовать требованиям «Санитарных правил по содержанию шахт угольной и сланцевой, промышленности»;

- вода II категории может содержать взвешенные вещества не более 50-

80 мг/л;

- в воде III категории содержащиеся вещества не должны образовывать с растворимыми веществами вредных примесей, взвешенные и растворенные вещества не должны выпадать в осадок при добавлении в воду растворяющихся веществ.

На угольных разрезах карьерную воду используют для полива дорог в летний период. Значительная часть этой воды (до 65%) используется при гидровскрышных работах. Водоснабжение осуществляют по оборотной системе.

7.2Проблема сжигания попутного газа и его утилизации в нефтегазовой отрасли

Внастоящее время проблема сжигания попутного газа и его утилизации

внефтегазодобывающем секторе экономики является весьма актуальной. Как показывают подсчеты Всемирного банка [129, С.2], более 150 млрд. м3 газа сжигается каждый год. Это наносит значительный вред окружающей среде,

156

приводит к бесполезному расходованию энергоресурсов и росту выбросов углекислого газа до 400 млн. т ежегодно.

Казахстанская нефть – комплексное сырье, содержащее попутный газ, парафин, ванадий, серу. В сырой нефти Южного Мангышлака содержится около 20% парафина. Попутное извлечение элементов-спутников, содержащихся в нефти, позволит значительно снизить эксплуатационные затраты основного производства. Для лучшей реализации этой задачи в республике предпринимаются меры, направленные на формирование такой энергетики, которая обеспечит правильный баланс между окружающей средой и потребностями будущего.

Следствием этого является тенденция ежегодного уменьшения сжигания попутного газа нефтяными компаниями в Казахстане (рис. 23). Так, если в 2006 г. объем сжигания попутного газа составил 3133 млн. м3, то в 2009 г. он равнялся 1727 млн. м3. За рассматриваемый период произошло заметное сокращение выбросов экологически небезопасного попутного газа – побочного продукта при разработке нефтегазовых месторождений.

-396 млн.м3

-916 млн.м3

-94 млн.м3

Рис. 23. Сокращение объемов сжигания попутного газа в Казахстане за 2006-2009 годы (Примечание – данные Министерства охраны окружающей среды РК)

Вместе с тем до сих пор из 58 компаний страны 30 еще сжигают газ в факелах. Поэтому проблема стоит остро. Не зря Правительство РК и профилирующие министерства прилагают все усилия по предотвращению этой проблемы.

Одним из крупных международных помощников в решении рассматриваемой проблемы выступает программа Всемирного банка «Глобальное партнерство по сокращению сжигания попутного газа» (GGFR). Она действует на принципах государственно-частного партнерства во многих странах мира, в том числе и в Центрально-Азиатском регионе.

Республика Казахстан - участница GGFR с 2005 г. И не случайно. Сейчас такие страны СНГ, как Казахстан, Россия и Узбекистан, входят в число самых крупных 20 государств мира по наибольшим объемам сжигания газа.

В сложившихся условиях закономерен вопрос: как использовать в

157

будущем попутный газ во благо экономики, сделать неотъемлемой частью энергопользования?

Самое главное в нашей стране в данном направлении совершенствуется законодательство. Вообще Казахстан – первая страна в регионе, которая приняла нормотворческие документы по борьбе с непомерным сжиганием попутного газа.

Всоответствии с новым Законом РК «О недрах и недропользовании» [100, С.12] наиболее значимым моментом является то, что попутный газ находится отныне в государственной собственности, если иное не предусмотрено контрактом на недропользование. Кроме того, новым Законом

онедрах несколько расширен перечень оснований, в связи с которыми разрешается сжигание попутного газа. В качестве нового основания новым Законом о недрах предусмотрено технологически неизбежное сжигание газа при:

- пусконаладке технологического оборудования; - эксплуатации технологического оборудования;

- техническом обслуживании и ремонтных работах технологического оборудования.

Отдельно следует отметить вопросы утилизации попутного газа. Как и Закон о нефти, новый Закон о недрах запрещает промышленную разработку нефтегазовых месторождений без переработки и (или) утилизации попутного и (или) природного газа.

Всоответствии с новым Законом о недрах недропользователь, осуществляющий добычу углеводородного сырья, обязан проводить мероприятия, направленные на сведение до минимума ущерба окружающей среде, минимизацию объема сжигания углеводородного газа, рациональное и комплексное использование попутного газа, включая его переработку.

Наиболее важным моментом, как мы полагаем, является то, что обязательства по переработке попутного газа по контрактам, заключенным до введения в действие нового Закона о недрах, оформляются отдельным соглашением между недропользователем и компетентным органом и являются приложением к контракту на добычу, совмещенную разведку и добычу углеводородного сырья.

На отдельных месторождениях, где переработка попутного газа нецелесообразна, допускается по решению уполномоченного органа в области нефти и газа, по согласованию с уполномоченными органами по изучению и использованию недр, в области охраны окружающей среды его утилизация без переработки путем использования на технологические нужды, закачки в пласт с целью повышения внутрипластового давления, а также обратной закачки в пласт с целью хранения.

Вцелях достижения рационального использования попутного газа как важного стратегического ресурса государства недропользователи, осуществляющие добычу углеводородного сырья, и уполномоченный орган в области нефти и газа могут осуществлять совместную реализацию проектов по использованию попутного газа.

158

7.3Предпосылки решения проблемы перевода горнопромышленных отходов во вторичные ресурсы, потребляемые в расширяющихся масштабах

Одна из характерных тенденций развития современной горной промышленности - расширение абсолютных и относительных объемов отходов, объясняющееся не только увеличением добычи сырья и топлива, но и уменьшением содержания полезных компонентов в извлекаемом из недр веществе. Как уже указывалось выше, в значительной мере такая ситуация обусловлена несовершенством традиционных технологий добычи, обогащения и переработки, отличающихся высокими потерями ценных компонентов на всех стадиях, что приводит к избыточному потреблению полезных ископаемых и соответственно к ускоренному накоплению отходов. Табл. 9 дает представление о масштабах потерь в горнодобывающих отраслях промышленности.

По данным [130, С.160], сегодня в среднем используется не более половины, а во многих случаях только 1/3 исходных запасов полезных ископаемых. Остальное вещество переходит в отходы, которые фактически представляют собой техногенные месторождения. Из них в принципе при существующем уровне технологии возможно утилизировать от 30 до 80% запасов.

Таблица 9

Уровни извлечения ценных компонентов, в % от общего содержания в породе

Примечание. Данные из книги: Ласкорин Б.Н., Барский Л.А., Персиц В.З. Безотходная технология переработки минерального сырья: Системный анализ. – М.: Недра, 1984, С.22

В настоящее время отходы или вторичные материальные ресурсы - это часть всех экономических ресурсов страны, и проблему их утилизации следует решать не только в рамках единой производственной задачи предприятия и отрасли, но и всего комплекса связей производства - источника отходов с народным хозяйством в целом. Такой подход к решению задачи использования

159

отходов должен предусматривать учет всех как отраслевых, так и внеотраслевых результатов утилизации с позиции их роли во всех звеньях народнохозяйственного оборота рассматриваемых ресурсов.

На схеме рис. 24 показаны основные результаты использования горнопромышленных отходов.

Утилизация отходов обеспечивает прямую экономию природных ресурсов, которые могут быть использованы для получения дополнительной продукции или в более приоритетных видах производства, что означает расширение сырьевой базы народного хозяйства. Следствием увеличения выпуска продукции за счет привлечения отходов является экономия затрат на прирост первичных сырьевых ресурсов, расширение возможности экспорта (уменьшение импорта) природного сырья.

Использование отходов

Рис. 24. Основные результаты использования горно-промышленных отходов (Примечание – данные работы [123, С.196])

Утилизация отходов позволяет снизить уровень целого ряда затрат у предприятия - источника отходов и предприятия - изготовителя продукции из

160