Тема 5.7 Утилізація метану, що отримують при підземній розробці вугілля

Идея утилизации метана, в изобилии присутствующего в угольных пластах Украины, возникла около 50 лет назад. Ее реализация могла бы решить сразу две важнейшие задачи: обезопасить процесс добычи угля и предоставить дополнительный источник энергоносителей.

Однако до недавнего времени эта идея не получила практического воплощения в промышленных масштабах. Хотя, по разным оценкам, в Донбассе залегает 14-22 трлн куб м метана, лишь немногие предприятия используют его в котельных, отапливающих шахтные помещения, или для выработки электроэнергии. Правда, кое-где появились АЗС для заправки автотранспорта шахтным метаном.

Первая из этих задач была актуальной всегда: дегазация шахт — это на сегодняшний день, фактически, единственный способ обезопасить труд шахтеров. Из этих соображений откачке газа из пластов с повышенным содержанием метана всегда старались уделять серьезное внимание. По данным Макеевского научно-исследовательского института по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ), в 1990 г. в Донбассе эта процедура применялась на 92 шахтах, но по мере их ликвидации, это число сократилось до 43.

Были попытки решить и вторую задачу — использование добытого метана. Так, на шахте им.Горького в 80-х этим газом нагревали воду для шахтерской бани. В конце 90-х в поселке Угледар построили первую в регионе газонаполнительную автостанцию, на которую подавали метан, добытый в порядке подготовки к разработке новых угольных полей. Но все это — капля в море…

В 2001 г. в Украину пришли иностранные компании, которые были готовы инвестировать в добычу метана. Этот газ можно было бы использовать либо для нужд региона (американское предложение), либо для производства э/э на экспорт (японский проект).

Однако предложенные ими условия не понравились местным властям. Поэтому первый в Украине проект полномасштабного промышленного использования шахтного метана был реализован гораздо позже, на шахте им.Засядько, где решили приобрести модульную станцию утилизации метана австро-американского производства. Сейчас этот газ используется для выработки э/э, отопления и заправки грузового автотранспорта.

Тем не менее, широкомасштабное внедрение подобных технологий в промышленность задержится, скорее всего, надолгоиз-за сибистоимости в трое превышающей закупочные цены.

Поэтому все зависит от целей. Если речь идет о дегазации угольных пластов с целью обезопасить труд шахтеров, то использование добытого газа обеспечит определенную экономию затрат на эти жизненно необходимые мероприятия.

Однако все же главная проблема — геологические особенности Донецкого региона и связанные с ними физические характеристики угольных пластов. Которое ставит под вопрос возможность использования зарубежного опыта.

По словам специалистов МакНИИ, наличие огромных запасов метана в Донбассе создает обманчивое впечатление, что существует реальная возможность его добывать. Однако это возможно, на самом деле, только одновременно с добычей угля, в порах которого находится газ.

Дело в том, что в США и Китае толщина угольных пластов обычно составляет около 20 м, и они обладают высокой проницаемостью. Поэтому в этих странах метан добывают не шахтным способом, а через скважины, которые бурят прямо с поверхности. По этой технологии производится гидравлический удар на угольный массив, и в нем образуются микротрещины. Затем в массив под большим давлением закачивают воду, которая заполняет трещины песком. Далее воду откачивают, а песок свободно пропускает метан по расширенным трещинам к скважине, по которой газ поступает на поверхность.

*Однако в Донбассе максимальная мощность пласта угля составляет 2 м. Кроме того, у украинских пластов проницаемость, как правило, очень низкая. Поэтому традиционные американские технологии в данной геологии непригодны.

В МакНИИ уверены, что добывать газ можно только при проведении горных работ. При добыче угля на глубинах около 1000 м метан в пластах подвергается давлению около 100 атм. При разработке угольного массива, находящиеся над ним пласты смещаются, и давление снижается до 10-50 атм. При этом из пор выделяется метан, который по трещинам и пустотам двигается в сторону меньшего давления — к выработке. Чтобы газ не попал в забой, из шахты бурят скважины, пересекающие зоны его движения, и до 70% газа уходит в эти скважины. При помощи вакуумного насоса его по системе труб откачивают на-гора.

В вентиляционной струе концентрация метана слишком низкая для промышленного использования. Однако эта проблема, в принципе, разрешима. Так, краснодарская фирма "Роском", основываясь на разработках Краснодарского политехнического института, начатых еще в 60-е годы, предложила шахте им.Засядько оптимальные технические решения этой проблемы.

Компания выиграла тендер, предложив использовать в проекте ее центробежный вихревой газожидкостный сепаратор (СЦВ), который дает возможность быстро и дешево выделить из любого потока его составляющие. Один сепаратор предназначен для отделения метана от шахтного воздуха с последующей его концентрацией до уровня, достаточного для сжижения или сжигания на тепловой электростанции. Второй был установлен в шахтный ствол, чтобы вентилируемый из лавы воздух поступал в "метановый" сепаратор уже очищенным от угольной пыли и влаги. Это необходимо, поскольку скапливаясь в грязевую смесь, данные компоненты регулярно забивают шахтные стволы, из-за чего насосная станция перестает справляться с прокачкой воздушно-грязевой массы с километровой глубины.

Разумеется, идея промышленной добычи метана до разработки угольных пластов гораздо более привлекательна со всех точек зрения. Однако технологических решений, пригодных для Украины, пока не существует. Возможно, они появятся в будущем, а пока все проекты добычи метана, которые реализуются в Украине, ориентированы, в первую очередь, на безопасность труда шахтеров.

Фактически, в рамках подобных проектов можно обеспечивать газом энергетические потребности только самой шахты.