1.4.3.3. Метан вугільних родовищ
В останні роки стає все більш очевидною об'єктивна необхідність вилучення і використання метану вугільних родовищ як енергоносія для промислових і комунальних потреб, незважаючи на те, що він на 35 – 40 % дорожчий природного газу.
За найпоширенішою теорією, метан та вугілля формуються разом під час карбонізації – процесу, в результаті якого рослинна біомаса перетворюється під впливом біологічних та геологічних умов на вугілля. Метан зберігається у вугільних пластах та вивільняється при видобуванні вугілля. Чим глибші поклади вугілля, тим більше метану знаходиться у вугільних пластах. Окрім цього, метан також викидається у процесі обробки, транспортування та зберігання вугілля.
Шахтний метан, як побічна корисна копалина, використовується понад 40 років. На метан вугільних родовищ як самостійну корисну копалину за кордоном звернули увагу після нафтової кризи 1973 року. У США ці роботи заохочувалися шляхом знижок у податках і кредитах. Запаси метану в США за даними нафтової ради й Інституту газової промисловості складають до глибини 900 м від 8,5 до 14 трлн. м3 при запасах вугілля 2520 млрд. т. Нині у США експлуатується понад 5000 свердловин, що добувають газ з вугільних шарів. В 2000 році видобуток метану з вугільних родовищ досяг приблизно 30 млрд. м3. Шахтні методи дегазації метану широко застосовуються в Німеччині, Англії, Австралії й інших країнах.
У Донецькому і Львівсько-Волинському басейнах метаноносність кам'яного вугілля коливається в межах 0,5–25 м3/т, антрацитів – до 35–40 м3/т. Ресурси метану в розвіданих кондиційних вугільних шарах до глибини 1800 м коливаються в межах 450–550 млрд. м3. У бокових породах акумульовано в 1,5–2 рази більше вуглеводних газів, ніж у вугільних шарах, тобто в них не менш 1,5–2 трлн. м3 метану. З урахуванням Львівсько-Волинського басейну можна вважати, що вугільні родовища України містять 2,5–3,0 трлн. м3 газу.
Теоретично й експериментально доведено, що метан у викопному вугіллі знаходиться в трьох станах: вільному в транспортних і закритих каналах і порах (в останні він потрапляє внаслідок твердотільної дифузії), адсорбований на їхній поверхні і розчинений в органічній масі.
Основні джерела викидів метану в Україні представлені на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Основні джерела викидів метану в Україні, 1998
В процесі видобутку вугілля викидається до 80% метану від усіх його викидів в енергетиці України. Із трьох нафтогазових районів на долю Донецького басейну припадає найбільша частка (рис. 1.7).
Зараз кооптований метан Донбасу використовується в шахтних котельнях для виробництва тепла, хоча й існують набагато більш ефективні способи його застосування. При цьому використовується усього близько 200 млн. м3 газу на рік, тобто менше третини всього кооптованого метану, в той час як залишок спалюється у факелах. Найефективнішим методом використання газу вугільних шарів є використання його як моторного палива для газотурбінних або газодизельних електроагрегатів з утилізацією тепла. Вже сьогодні при річному об'ємі кооптованого газу більше 600 млн. м3 добовий видобуток метану складає 1600–1700 тис. м3, що дозволяє забезпечити сумарну електричну потужність силових установок до 260 Мвт, а теплових установок – до 240 Гкал/год.
Нині метан утилізують лише на 62 шахтах в обсязі 80 млн. м3, або 4% об’єму газу, що виділяється щороку із шахт. З метою створення безпечних умов праці на шахтах Донбасу щороку виводять і скидають у повітря близько 3,5 млрд. м3 метану.
Рис. 1.7. Відносна частка викидів метану Львівсько-Волинського, Придніпровського та Донецького басейнів
У найближчі роки видобуток метану вугільних шарів планується довести до 3–4 млрд. м3 на рік, із подальшим подвоєнням об'ємів видобутку кожні 5 років, досягнувши 12 – 16 млрд. м3/рік після 2010–2015 років. Фахівцями інституту УкрНДІгаз були проведені техніко-економічні розрахунки схем утилізації метану шахтних об'єднань "Донецьквугілля" й "Макіїввугілля". Терміни окупності капіталовкладень склали відповідно 1,3 і 1,1 року. Зниження викидів СН4 при підземному видобутку вугілля і на подальших етапах обробки здійснюватиметься за рахунок попередньої дегазації шахтних ділянок при новому будівництві і реконструкції шахт, збільшенні ступеня утилізації метану при видобутку.
Безумовно, завдання видобутку метану із вугільних пластів – комплексне. Дегазація вугільних родовищ вкрай необхідна для підвищення безпеки вугільного виробництва. Загальнодержавною програмою розвитку мінерально-сировинної бази України на період до 2010 року, затвердженою Законом України від 22 лютого 2006 року № 3458–VI, передбачено впровадження ефективних технологій і технічних засобів для розвідки і видобутку метану з вугільних родовищ і доведення у 2010 році його видобутку до 8 млрд. м3.