ТЕХНОЛОГИИ (последнее)
Проблемы Поиск. Решения. ШАХТНЫЙ МЕТАН
Машиныи и моторы. Технологии и инновации. Оборудование.
Наша страна обладает крупнейшими месторождениями каменного угля - разведанные его запасы составляют 200,6 млрд. т. Однако добыча этого ценного минерального сырья сопряжена с немалыми трудностями. Они связаны не только с большими глубинами горных выработок (многие забои располагаются в 0,5 км, а то и значительно ниже от поверхности земли), но и с обильным содержанием газов в отечественных шахтах, занимающих по этому показателю первое место в мире.
Если в ФРГ на тонну угля приходится 3,6 кг метана, в США - 5, КНР - 6,7, Великобритании - 7,4, то в России - 8,3 кг. Из более сотни функционирующих в нашей стране шахт 82 (т.е. 80 %) опасны из-за этого попутного газа. А при нарушении режимов проветривания горных выработок возникают предпосылки для вспышек и взрывов газовоздушных смесей (безопасными по данному фактору их признают лишь тогда, когда содержание метана в воздушном потоке составляет не более 1 %).
Какими же причинами вызвано присутствие метана в каменноугольных пластах? Его образование генетически связано с метаморфизмом углей, т.е. процессом изменения их внутреннего строения, химического состава и физических свойств под действием температуры, давления и активности глубинных растворов (флюидов). Именно эти процессы, влияя на процент содержания углерода, выход летучих веществ, спекаемость, определяют марки углей. С учетом этих характеристик они делятся на длиннопламенные газовые, жирные, коксовые, отощенно-спекаюшиеся, тощие и антрациты. С глубиной залегания пластов газоносность* углей всех марок возрастает, хотя и в разной степени. Скажем, для длинно-пламенных при верхней границе зоны метана с 65 - 225 м показатель увеличивается с 11 - 15 м3 /т на глубинах 300 - 600 м до 16 - 20 м3 /т на глубинах 900 - 1200 м. Для коксующихся (верхняя граница присутствия газа 100 - 300 м) - с 15 - 25 м3 /т (300 - 600 м) до 23 - 34 м м3 /т (900 - 1200 м).
Первые крупные взрывы шахтного метана произошли в Великобритании и Германии в начале XIX в., когда проходку стали вести на глубинах 250 - 300 м и более, т.е. ниже зоны газового выветривания. О том, насколько грозную опасность представляет высокая загазованность шахт, говорит статистика аварий. За последние два столетия их число с погибшими от 50 до 100 шахтеров составило 112, каждая из 88 унесла жизни от 101 до 300 горняков, а в 29 случаях число погибших превысило 300 человек. Такие несчастья происходили в США, Великобритании, Германии,
* Газоосность - количество свободных и сорбированных газов, содержащихся в единице массы (или объема) горных пород в природных условиях (прим. ред.).
стр. 38
Индии, Китае, Чехии, Японии. В начале XX в. при интенсивном освоении Донецкого бассейна подобные катастрофы участились и на юге России.
Сложившаяся ситуация как за рубежом, так и в нашей стране подтолкнула разработку предупредительных мер, базирующихся на теоретических исследованиях газового фактора, вентиляционных режимов. газодинамики пластов. Формирование основ этого нового научного направления в немалой степени связано с именем Александра Скочинского (академик с 1935 г.). В 1938 г. он возглавил только что созданный Институт горного дела АН СССР, а в начале 60-х годов после передачи его в ведение союзного Министерства угольной промышленности стал первым директором этого учреждения. Благодаря успешному сочетанию фундаментальных и прикладных исследований отечественные специалисты значительно продвинули теорию и практику газовыделения, управления шахтной газодинамикой. В свою очередь, это способствовало более безопасным условиям ведения горных работ. В последние полтора десятилетия изучение метановой проблемы в основном было сосредоточено в Институте проблем комплексного освоения недр РАН, Институте горного дела им. А. А. Скочинского и Московском государственном горном университете. Что касается прикладных исследований, то ныне их ведут также в Восточном научно-исследовательском институте и Институте угля и углехимии СО РАН (Кемерово).
Сокращение добычи угля в 90-х годах не привело к уменьшению числа аварий в отечественных шахтах - наоборот, количество их увеличилось. И дело не только в изношенности оборудования, но и падении производственной дисциплины, игнорировании разработанных специалистами нормативных правил ведения горных работ. Не случайно в минувшем десятилетии по числу взрывов газа и угольной пыли, сопровождавшихся человеческими жертвами, в мировые "лидеры", наряду с КНР и Украиной, вышла и Россия. Вот почему снижение аварийности - одна из важнейших на сегодня задач.
Разумеется, решение се затрудняют и объективные причины, поскольку значительная часть шахт в нашей стране, как говорилось, газоопасна, объемы выделяемого в них метана с учетом различных горнотехнических условий составляют десятки и сотни кубических метров в минуту. Эти различия зависят от газоносности свиты угольных пластов и пород, технологии выемки угля и способа управления кровлей, производительности применяемой техники, а также от эффективности методов дегазации.
Содержание газов в отечественных рудных месторождениях гораздо ниже, чем в угольных шахтах. Объясняется это тем, что присутствующие в рудах газы чужды самому полезному ископаемому (например, соединениям металлов). Наибольшую опасность в рудниках представляет метан, проникающий из угольных и нефтеносных массивов, а также токсичный сероводород и вредный диоксид углерода из подземных вод.
Что же касается угольных месторождений, то скопление больших количеств газа в шахтном пространстве чревато не только вероятностью взрыва при появлении источников воспламенения. У рассматрива-
стр. 39
Причины воспламенения метановоздушных смесей в угольных шахтах Российской Федерации (1985 - 1994 гг.): a - взрывные работы (58 случаев); b - электрооборудование (28); c - фрикционное искрение (16); d - курение (10); e - прочие (9 случаев).
емой проблемы есть и другая составляющая - экологическая. В течение года угольные шахты России выделяют 1,25 - 1,3 млрд. м3 метана, и 96,5% его объема, к сожалению, выбрасывается в атмосферу*. В результате неизбежно ее загрязнение и собственно газом, и продуктами сгорания самого угля, хотя использование последнего вполне реально сократить при утилизации шахтного метана - весьма цепного и в таком случае экологически чистого энергоносителя (по теплоте сгорания его 1000 м3 эквивалентны 1,3- 1,5 т угля**). Он может служить топливом в установках по выработке электроэнергии и в котельных, применяться для подогрева воздуха, подаваемого в шахту, или для сушки угля на обогатительных фабриках.
Однако при весьма высоких общих ресурсах метана, оцененных геологами, например, в Кузбассе в 26.7 трлн м, на долю угольных пластов приходится лишь 6,6 трлн, остальное количество рассредоточено в породах и углистых включениях. В Воркутинском месторождении общие запасы этого газа составляют 3,2 - 4,2 трлн м3 , из них 1,9 - 2,6 трлн содержатся в угольных пластах. Доля же промышленных ресурсов газа, т.е. тех, которые могут быть извлечены и утилизированы применяемыми ныне или разрабатываемыми методами, не столь высока - 1,06 трлн м в Кузбассе и 0,5 трлн м в Воркуте. Но эти объемы, по нашему мнению, значительно завышены, поскольку при существующих технологиях промышленной добычи извлечь их проблематично. На сегодня экономически выгодно получать метан как попутное полезное ископаемое при подземной выемке угольных пластов. Однако по ряду объективных причин процент его утилизации в России пока низок. Так в целом количество каптируемого метана*** составляет 27% от общего его выделения в угольных шахтах страны, а соответствующая промышленная утилизация осуществляется вообще только в Воркуте, но и там даже зимой лишь 28% каптируемого газа применяют в практических целях, например, в качестве топлива в котельных. Вместе с тем опыт отдельных шахт в странах СНГ свидетельствует о возможности извлекать 50 - 55% выделяющихся объемов метана и рационально использовать 40 - 45% каптированных (в мировой практике известны и более высокие показатели).
Даже при низких концентрациях газа в воздушных потоках, выносимых из шахт вентиляционными установками, его нецелесообразно выбрасывать в атмосферу. Скажем, на шахте "Appin" (Австралия) построена мини-электростанция, функционирующая именно на таких низкокалорийных метаносодержащих газах. Кстати, саму идею подобной установки выдвинули и обосновали в Институте катализа им. П. К. Борескова СО РАН в 80-е годы XX в., но ее тогда не поддержали у нас в стране.
Разумеется, любой проект использования полезного ископаемого требует достоверных данных о его запасах. Мы попытались их получить применительно к угольному метану. В основу обоснования концепции добычи положили зависимости, описывающие процессы его выделения в скважины с учетом таких факторов, как глубина залегания, мощность, крепость и газоносность угольных пластов, их проницаемость и выход летучих веществ. Эти подходы применимы и для прогнозирования реальных ресурсов газа, т.е. тех, которые можно извлечь в условиях конкретных шахт.
* См.: Г. С. Голицын. Метан... и парниковый эффект. - Наука в России, 2002, N 6 (прим. ред.).
** См.: А. Я. Розовский. Моторное топливо из угля. - Наука в России, 2001, N6; Газ из угля. - Наука в России, 2005 N 1 (прим. ред.).
*** "Каптируемый метан - извлеченный из коллектора (угольные пласты, газосодержащие породы, выработанные пространства) через скважины и по трубам изолированно от рудничной атмосферы доставленный потребителю, либо выброшенный в атмосферу (прим. ред.).
стр. 40
причем за время, отведенное технологией ведения очистных работ.
В исследованиях мы опирались на ранее выполненные научные работы и публикации по вопросам ресурсов метана и объемов его выделения на шахтах России; результаты наблюдений и экспериментов по интенсивности метановыделения в скважины и изменению газоносности массива угля в зоне их влияния; показатели газовоздушных съемок в подготовительных выработках и замеры дебитов метана в дегазационных системах шахт. Массив данных оказался настолько велик, что обработать его удалось лишь с применением специальных математических методов.
Основными объектами изучения выбрали шахты Кузбасса (преимущественно южного) и Воркуты: в них применяют самые современные технологии и добывающую технику, проводят дегазацию пластов и выработанных пространств. Нас интересовали процессы выделения газа не только в действующих, но и в ликвидируемых шахтах, поскольку опустевшие выработки аккумулируют большие количества метана с возможным выходом его на поверхность.
В Северном геолого-экономическом районе нашей страны функционируют наиболее глубокие и обиль-
стр. 41
ные по содержанию газов шахты. В Воркутинском месторождении две из них - "Северная" и "Воркутинская" - приближаются к километровой отметке, а "Комсомольская" превысила этот уровень. В каждой из них выделяется от 70 до 150 м3 метана в минуту. Шахты, расположенные в Западно-Сибирском геолого-экономическом районе, менее глубоки (250 - 660 м) и газообильны (40 - 145 м3 /мин). Но в Кузбассе достигнуты наивысшие в России показатели добычи угля, что способствует росту объемов выделения метана.
Опыт работы шахт показал: в сходных горно-технических условиях в очистных забоях с содержанием 7 - 10 м3 метана на тонну угля добыча в 2 - 3 раза больше, чем на участках, где этот показатель составляет 20 - 60 м3 /т. В последних значительно чаше приходится останавливать технику из-за превышения норм метана в воздушных потоках. Принудительное же его извлечение с помощью традиционных схем снижает выделение газа лишь на 15 - 60%, а безопасная работа в таком забое возможна, если из него добывать не более 1500 - 2000 т угля в сутки - рентабельной в этой ситуации шахта не будет.
Современные угледобывающие машины позволяют выдавать из комплексно-механизированных за-
стр. 42
Комплекс способов и схем подземной дегазации угольных пластов: 1 - вакуум- насосная станция; 2 - наземный дегазационный газопровод; 3 - вертикальный ствол с проложенным по нему магистральным газопроводом; 4 - горные выработки; 5 - выработки с проложенным в них дистанционным газопроводом; 6 - дегазационные скважины при проведении подготовительных выработок; 7 - пластовые дегазационные скважины; 8 - дегазационные скважины на подрабатываемый пласт.
боев до 25 - 30 тыс. т угля в сутки. Однако такие показатели в газовых шахтах пока недостижимы и в лучшем случае составляют 10 - 15 тыс. т. Высокая производительность забоев приводит к тому, что на выемочном участке существенно увеличивается доля газа из разрабатываемого пласта - возможности вентиляционных систем ограничены и они не способны изменить опасную ситуацию. Этот фактор становится определяющим в призабойном пространстве лавы, и при ранее известных способах дегазации пласта технико-экономические показатели на участке будут оставаться низкими. Зато при реализации предложенных нами новых технологических схем эффективность этой операции возрастает в 1,5 - 2 раза. Среди них в числе уже хорошо себя зарекомендовавших на шахтах Караганды - перекрестное бурение подземных дегазационных скважин: одна часть - параллельно очистному забою, другая - ему навстречу. Выходящий газ собирается в трубопровод и вакуумным насосом выводится на поверхность для использования потребителем.
На Воркутинском месторождении дегазацию разгружаемых от горного давления угольных пластов ведут скважинами, пробуренными из горных выработок. Эффективность работ по уровню снижения метанообильности на участках добычи достигает 50 - 70% при дебитах каптируемого метана от 7 до 40 м3 /мин. Кстати, анализ состояния дегазационных работ на шахтах России показывает: удовлетворительно их ведут только в ОАО "Воркутауголь", где все 11 вакуум-насосных станций выдавали каптируемую смесь с содержанием метана не ниже 40 %. Аналогичные системы в Кузбассе и других регионах, по-видимому, требуют реконструкции.
Извлечение кондиционного метана, как показано нашими исследованиями, возможно при соблюдении следующих требований: во-первых, необходимо проводить как подземную (в глубоких шахтах), так и наземную дегазацию пластов, а не выработанного пространства; во-вторых, качественно герметизировать скважины; наконец, целесообразно использовать вакуумные насосы, производительность которых соответствует ожидаемому расходу метана и необходимой его концентрации в каптируемой смеси.
Экономический эффект от реализации указанных новых способов и схем дегазации на шахтах нашей страны составил 1.865 млрд. руб. (в ценах 2002 г.).
За разработку и промышленное внедрение комплекса высокоэффективных методов прогноза выделения газов и оригинальных способов интенсивного извлечения метана в отечественных шахтах и рудниках по результатам многолетних исследований коллектив авторов (руководитель Анатолий Рубан) удостоен премии Правительства Российской Федерации 2004 г. в области науки и техники.
Если в ФРГ на тонну угля приходится 3,6 кг метана, в США - 5, КНР - 6,7, Великобритании - 7,4, то в России - 8,3 кг. Из более сотни функционирующих в нашей стране шахт 82 (т.е. 80 %) опасны из-за этого попутного газа. А при нарушении режимов проветривания горных выработок возникают предпосылки для вспышек и взрывов газовоздушных смесей (безопасными по данному фактору их признают лишь тогда, когда содержание метана в воздушном потоке составляет не более 1 %).
Какими же причинами вызвано присутствие метана в каменноугольных пластах? Его образование генетически связано с метаморфизмом углей, т.е. процессом изменения их внутреннего строения, химического состава и физических свойств под действием температуры, давления и активности глубинных растворов (флюидов). Именно эти процессы, влияя на процент содержания углерода, выход летучих веществ, спекаемость, определяют марки углей. С учетом этих характеристик они делятся на длиннопламенные газовые, жирные, коксовые, отощенно-спекаюшиеся, тощие и антрациты. С глубиной залегания пластов газоносность* углей всех марок возрастает, хотя и в разной степени. Скажем, для длинно-пламенных при верхней границе зоны метана с 65 - 225 м показатель увеличивается с 11 - 15 м3 /т на глубинах 300 - 600 м до 16 - 20 м3 /т на глубинах 900 - 1200 м. Для коксующихся (верхняя граница присутствия газа 100 - 300 м) - с 15 - 25 м3 /т (300 - 600 м) до 23 - 34 м м3 /т (900 - 1200 м).
Первые крупные взрывы шахтного метана произошли в Великобритании и Германии в начале XIX в., когда проходку стали вести на глубинах 250 - 300 м и более, т.е. ниже зоны газового выветривания. О том, насколько грозную опасность представляет высокая загазованность шахт, говорит статистика аварий. За последние два столетия их число с погибшими от 50 до 100 шахтеров составило 112, каждая из 88 унесла жизни от 101 до 300 горняков, а в 29 случаях число погибших превысило 300 человек. Такие несчастья происходили в США, Великобритании, Германии,
* Газоосность - количество свободных и сорбированных газов, содержащихся в единице массы (или объема) горных пород в природных условиях (прим. ред.).
стр. 38
Индии, Китае, Чехии, Японии. В начале XX в. при интенсивном освоении Донецкого бассейна подобные катастрофы участились и на юге России.
Сложившаяся ситуация как за рубежом, так и в нашей стране подтолкнула разработку предупредительных мер, базирующихся на теоретических исследованиях газового фактора, вентиляционных режимов. газодинамики пластов. Формирование основ этого нового научного направления в немалой степени связано с именем Александра Скочинского (академик с 1935 г.). В 1938 г. он возглавил только что созданный Институт горного дела АН СССР, а в начале 60-х годов после передачи его в ведение союзного Министерства угольной промышленности стал первым директором этого учреждения. Благодаря успешному сочетанию фундаментальных и прикладных исследований отечественные специалисты значительно продвинули теорию и практику газовыделения, управления шахтной газодинамикой. В свою очередь, это способствовало более безопасным условиям ведения горных работ. В последние полтора десятилетия изучение метановой проблемы в основном было сосредоточено в Институте проблем комплексного освоения недр РАН, Институте горного дела им. А. А. Скочинского и Московском государственном горном университете. Что касается прикладных исследований, то ныне их ведут также в Восточном научно-исследовательском институте и Институте угля и углехимии СО РАН (Кемерово).
Сокращение добычи угля в 90-х годах не привело к уменьшению числа аварий в отечественных шахтах - наоборот, количество их увеличилось. И дело не только в изношенности оборудования, но и падении производственной дисциплины, игнорировании разработанных специалистами нормативных правил ведения горных работ. Не случайно в минувшем десятилетии по числу взрывов газа и угольной пыли, сопровождавшихся человеческими жертвами, в мировые "лидеры", наряду с КНР и Украиной, вышла и Россия. Вот почему снижение аварийности - одна из важнейших на сегодня задач.
Разумеется, решение се затрудняют и объективные причины, поскольку значительная часть шахт в нашей стране, как говорилось, газоопасна, объемы выделяемого в них метана с учетом различных горнотехнических условий составляют десятки и сотни кубических метров в минуту. Эти различия зависят от газоносности свиты угольных пластов и пород, технологии выемки угля и способа управления кровлей, производительности применяемой техники, а также от эффективности методов дегазации.
Содержание газов в отечественных рудных месторождениях гораздо ниже, чем в угольных шахтах. Объясняется это тем, что присутствующие в рудах газы чужды самому полезному ископаемому (например, соединениям металлов). Наибольшую опасность в рудниках представляет метан, проникающий из угольных и нефтеносных массивов, а также токсичный сероводород и вредный диоксид углерода из подземных вод.
Что же касается угольных месторождений, то скопление больших количеств газа в шахтном пространстве чревато не только вероятностью взрыва при появлении источников воспламенения. У рассматрива-
стр. 39
Причины воспламенения метановоздушных смесей в угольных шахтах Российской Федерации (1985 - 1994 гг.): a - взрывные работы (58 случаев); b - электрооборудование (28); c - фрикционное искрение (16); d - курение (10); e - прочие (9 случаев).
емой проблемы есть и другая составляющая - экологическая. В течение года угольные шахты России выделяют 1,25 - 1,3 млрд. м3 метана, и 96,5% его объема, к сожалению, выбрасывается в атмосферу*. В результате неизбежно ее загрязнение и собственно газом, и продуктами сгорания самого угля, хотя использование последнего вполне реально сократить при утилизации шахтного метана - весьма цепного и в таком случае экологически чистого энергоносителя (по теплоте сгорания его 1000 м3 эквивалентны 1,3- 1,5 т угля**). Он может служить топливом в установках по выработке электроэнергии и в котельных, применяться для подогрева воздуха, подаваемого в шахту, или для сушки угля на обогатительных фабриках.
Однако при весьма высоких общих ресурсах метана, оцененных геологами, например, в Кузбассе в 26.7 трлн м, на долю угольных пластов приходится лишь 6,6 трлн, остальное количество рассредоточено в породах и углистых включениях. В Воркутинском месторождении общие запасы этого газа составляют 3,2 - 4,2 трлн м3 , из них 1,9 - 2,6 трлн содержатся в угольных пластах. Доля же промышленных ресурсов газа, т.е. тех, которые могут быть извлечены и утилизированы применяемыми ныне или разрабатываемыми методами, не столь высока - 1,06 трлн м в Кузбассе и 0,5 трлн м в Воркуте. Но эти объемы, по нашему мнению, значительно завышены, поскольку при существующих технологиях промышленной добычи извлечь их проблематично. На сегодня экономически выгодно получать метан как попутное полезное ископаемое при подземной выемке угольных пластов. Однако по ряду объективных причин процент его утилизации в России пока низок. Так в целом количество каптируемого метана*** составляет 27% от общего его выделения в угольных шахтах страны, а соответствующая промышленная утилизация осуществляется вообще только в Воркуте, но и там даже зимой лишь 28% каптируемого газа применяют в практических целях, например, в качестве топлива в котельных. Вместе с тем опыт отдельных шахт в странах СНГ свидетельствует о возможности извлекать 50 - 55% выделяющихся объемов метана и рационально использовать 40 - 45% каптированных (в мировой практике известны и более высокие показатели).
Даже при низких концентрациях газа в воздушных потоках, выносимых из шахт вентиляционными установками, его нецелесообразно выбрасывать в атмосферу. Скажем, на шахте "Appin" (Австралия) построена мини-электростанция, функционирующая именно на таких низкокалорийных метаносодержащих газах. Кстати, саму идею подобной установки выдвинули и обосновали в Институте катализа им. П. К. Борескова СО РАН в 80-е годы XX в., но ее тогда не поддержали у нас в стране.
Разумеется, любой проект использования полезного ископаемого требует достоверных данных о его запасах. Мы попытались их получить применительно к угольному метану. В основу обоснования концепции добычи положили зависимости, описывающие процессы его выделения в скважины с учетом таких факторов, как глубина залегания, мощность, крепость и газоносность угольных пластов, их проницаемость и выход летучих веществ. Эти подходы применимы и для прогнозирования реальных ресурсов газа, т.е. тех, которые можно извлечь в условиях конкретных шахт.
* См.: Г. С. Голицын. Метан... и парниковый эффект. - Наука в России, 2002, N 6 (прим. ред.).
** См.: А. Я. Розовский. Моторное топливо из угля. - Наука в России, 2001, N6; Газ из угля. - Наука в России, 2005 N 1 (прим. ред.).
*** "Каптируемый метан - извлеченный из коллектора (угольные пласты, газосодержащие породы, выработанные пространства) через скважины и по трубам изолированно от рудничной атмосферы доставленный потребителю, либо выброшенный в атмосферу (прим. ред.).
стр. 40
причем за время, отведенное технологией ведения очистных работ.
В исследованиях мы опирались на ранее выполненные научные работы и публикации по вопросам ресурсов метана и объемов его выделения на шахтах России; результаты наблюдений и экспериментов по интенсивности метановыделения в скважины и изменению газоносности массива угля в зоне их влияния; показатели газовоздушных съемок в подготовительных выработках и замеры дебитов метана в дегазационных системах шахт. Массив данных оказался настолько велик, что обработать его удалось лишь с применением специальных математических методов.
Основными объектами изучения выбрали шахты Кузбасса (преимущественно южного) и Воркуты: в них применяют самые современные технологии и добывающую технику, проводят дегазацию пластов и выработанных пространств. Нас интересовали процессы выделения газа не только в действующих, но и в ликвидируемых шахтах, поскольку опустевшие выработки аккумулируют большие количества метана с возможным выходом его на поверхность.
В Северном геолого-экономическом районе нашей страны функционируют наиболее глубокие и обиль-
стр. 41
ные по содержанию газов шахты. В Воркутинском месторождении две из них - "Северная" и "Воркутинская" - приближаются к километровой отметке, а "Комсомольская" превысила этот уровень. В каждой из них выделяется от 70 до 150 м3 метана в минуту. Шахты, расположенные в Западно-Сибирском геолого-экономическом районе, менее глубоки (250 - 660 м) и газообильны (40 - 145 м3 /мин). Но в Кузбассе достигнуты наивысшие в России показатели добычи угля, что способствует росту объемов выделения метана.
Опыт работы шахт показал: в сходных горно-технических условиях в очистных забоях с содержанием 7 - 10 м3 метана на тонну угля добыча в 2 - 3 раза больше, чем на участках, где этот показатель составляет 20 - 60 м3 /т. В последних значительно чаше приходится останавливать технику из-за превышения норм метана в воздушных потоках. Принудительное же его извлечение с помощью традиционных схем снижает выделение газа лишь на 15 - 60%, а безопасная работа в таком забое возможна, если из него добывать не более 1500 - 2000 т угля в сутки - рентабельной в этой ситуации шахта не будет.
Современные угледобывающие машины позволяют выдавать из комплексно-механизированных за-
стр. 42
Комплекс способов и схем подземной дегазации угольных пластов: 1 - вакуум- насосная станция; 2 - наземный дегазационный газопровод; 3 - вертикальный ствол с проложенным по нему магистральным газопроводом; 4 - горные выработки; 5 - выработки с проложенным в них дистанционным газопроводом; 6 - дегазационные скважины при проведении подготовительных выработок; 7 - пластовые дегазационные скважины; 8 - дегазационные скважины на подрабатываемый пласт.
боев до 25 - 30 тыс. т угля в сутки. Однако такие показатели в газовых шахтах пока недостижимы и в лучшем случае составляют 10 - 15 тыс. т. Высокая производительность забоев приводит к тому, что на выемочном участке существенно увеличивается доля газа из разрабатываемого пласта - возможности вентиляционных систем ограничены и они не способны изменить опасную ситуацию. Этот фактор становится определяющим в призабойном пространстве лавы, и при ранее известных способах дегазации пласта технико-экономические показатели на участке будут оставаться низкими. Зато при реализации предложенных нами новых технологических схем эффективность этой операции возрастает в 1,5 - 2 раза. Среди них в числе уже хорошо себя зарекомендовавших на шахтах Караганды - перекрестное бурение подземных дегазационных скважин: одна часть - параллельно очистному забою, другая - ему навстречу. Выходящий газ собирается в трубопровод и вакуумным насосом выводится на поверхность для использования потребителем.
На Воркутинском месторождении дегазацию разгружаемых от горного давления угольных пластов ведут скважинами, пробуренными из горных выработок. Эффективность работ по уровню снижения метанообильности на участках добычи достигает 50 - 70% при дебитах каптируемого метана от 7 до 40 м3 /мин. Кстати, анализ состояния дегазационных работ на шахтах России показывает: удовлетворительно их ведут только в ОАО "Воркутауголь", где все 11 вакуум-насосных станций выдавали каптируемую смесь с содержанием метана не ниже 40 %. Аналогичные системы в Кузбассе и других регионах, по-видимому, требуют реконструкции.
Извлечение кондиционного метана, как показано нашими исследованиями, возможно при соблюдении следующих требований: во-первых, необходимо проводить как подземную (в глубоких шахтах), так и наземную дегазацию пластов, а не выработанного пространства; во-вторых, качественно герметизировать скважины; наконец, целесообразно использовать вакуумные насосы, производительность которых соответствует ожидаемому расходу метана и необходимой его концентрации в каптируемой смеси.
Экономический эффект от реализации указанных новых способов и схем дегазации на шахтах нашей страны составил 1.865 млрд. руб. (в ценах 2002 г.).
За разработку и промышленное внедрение комплекса высокоэффективных методов прогноза выделения газов и оригинальных способов интенсивного извлечения метана в отечественных шахтах и рудниках по результатам многолетних исследований коллектив авторов (руководитель Анатолий Рубан) удостоен премии Правительства Российской Федерации 2004 г. в области науки и техники.
Опубликовано 29 июня 2014 года
Новые статьи на library.by:
ТЕХНОЛОГИИ:
Комментируем публикацию: Проблемы Поиск. Решения. ШАХТНЫЙ МЕТАН
подняться наверх ↑
ССЫЛКИ ДЛЯ СПИСКА ЛИТЕРАТУРЫ
По стандарту ВАК Республики Беларусь
Стандарт используется в белорусских учебных заведениях различного типа.
По ГОСТу Российской Федерации
Для образовательных и научно-исследовательских учреждений РФ
Прямой URL на данную страницу для блога или сайта
Предполагаемый источник
Полностью готовые для научного цитирования ссылки. Вставьте их в статью, исследование, реферат, курсой или дипломный проект, чтобы сослаться на данную публикацию №1404034179 в базе LIBRARY.BY.
подняться наверх ↑
ПАРТНЁРЫ БИБЛИОТЕКИ рекомендуем!
подняться наверх ↑
ОБРАТНО В РУБРИКУ?
Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY в VKновости, VKтрансляция и Одноклассниках, чтобы быстро узнавать о событиях онлайн библиотеки.
Добавить статью
Обнародовать свои произведения
Редактировать работы
Для действующих авторов
Зарегистрироваться
Доступ к модулю публикаций