Полная версия

Главная arrow Прочие arrow Безопасность в техносфере, 2015, вып. 5 (56) -

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Введение

Добыча каменного угля из угольных пластов подземным способом связана с обеспечением безопасности ведения работ из-за выделения шахтного метана (ШМ), т.е. газа, который в результате процесса формирования угленосных отложений находится в тесной связи с углем, образуя твердый углеметановый раствор. Эмиссия (или освобождение) ШМ возникает при добыче из-за нарушения термодинамического состояния равновесия в системе «газ-уголь».

В состав газов угольных месторождений входят метан и другие продукты метаморфизма угля — тяжелые гомологи метана, водород Н2, сероводород

H2S, а также газы воздушного происхождения (диоксид углерода С02, азот N2 и инертные газы), которые в процессе газового выветривания проникают в угольный пласт [1]. Компонентный состав шахтного газа определяется газовой зональностью угольного пласта (табл. 1).

Для снижения выбросов метана в горные выработки применяют дегазацию — технологический процесс по сбору и изолированному от горных выработок выводу ШМ на поверхность. Система дегазации требует сооружения подземной дегазационной системы и надземных технических устройств. Характеристики метано-воздушной смеси (МВС), откачиваемой из угольТаблица 1

Состав газов метановой зоны угольных месторождений [2]

Бассейн

Содержание, % об.

сн4

со2

N2

н2

гомологи метана

Донецкий

80,0-99.5

0-9,0

0,5-18,0

0-11,0

0-2,5

Кузнецкий

80,0-99,5

0,4-5,5

0-18,0

0-18,4

0-12,5

Карагандинский

70-99,3

о

о

о

0-10,0

0-10,0

0-0,1

Норильский

70-99,0

0,1-0

0,1-24,0

0-14,0

присутствуют

ного пласта с помощью вакуум-насосных станций (ВНС), существенно зависят от схемы дегазации. При откачке через горизонтальные и наклонные подземные скважины концентрация СН4 невысокая и находится в диапазоне 15-55% по причине подсоса воздуха от действующих выработок, а в случае применения вертикальных дегазационных скважин концентрация метана составляет 80-98%.

Параметры МВС, извлеченной на земную поверхность системой дегазации, определяются многими факторами: составом ШМ в угольном пласте, технологической схемой дегазации, влиянием горных работ и т.д. Получение даже двумерной модели, описывающей закономерности движения МВС по угольному пласту, является трудоемкой научной задачей, поэтому на практике расчетные значения параметров МВС всегда корректируются измерениями.

Важным элементом в схеме утилизации ШМ является блок газоподготовки, который обеспечивает контролирование и регулирование параметров топливной смеси во времени. На этом этапе из МВС улавливаются твердые примеси и капельная влага, осуществляется контролирование концентрации метана для обеспечения безопасности, регулируется давление на выходе из вакуумных насосов и сброс избытков газа на свечу. Следует отметить, что утилизация МВС с содержанием метана ниже 25% запрещена. В соответствии с рекомендациями и положениями РД-15-09-2006 «Методические рекомендации о порядке дегазации в угольных шахтах» [3] разработана принципиальная схема газоподготовки МВС на основе жидкостно-кольцевого насоса для энергетической станции на базе газотурбинных установок (рис. 1).

Упрощенная технологическая схема дегазационной установки с сепаратором капельной влаги

Рис. 1. Упрощенная технологическая схема дегазационной установки с сепаратором капельной влаги

До недавнего времени извлечение из угольных пластов ШМ осуществлялось лишь для обеспечения безопасности горных работ и большая часть его выбрасывалась в атмосферу. Например, в 1990 г. при добыче угля в целом было утилизировано в качестве источника энергии только 4,2% общих выбросов метана, или 1,3 млрд м3 [4]. Однако неуклонно возрастающий спрос на первичные энергоносители и мировая практика по ужесточению норм выбросов подталкивают угледобывающую промышленность к освоению новых технологий дегазации и рациональному использованию энергоресурса — метана угольных пластов.

Неконтролируемые выбросы ШМ в атмосферу оказывают очень негативное влияние на состояние окружающей среды, поскольку 1 т метана по своему участию в создании парникового эффекта эквивалентна 21 т диоксида углерода. В связи с этим международным сообществом принято решение увеличивать привлекательность эмиссионных проектов, целью которых является утилизация ШМ, в рамках выполнения ст. 6 Киотского протокола за счет их дополнительного финансирования [5].

Для угольной промышленности России, которая обладает значительными запасами каменного угля и разрабатывает наиболее метаноносные в мире угольные пласты, существует большой потенциал для утилизации ШМ (рис. 2). Так, ресурсы ШМ в России оцениваются в 72-79 трлн м3, что сопоставимо с ресурсами природного газа, а выбросы его в атмосферу ежегодно составляют около 2 млрд м3 [4, 6]. С другой стороны, во многих угледобывающих центрах России вследствие высокой концентрации промышленности техногенная нагрузка на окружающую среду приводит к серьезным экологическим проблемам. Так, для Кузбасса, который одновремен-

Добыча угля подземным способом в РФ [7]

Рис. 2. Добыча угля подземным способом в РФ [7]

Resource Saving

но является наиболее привлекательным регионом с точки зрения ресурсов ШМ (13 трлн м3) и регионом, крайне нуждающимся в улучшении экологической обстановки, утилизация ШМ станет рациональным шагом.

В мировой практике к настоящему времени наиболее распространенной и вместе с тем наиболее простой технологией использования ШМ является сжигание их в факеле. Современный подход, позволяющий значительно снизить выбросы парниковых газов в атмосферу и рационально использовать даровой энергоресурс, подразумевает использование шахтного метана в тепловых котельных установках или установках для выработки электричества.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>