О запасах метана в Печорском угольном бассейне

© Ю.В. Шувалов, В.Н. Бобровников, И.Е. Плиско, В.В. Соболев,

А.А. Шилов, 2002

УДК 622.411.33

Ю.В. Шувалов, В.Н. Бобровников, И.Е. Плиско, В.В. Соболев, А.А. Шилов

О ЗАПАСАХ МЕТАНА В ПЕЧОРСКОМ УГОЛЬНОМ БАССЕЙНЕ

Н

а современном этапе и в обозримом будущем развития общества важнейшим источником энергии является уголь. Вместе с тем добыча угля по ресурсосберегающей технологии, комплексное освоение месторождений позволяет попутно получать и использовать один из наиболее возможных нетрадиционных источников энергетических ресурсов - метан угольных месторождений.

Добыча метана (извлечение дегазационными системами) неизбежна, это необходимая технологическая часть процесса угледобычи для обеспечения безопасности горных работ. На передний план выдвигается обеспечение безопасности разработки газоносных угольных пластов за счет заблаговременного извлечения метана из угленосной толщи с дальнейшим его использованием как энергоносителя или химического сырья. Это позволит сэкономить значительное количество угля, что дает и экологический, и экономический эффект: только 1 млн м3 метана может заменить 1300 т угля.

Таким образом, оценка ресурсов метана (как попутного полезного ископаемого), сосредоточенного в Печорском угольном бассейне, на разрабатываемых полях и разведываемых площадях является актуальной. Уже сейчас многие газоносные угольные месторождения или районы бассейнов могут и должны рассматриваться как метаноугольные. По оценкам, в угледобывающих шахтах мира ежегодно выделяется около 35-40 млрд м3 метана. Через дегазационную сеть на поверхность

отводится около 5,5 млрд м3/год (14-16 %) [1].

Печорский угольный бассейн располагается на крайнем северо-востоке европейской части России, занимая площадь около 30 тыс. км2. В бассейне работают 11 шахт, добывающих в год около 20 млн т угля. Территория бассейна представляет собой возвышенную равнину (абсолютные отметки +100 - +250 м). Температура воздуха колеблется от +30 до -50 °С, среднегодовая температура в зависимости от района колеблется от -2,9 °С (южные районы) до -7,4 °С (северная часть бассейна). Почти для всего бассейна характерно наличие вечной мерзлоты. В данной работе рассматриваются угольные месторождения следующих районов: район северо-восточного склона Пай-Хоя; район юго-западного склона Пай-Хоя; Хальмерьюсский район; Вор-кутский район; районы северной части Косью-Роговской мегасинклинали. Действующие шахты рассматриваемой части бассейна располагаются в Воркутском районе (7 шахт).

Основными продуктивными частями разреза угленосной толщи Печорского бассейна являются воркут-ская и печорская серии. В разрезе воркутской серии насчитывается до 160 угольных пластов (пропласт-ков) при суммарной мощности 50-70 м. Наиболее угленасыщенной является средняя часть воркутской серии - рудницкая подсвита. Особенно угленасыщенным является пакет N. Основное промышленное значение имеют пласты этого пакета П14, П1з, П12, пп. На Воркутском месторождении три верхних пласта образуют один пласт Тройной (п14+13+12). На северо-западе Воркут-ского и на Воргашорском месторо-

ждении все четыре пласта сливаются в один пласт Мощный (п14+13+12+11), а далее на юг, на Усинском месторождении происходит расщепление снова до образования самостоятельных пластов п14, п13, п12, п11. Количество пластов в печорской серии достигает более 110 при их суммарной мощности около 70 м. Из них в нижней продуктивной части разреза серии (Сейдинская свита) содержится 16-20 пластов суммарной мощностью до 27 м.

Угольные пласты воркутской и печорской серии в целом характеризуются довольно устойчивым петрографическим составом, содержание микрокомпонентов группы витринита в них составляет 75 %. Углевмещающие породы Печорского бассейна представлены преимущественно песчаниками, алевролитами и аргиллитами с включениями угольного вещества.

Планомерное и систематическое исследование газоносности угленосной толщи Печорского бассейна началось в 1952 году силами Московского геологоразведочного института совместно с ЦНИБ комбината «Воркутауголь» (ныне институт «ПечорНИИпроект»). В период 1986-90 гг. под руководством А.В. Подмаркова (ПО «Полярно-уралгеология») в Печорском бассейне продолжалось изучение природной метаноносности угольных пластов и вмещающих пород на разведываемых шахтных полях. К настоящему времени практически полностью изучена газоносность шахтных полей и участков Воркут-ского и Усинского месторождений, несколько менее газоносность отдельных полей Воргашорского месторождения. Изучалась газоносность Хальмерьюсского, Верхне-сырьягинского и Нижнесырьягин-ского месторождений. Имеются данные о газоносности угольных месторождений северо-восточного и юго-западного Пай-Хоя.

Природная газоносность угольных пластов определялась преимущественно прямым методом с помощью герметических газокернона-борников. Для изучения природной метаноносности угольных пластов на Хальмерьюсском, Верхнесырья-гинском, Нижнесырьягинском, Вор-

кутском, Воргашорском, Усинском и Сейдинском месторождениях исследовано более 2000 проб. Установлено, что в метановой зоне природная метаноносность угольных пластов имеет криволинейную зависимость от глубины погружения пластов (считая по вертикали от поверхности метановой зоны), причем происходит постепенное увеличение ступени нарастания метано-носности с глубиной от 10-15 до 70-90 м.

Низкая степень подвижности сорбированного метана, заключенного в угольных пластах и пропла-стках, ограниченные возможности его извлечения пока не позволяют экономически эффективно вести добычу метана как самостоятельного полезного ископаемого. Для попутной добычи метана из угольных пластов в настоящее время используется специальная технология его извлечения (отличная от традиционной газопромысловой) при подготовке шахтных полей к освоению и в процессе разработки угольных пластов.

Выделение зон распространения угольных пластов, перспективных на попутное использование метана в Печорском бассейне, проводилось на полях действующих, строящихся и проектируемых шахт, а также на детально и предварительно разведанных, на остальных разведываемых и перспективных для разведки участках. Учтены площади, по которым произведена только прогнозная оценка ресурсов угля. Зоны распространения угольных пластов, перспективных на попутное извлечение и использование метана, выделены в пределах глубин подсчета запасов и оценки ресурсов углей, проведенных в бассейне до глубины 1800 м.

Принято считать целесообразным применение дегазации при ме-таноносности угольных пластов более 10 м3/т. Величина 10 м3/т принята как критерий перспективности угольных пластов на попутное извлечение метана (параметр, определяющий границы зон, перспективных на попутное извлечение метана).

Оценка ресурсов метана в угольных пластах Печорского бассейна выполнена в соответствии с

требованиями нормативных документов (Д.Е. Разварин). Оценка включала метан, заключенный в угольных пластах мощностью 0,5 м и более с метаноносностью более 10м3/т, которые дегазируются в шахтах или подлежат дегазации в будущем, а также метан, заключенный в нерабочих (некондиционных) пластах и прослоях угля (мощность от 0,05 до 0,5 м), залегающих в зоне действующей или возможной (по метаноносности) шахтной дегазации.

В ходе оценок установлено, что прогнозные ресурсы метана в угольных месторождениях Печорского бассейна составляют 1942 млрд м3, в том числе в угольных пластах мощностью 0,5 м и более его содержится 1575 млрд м3 (89 %), а в маломощных угольных пластах и пропластках - 367 млрд м3 (11 %). Причем, имеет смысл рассматривать метан как попутное полезное ископаемое только для северо-восточной части Печорского бассейна, где распространены угли марок от Г до ПА.

Угольные месторождения южной части Усинской впадины (или, что то же самое: Косью-Роговской мегасинклинали) и гряды Чернышева с точки зрения присутствия в них сорбированного метана, как попутного полезного ископаемого, являются бесперспективными, что не исключает встречи в них залежей свободного метана в литологических и тектонических ловушках.

Расчеты показывают, что доля запасов метана в угленосных районах такова: Воркутский район - 54 %; Хальмерьюсский район - 26 %; юго-западный Пай-Хой - 20 %. На освоенном Воркутском, осваиваемом Воргашорском и подлежащем освоению Усинском угольном месторождении заключено около 30% всего учтенного в бассейне метана (около 540 млрд м3). Если учесть, что традиционные газовые месторождения при величине извлекаемых запасов 100-500 млрд м3 газа относятся к крупным, то с учетом сказанного выше Воркутское, Усин-ское и Воргашорское угольные месторождения могут в ближайшем будущем представить большой интерес и как газовые месторождения. Освоение газово-угольных место-

рождений Хальмерьюсского района и юго-западного Пай-Хоя, где сосредоточено 46 % ресурсов метана, видимо, произойдет в отдаленной перспективе.

Таким образом, результаты оценки ресурсов метана, заключенного в угольных пластах до глубины 1800 м, позволяют рассматривать Печорский бассейн, как крупный источник нетрадиционного углеводородного сырья - метана угольных пластов.

По степени перспективности можно выделить следующие зоны распространения угольных пластов: а) зоны, перспективные на использование попутно добываемого метана - поля действующих шахт Воркутского и Воргашорского месторождений; б) зоны, перспективные на попутное извлечение и использование метана - поля, подготовленные к строительству шахт (Усинское, Воргашорское месторождения, юг Воркутского месторождения); в) зоны, перспективные на попутное извлечение метана в отдаленном будущем (место-рождения юго-западного Пай-Хоя).

Дальнейшие работы по изучению газоносности угленосной толщи, подсчету запасов и оценке ресурсов метана в Печорском угольном бассейне целесообразно вести по следующим направлениям: 1)

корректировка прогнозных оценок метаноносности угольных пластов; 2) выяснение влияния геологических факторов (тек-тоника, угленосность и др.) на эффективность дегазации и извлекаемость метана из угольных пластов при различных способах и технических средствах дегазации.

Объемы метана, содержащиеся в угленосной толще месторождений Печорского бассейна, позволяют рассматривать их не только как угольные, но и как газовые месторождения.

При проектировании, строительстве и эксплуатации шахт необходимо учитывать в угленосной толще шахтных полей наличие скоплений свободных газов (метана). Эти подвижные свободные газы в породах легко поддаются извлечению и могут представить интерес и как попутное полезное ископаемое.

«НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2001» СЕМИНАР № 18

----------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Айруни А.Т., Сергеев И.В., Забурдяев В.С. и др. Проблемы разработки метаноносных пластов в Кузнецком угольном бассейне. - М., Издательство Академии горных наук, 1997. - 463 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Шувалов Юрий Васильевич — профессор, доктор технических наук цент, Санкт-Петербургский государственный горный институт (СПГГИ). Бобровников Владимир Николаевич - доктор технических наук цент, филиал СПГГИ Воркутинский горный институт.

Плиско Игорь Евгеньевич - инженер, филиал СПГГИ Воркутинский горный институт.

Соболев Виктор Васильевич - кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.

Шилов Анатолий Алексеевич — кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.