Состояние газобезопасности и направления работ по совершенствованию дегазации и утилизации шахтного метана на Украине

1. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР (в трех томах); - М.: Недра, 1979-1980 гг.

2. Матвиенко Н.Г., Зимаков Б.М., Гурьянов В.В., Хрюкин В.Т., НатураВ.Г. Оценка коллекторских свойств угольных пластов применительно к условиям промысловой добычи метана. Сб. "Современные проблемы шахтного метана". - М.: МГГУ, 1999, с. 151-157.

3. Карасевич А.М., Хрюкин В.Т., Зимаков Б.М. и др. Кузнецкий бассейн - крупнейшая сырьевая база промысловой добычи метана из угольных пластов. - М., АГН, 2001, 64 с.

4. Аммосов ИИ, Еремин И.В. Трещиноватость углей. М., АН СССР, 1960.

5. Голицын М.В., Голицын А.М., Пронина Н.В. и др. Газоугольные бассейны России и мира. - М.: МГУ, 2002, 250 с.

6. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР (тома 1, 3, 5 и 7). - М.: Недра, 1963-1969 гг.

7. Угольная база России. Том 1 "Угольные бас-

сейны и месторождения Европейской части России". М., МПР РФ, ЗАО "Геоинформмарк", 2000, 483 с.

8. Иванов Б.М., Фейт Г.Н., Яновская М.Ф. Ме-

ханические и физико-химические свойства углей выбросоопасных пластов. - М.: Наука, 1979.

9. Багринцева К.И. Трещиноватость осадочных пород. - М.: Недра, 1982.

10. Массаротто П., Рудольф В., Гольдинг С. Но-

вое оборудование по определению 3-Д проницаемости помогает решать проблемы выделения метана. Доклады II Международной конференции "Сокращение эмиссии метана", Новосибирск, Сибирское отделение РАН, 2000, с. 392-402.

— Коротко об авторах -----------------------------------

Гурьянов Владимир Васильевич - профессор, доктор технических наук, Новикова И.А. - инженер,

Институт проблем комплексного освоения РАН.

----------------------------------------------- © В.В. Гурьянов, 2004

УДК 622.817.9:661.184.35 В.В. Гурьянов

СОСТОЯНИЕ ГАЗОБЕЗОПАСНОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ДЕГАЗАЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ ШАХТНОГО МЕТАНА НА УКРАИНЕ

Семинар № 5

ПКОН РАН поддерживает связь с научными организациями, предприятиями и производственно-деловыми структурами Украины по вопросам добычи угля подземным способом, дегазации шахт, заблаговременного извлечения (добычи) угольного метана и некоторым другим направлениям науки и техники. Среди этих организаций следует выделить ИГТМ НАН Украины, Национальную Горную Академию Украины, Институт экономики промышленности НАН Украины, Индустриальный союз Донбасса (ИСД), шахту им. А.Ф.Засядько. Сотрудничество с

этими организациями заключается в обмене научно-технической информацией по указанным вопросам, проведении встреч со специалистами России и Украины, участии в проводимых нашими странами научных конференциях и симпозиумах. В результате таких контактов, в частности, собрана и обобщена информация о состоянии газобезопасности на угольных шахтах Украины и намечаемых мерах по ее улучшению.

Угольные шахты Украины, особенно Донбасса, характеризуются сложнейшими горногеологическими условиями по сравнению с

другими странами. Средняя глубина разработки пластов превышает 720 метров, а 33 шахты работают на глубине 1000-1400 метров. Из 190 действующих шахт 90 процентов опасны по содержанию газа метана, 60 - по взрывам угольной пыли, 45 - по внезапным выбросам и горным ударам, 22 процента - по самовозгоранию угля. Среди ведущих стран мира Украина занимает 10 место по добыче угля, а по количеству погибших на шахтах - одно из первых [1].

Несмотря на значительное сокращение в течение последнего десятилетия объемов добычи угля и численности работников, уровень аварийности и смертельного травматизма не уменьшился. За этот период в подземных выработках произошло 38 взрывов газа и пыли, 78 вспышек метана, 1512 газодинамических явлений, 1376 завалов горных выработок, 702 подземных пожара, в результате чего погибло 3401 человек. В 2001 году травмировано 16 тысяч человек (295 человек - смертельно). За 3 месяца 2002 года погибло 64 человека, произошло 4 аварии с групповым травматизмом, в том числе из-за взрывов и вспышек метана.

Непосредственными причинами взрывов являются загазованность выработок из-за низкой эффективности их вентиляции и дегазации угольных пластов, запыленность горных выработок, несовершенство аппаратуры контроля за состоянием газового и пылевого режимов.

На протяжении 1991-2001 гг. средняя эффективность дегазации шахт уменьшилась с 23 до 17 процентов. Объем метана, извлеченного дегазационными системами, уменьшился с 590 до 230 млн. кубических метров за год. Количество шахт, использующих дегазацию, уменьшилось с 86 до 45. На 26 шахтах в дегазационных трубопроводах циркулируют взрывоопасные концентрации метана. Существующее на шахтах оборудование для бурения дегазационных скважин устарело и не обеспечивает необходимых параметров и режимов дегазации. Объемы дегазационного бурения с поверхности земли сократились в 20, а из подземных горных выработок - в 8 раз. Темпы бурения дегазационных скважин не соответствуют современным темпам ведения очистных работ [2]. Значительно увеличилось количество газодинамических явлений (внезапные выбросы угля и газа, суфлярные выделения газа в горные выработки и прочее). Их рост связан как с ухудшением горногеологических условий, так и с несовершенством прогнозирования

этих явлений из-за отсутствия методов и аппаратуры современного технического уровня.

Правительство Украины уделяет большое внимание вопросам улучшения работы угольных шахт и повышения уровня технической и экологической безопасности производства. Наглядным подтверждением этому является разработка и утверждение в 2001 г. программы «Украинский уголь» [1], предусматривающей меры по реструктуризации отрасли, реконструкции и техническому перевооружению предприятий. Кроме того разработана и в 2002 году утверждена комплексная программа дегазации угольных пластов [2].

В указанную программу включено 42 мероприятия по повышению эффективности дегазации угольных шахт Украины, каптации и утилизации угольного метана. Обращает на себя внимание комплексный характер этой программы. Ниже приводятся наиболее крупные мероприятия программы, обобщенные в виде 9 важных направлений.

1. Геологические аспекты дегазации и каптации угольного метана:

- разработка инструкции по изучению газоносности угольных месторождений на стадиях геологоразведочных работ;

- разработка инструкции по подсчету запасов метана угольных месторождений;

- повышение безопасности и эффективности разработки угольных месторождений на основе использования комплекса геолого-геофизических методов прогнозирования горногеологических условий и автоматической системы комплексного мониторинга отработки угольных пластов в Донецкой и Луганской областях;

- разработка геолого-геофизических методов прогнозирования зон сосредоточения свободного метана в углепородном массиве.

2. Совершенствование оборудования и инструмента для бурения дегазационных скважин:

- разработка проектной документации для налаживания производства станков современного уровня для бурения дегазационных скважин с поверхности земли;

- освоение, обновление и производство бурильного инструмента, буровых коронок и долот;

- приобретение бурильных станков и оборудования для подземной дегазации;

- приобретение бурового оборудования и технологической оснастки, в том числе иностранного производства, для бурения дегазационных скважин с поверхности;

- усовершенствование буровых станков типа Б-100.200 для дегазации шахт, изготовление опытных образцов и их испытание;

- создание бурового станка для подземной дегазации на базе станка СБГ.1М с дистанционным управлением.

3. Повышение эффективности дегазации шахт:

- разработка способа дегазации разгруженного от горного давления углепородного массива скважинами, пробуренными с поверхности, в том числе с использованием электрогид-роимпульсивного эффекта;

- разработка способов и методов повышения эффективности дегазации и борьбы с газодинамическими явлениями путем электрогид-равлического воздействия на горный массив;

- разработка технологии интенсификации извлечения метана из подземных дегазационных скважин путем обработки угленосного массива растворами активных веществ с учетом фазового состояния метана в угле и применения биотехнологий;

- исследование, испытание и внедрение биотехнологий деметанизации угледобывающих участков Донбасса;

- определение изотопного состояния углерода, водорода и кислорода, составляющих уголь, с целью определения источника и путей миграции метана в угольных пластах;

- разработка схем дегазации угольных пластов и вмещающих пород, предусматривающих обособление во времени и пространстве процессов добычи угля и дегазации массива;

- проведение промышленных испытаний способов первичной дегазации угольных пластов, неразгруженных от горного давления, через пробуренные из горных выработок скважины, в том числе путем гидродинамического воздействия;

- проверка состояния дегазационных систем, пересмотр проектов дегазации шахт, разработка и реализация мер по повышению эффективности дегазации угольных пластов;

- пересмотр разделов вентиляции, дегазации и противоаварийной защиты в проектах шахт, разработанных до 1985 г., приведение их в соответствие с нормативными актами.

4. Совершенствование контроля и управления дегазацией шахт и каптацией угольного метана:

- разработка и внедрение компьютерной технологии для повышения эффективности контроля за шахтными вентиляционными сис-

темами с учетом внедрения комплексной дегазации;

- создание и внедрение в производство системы автоматизации вакуум-насосных станций для дегазации угольных пластов скважинами, пробуренными из горных выработок шахт;

- внедрение на шахтах стационарной аппаратуры контроля режима дегазации;

- разработка и внедрение в производство комплекса технических средств контроля и управления технологическим процессом добычи метана с шахтного поля.

5. Комплексная дегазация и утилизация шахтного метана:

- реализация проекта комплексной дегазации и утилизации метана на шахтах Красноармейского района Донецкой области - «Красно-армейская-Западная №1», «Краснолиманская», им. А.Г.Стаханова;

- проведение исследовательско - промышленных работ по комплексной дегазации на арендном предприятии «Шахта им. А.Ф. Засядько»;

- разработка технико-экономического

обоснования целесообразности создания углегазодобывающих предприятий на примере шахт с повышенной газоносностью (им. А.Ф. Засядько, «Красноармейская - Западная», «Суходольская - Восточная»).

6. Добыча (первичная дегазация) угольного метана:

- создание и испытание новых технологий добычи метана угольных месторождений и дегазации угольных пластов;

- обеспечение реализации пилотного проекта по разведке, добыче и использованию метаноугольных месторождений;

- промышленное внедрение новых технологий гидроразрыва угольной толщи для проведения первичной дегазации.

7. Использование шахтного метана:

- создание на базе государственных хол-

динговых компаний «Макеевуголь» и «Крас-нодонуголь» исследовательско-промышлен-

ных полигонов для внедрения новых технологий утилизации метана;

- разработка технологий и оборудования для очистки и подготовки шахтного метана, предназначенного для поставки потребителям трубопроводным транспортом;

- разработка и внедрение когенерационных установок для комбинированного производства электрической и тепловой энергии на основе использования шахтного метана в качестве то-

плива в стационарных двигателях внутреннего сгорания;

- разработка проектов комплексного использования метана угольных месторождений на основе программно-компьютерных комплексов.

8. Экономическая оценка целесообразности попутной добычи и утилизации метана в различных горногеологических условиях.

9. Разработка правовой, нормативнотехнической и методической базы по дегазации шахт, каптированию и утилизации угольного метана:

- разработка проекта Закона «О метане угольных месторождений»;

- разработка положения по реализации Киотского протокола по получению финансирования за счет внедрения проектов по сокращению выбросов метана в атмосферу;

- разработка руководства по дегазации угольных шахт;

- разработка нормативной документации на проектирование, строительство и безопасную эксплуатацию технологических комплексов для дегазации угольных месторождений, транспортировку и утилизацию метана, добытого с пробуренных из поверхности земли скважин.

Анализ указанных мероприятий свидетельствует, что многие из них соответствуют направлениям работ, проводимых в России. Вместе с тем следует выделить мероприятия, особенно по вопросам комплексной дегазации и утилизации шахтного метана, которые находятся на стадии опытной апробации и подготавливаются к промышленной реализации, че-

го не наблюдается на угольных шахтах России. Кроме того необходимо отметить ряд мер, намечаемых Правительством Украины, представляющих несомненный интерес и для нашей страны.

С целью более глубокого ознакомления с этими работами в октябре 2002 г. была организована поездка сотрудников ИПКОН РАН и РГУ в Донбасс и посещение ИСД, ведущего подготовительные работы по добыче метана на ряде опытных участков в Донецкой и Луганской областях, а также арендного предприятия «Шахта им. А.Ф. Засядько», осуществляющего каптацию и утилизацию метана уже много лет и ведущего исследовательско-промышленные работы по реализации крупного проекта, ориентированного на добычу 250 млн. куб. м метана в год. Этим проектом предусматривается извлечение метана из различных источников его поступления: неразгруженных угольных пластов и пропластков, дегазационной системы шахты, подработанного массива и из выработанного пространства с использованием дегазационных скважин с поверхности и из подземных выработок. Для обеспечения возможности передачи каптированного метана в районную сеть газоснабжения предусматривается сооружение завода (по проекту США) по очистке метано-воздушной смеси и повышению концентрации в ней метана.

Изложенное свидетельствует о перспективности работ по комплексной дегазации шахт, добыче угольного метана и промышленном использовании этого энергоресурса, а также о необходимости расширения сотрудничества специалистов России и Украины в этой области.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кабінет міністрів України. Постанова від 19 вересня 2001 р. № 1205 «Про затвердження Програми Украінське вугілля».

2. Кабінет міністрів Украіни. Постанова від 6 липня 2002 р. № 939 «Про затвердження Програми підвищення безпеки праці на вугільних шахтах».

— Коротко об авторок ------------------------------------------------------------

Гурьянов Владимир Васильевич - профессор, доктор технических наук, Институт проблем комплексного освоения РАН.

-------------------------------------------------------------------- © В.В. Зберовский, 2004

УДК 622.831