Анализ использования природно-техногенного потенциала угледобывающих предприятий России

© Л.В. Рыбак, 2012

УДК 622 Л.В. Рыбак

АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННОГО ПОТЕНЦИАЛА УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ РОССИИ

Приводится анализ состояния использования природного (запасов угля и метана в недрах) и техногенного потенциала (отходов, шахтных вод, метана, подземного пространства и др.) на угледобывающих предприятиях.

Ключевые слова: угледобывающее производство, газовое месторождение, угольная промышленность.

В соответствии с теоретическими представлениями, угледобывающее производство является тем инструментом общества, который позволяет извлекать природные запасы угля и шахтного метана из угольных месторождений.

Поэтому, основываясь на результатах их деятельности можно судить о степени освоения природного потенциала, заключающегося в оценке извлечения имеющихся в угольных месторождениях запасов угля, газа и других природных ресурсов.

Развитие угледобывающего производства на предприятиях отрасли сопряжено с освоением природных запасов угля либо в отдельных участках, либо в масштабах всего разрабатываемого месторождения.

В то же время, в результате функционирования шахт и разрезов, как правило, осваивается только часть запасов угля расположенных в пределах шахтных полей. То есть, только часть того природного потенциала, которым обладает конкретный участок или разрабатываемое месторождение угля.

Таким образом, результаты работы предприятий угольной отрасли можно рассматривать не только с точки зрения эффективности производственно-

хозяйственной деятельности, но и степени освоения ими природного потенциала угольных месторождений.

Данное обстоятельство имеет важное значения, так как отражает эффективность освоения природных ресурсов страны.

Это обусловлено тем, что более высокий уровень использования природных запасов угля позволяет, с одной стороны, обеспечить более экономное использование имеющихся в России природных ресурсов, а с другой — снизить рост техногенной нагрузки на окружающую природную среду.

В настоящее время уровень использования природного потенциала угольных месторождений в практике угледобывающего производства зависит преимущественно от степени освоения шахтами и разрезами запасов угля в пределах их горных отводов.

Кроме того, на уровень использования природного потенциала угольных месторождений (имеющихся в них запасов угля) существенное влияние оказывает вовлечение в отработку имеющихся в границах месторождений зарезервированных (законсервированных), а также не кондиционных, забалансовых и т.п. запасов угля в недрах.

Рис. 1. Использование природного потенциала на угледобывающих предприятиях России

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

В современной практике угольной отрасли России степень освоения природного потенциала месторождений угля, в пределах шахтных полей закрываемых угледобывающих предприятиях, находится в пределах от 20 до 90 %, рис. 1.

Анализ причин такого низкого уровня использования природного потенциала угольных месторождений, за последние пятнадцать лет показал, что, в основном, это стало результатом реструктиризации угольной промышленности повлекшей за собой списание более 7 млрд т балансовых запасов угля при ликвидации шахт и разрезов.

Списанные (законсервированные) запасы угля могут осваиваться путем строительства новых или передачи их соседним технологически более совершенным высокорентабельным угледобывающим производствам.

Освоение «остаточных», а также «краевых» запасов угля может быть реализовано также на основе технологий подземной газификации угля (ПГУ), термической переработки угля (ТПУ) и т.п.

К еще одному природному ресурсу, который попутно осваивается угледобывающим производством при разработке многих угольных месторождений, следует отнести природные запасы шахтного метана.

В недрах Российской федерации залегает значительная часть мировых запасов угля, обеспечивающая долговременную перспективу его использования. Добыча угля по ресурсосберегающей технологии и комплексное использование месторождений позволяют в свою очередь попутно получать и использовать один из нетрадиционных источников энергетических ресурсов — метан угольных месторождений, который является наиболее доступным и дешевым резервом среди других ныне известных нетрадиционных источников горючих газов.

Современное развитие горнодобывающей промышленности должно идти по безопасной ресурсосберегающей и экологически чистой технологии.

В этом плане на первое место выдвигается необходимость обеспечения безопасности разработки газоносных угольных пластов с извлече-

Таблица 1

Прогнозные ресурсы метана в угольных пластах основных бассейнов и месторождений России, млрд м3

Бассейн, ме- Всего В том числе В том числе

сторождение на полях на разведывае- на верхнем на нижнем

действую- мых, перспек- этаже бас- этаже бас-

щих шахт тивных для разведки участках и поисково-оценочных площадях сейнов, до глубины 1200 м сейнов, на глубине 1200 — 1800 м

Кузнецкий 13085 212 12873 7448 5637

Печорский 1942 26 1916 1260 682

Донецкий 1178 495 683 — —

Донбасс)

Бурененский 105 25 80 101 4

Апсатское 55 55 — 55 —

Сахалинский 47 5 42 45 2

Партизанский 23 8 15 15 8

Южно- 920 3 917 847 73

Якутский

Зырянский 99 — 99 98 1

ВСЕГО: 17551 831,9 16720 9869 6407

Тунгусский* 20000 — — — —

Денский* 6000 — — — —

Таймырский* 5500 — — — —

ВСЕГО: 49051 — — — —

* В связи со слабой геологической изученностью этих бассейнов оценка количества метана в угольных пластах имеет ориентировочный характер._

нием метана из угленосной толщи и обязательным его использованием как энергетического топлива, а также как химического сырья. Это позволит сэкономить значительное количество угля, что даст, в свою очередь и экологический, и экономический эффект: только 1 млн м3 метана может заменить 1300 т. угля. В этих условиях проблема более полного использования угольных месторождений приобретает конкретное существенное экономическое значение.

Угольный метан в России может рассматриваться в качестве компонента топливно-энергетической сырьевой базы.

В России прогнозные ресурсы метана угольных месторождений оценивают по различным источникам в пределах 50 — 80 трлн м3, что близко к запасам традиционных газовых месторождений страны (табл. 1). Наиболее доступными для извлечения ресурсами угольного метана являются те, что заключены в пластах угля на действующих шахтных полях. В запасах углей категории А + В + Сх действующих шахт РФ содержится 260 млрд м3 метана, а в промышленных запасах — 160 млрд м3.

В настоящее время в России метан из угольных пластов извлекается только попутно на полях действую-

ших шахт системами шахтной дегазации, включающими и скважины, пробуренные с поверхности. Это наиболее экономичный способ добычи угольного метана.

В Российской Федерации на 1-е августа 2001 г. 73 % общего числа шахт (140 технических единиц) отнесены к опасным по метану, из них 48 % шахт являются наиболее метано-обильными (шахты III категории, сверхкатегорные и выбросоопасные), 22 шахты работают с дегазацией угольных пластов и выработанных пространств и 4 шахты — с газоотсосом вентиляторными установками. Дегазационными системами шахт и вентиляторными установками извлекаются 585 м /мин. метана, что составляет 27 % выделяющегося метана в шахтах РФ или почти третью его часть в шахтах с дегазацией и газоотсосом.

В РФ коэффициент извлечения метана из угольных месторождений в последние годы не превышает 0,27: в Кузбассе он составляет в среднем 0,20, в Печорском бассейне — 0,40, а по объединению шахт ОАО «Ворку-тауголь», где с 1975 г. используется каптируемый метан, — 0,44.

В результате проведенного анализа установлено, что использование природного потенциала угольных месторождений (запасов шахтного метана) не превышает 10 %, рис. 1.

В настоящее время, на многих угледобывающих предприятий России имеется потенциальная возможность для повышения эффективности использования природных запасов шахтного метана путем применения новых технологических решений (методы дегазации угольных пластов и т.п.), позволяющих экономически рентабельно осваивать запасы этих природных ресурсов.

В то же время результаты такой деятельности, скорее всего, не смогут

представлять интерес для топливо-обеспечения в масштабах страны или региона в силу их незначительных объемов и не высокой (низкой) конкурентоспособности.

Таким образом повышение использования природного потенциала на угледобывающих предприятиях может представлять экономическую целесообразность только для близлежащих потребителей и, прежде всего, для тех урбанизированных территорий, в пределах которых они находятся.

Исходя из вышеизложенного, следует, что условиями, которые будут способствовать большему освоению имеющегося потенциала природных запасов угля и шахтного метана, можно сделать следующие выводы.

Углеводородная продукция, создаваемая при отработке «остаточных» («краевых») запасов угля и метана, с большей вероятностью может быть реализована не на международном и федеральном, а на региональном и районных рынках. Это сопряжено с тем, что аналогичная продукция, создаваемая при разработке новых природных месторождений, будет характеризоваться большей конкурентоспособностью.

Отсюда следует, более высокий уровень использования природного потенциала угольных месторождений, сопряжен с наличием региональных и районных (местных) потребителей (рынков) углей и газа в силу их относительно небольшой емкости и незначительности транспортных расходов.

Для организации производства по освоению «остаточных» или «краевых» запасов углей и шахтного метана необходимо наличие социальной и производственно-хозяйственной инфраструктур. При этом, в силу относительно небольших объемов такого рода производств и их высокой «чувствительности» к дополнительным (соци-

альным, хозяйственным и транспортным) расходам, большое значение имеет их удаленность от уже имеющихся такого рода инфраструктур.

Таким образом, предпочтительными условиями для более высокого уровня использования природного потенциала угольных месторождений, является близость производителей потребителей создаваемой при этом углеводородной продукции. То есть, наиболее благоприятными будут условия, характеризующиеся, прежде всего, совмещением места расположения производителей и потребителей создаваемой угольной продукции, которыми в настоящее время являются города или поселки городского типа (урбанизированные территории).

Еще одной особенностью, которая свойственна угледобывающему производству, является образование природ-но-техногенного потенциала в процессе освоения месторождений угля.

Данный вид потенциалов формируется в результате образования полезных свойств, при ведении работ на угледобывающих предприятиях, которые могут быть востребованы в производственно-хозяйственной деятельности не только шахт и разрезов, но и других организациях, предприятиях, в системе жилищно-коммунального хозяйства и т.п.

К наиболее значимым из таких потенциалов можно отнести:

• формирование техногенных подземных полостей пригодных для размещения в них отходов и других видов ресурсов;

• образование отходов угледобычи пригодных для создания различных видов вторичных ресурсов;

• откачка шахтных вод, пригодных водоснабжения населенных пунктов или для различной производственно-хозяйственной деятельности;

• каптирование шахтного метана с целью его дальнейшего использования в качестве углеводородного топлива.

В современной практике угледобывающего производства имеется положительный опыгт использования образующегося в результате ведения горных работ техногенного пространства. Однако, до настоящего времени этот при-родно-техногенный потенциал угледобывающих предприятий не получил широкого применения, его использование не превышает 5 %, рис. 2.

В то же время объемы техногенного пространства, как на действующих, так и на закрывающихся шахтах весьма значительны. Так, в соответствии с исследованиями профессора Закор-шменного И.М., средний объем поддерживаемых выработок в Восточном Донбассе составляет порядка 800 тыс. м2, шахт Подмосковного бассейна — 100 м2, Прокопьевско-Киселев-ского района — 400 м2 и т.д.

Таким образом, в настоящее время в угольной промышленности имеется значительный по имеющемуся объему природно-техногенный потенциал позволяющий использовать техногенное пространство для размещения отходов и других видов деятельности.

В то же время в силу особенности Российской Федерации, заключающейся в ее огромных просторах, в стране имеется значительное количества мест на земной поверхности, на которых могут быть размещены образующиеся отходы и различные виды деятельности. К тому же размещение отходов в подземном пространстве требует определенных вложенийкак при размещении отходов, так и при их транспортировке.

Однако возможность использования для этих целей подземного пространства для его пользователей расположенных в непосредственной близости от угледобывающих пред-

Рис. 2. Характеристика предельных (максимальных) уровней использования имеющегося на угледобывающих предприятиях природно-техиогенного потенциала

приятий, при удаленности других конкурентов, может быть экономически не только оправданной, но и предпочтительне.

В результате длительного периода времени на территории Российской Федерации образовалось множество мелких и крупных накоплений твердых отходов, общее количество которых в настоящее время составляет около 2.5 тысяч, а их суммарный объем — 56 млрд т.

Ежегодный прирост твердых отходов угледобычи, после некоторого спада вызванного реструктиризацией угольной отрасли, вырос в период с 1990 по 2006 годы с 1089 до 1900 млн м3 '

Распределение по территории страны ежегодного прироста углепромышленных отходов соответствует расположению основных угольных бассейнов и пропорционально объему добываемого в них угля. При этом доминирующая роль в образовании углепромышленных отходов (83.9 %) принадлежит Кузбассу.

Таким образом, в настоящее время в угольной отрасли имеется огромный природно-техногенный потенциал минеральных ресурсов,

связанный с наличием таких огромных техногенных запасов отходов угледобычи.

Однако его использование в настоящее время не превышает 3—5 %о, рис. 2.

Следует отметить тот факт, что для расширения использования твердых отходов угледобычи требуется не только развитая социально-производственная инфраструктура, но и близость потребителей для создаваемой при этом продукции. Это обстоятельство также во многом связано с наличием большого количества конкурирующей продукции.

Таким образом, приоритетность такой деятельности во многом будет определяться как дешевизной имеющихся в отходах минеральных ресурсов, так и близостью к угледобывающим предприятиям потенциальных потребителей продукции создаваемых из отходов угледобычи.

Для большинства шахт и разрезов угольной отрасли характерным является потребность в откачке шахтных вод поступающих из водоносных горизонтов. При этом объемы водопри-тока на отдельных угледобывающих

предприятиях достигают 2-3 и более тысяч кубометров в час.

Запасы подземных вод, поступающих в угледобывающие предприятия не только значительны, но и, зачастую, практически неисчерпаемы.

В то же время их использование для хозяйственных и бытовых нужд как самих угледобывающих предприятий, так и для близлежащих населенных пунктов и производств не превышает 10—16 %, рис. 2.

Следовательно, на большом количестве предприятий угольной отрасли имеется значительный природно-техногенный потенциал, заключающийся в возможности вовлечения в хозяйственную деятельность вод, поступающих в них из подземных водоносных горизонтов.

В то же время, в силу большого разнообразия альтернативных источников вод в территориальном аспекте делает шахтные воды не конкурентоспособными на значительном расстоянии от угледобывающих предприятий.

Современная практика извлечения метана из исходящей метано-воздушной смеси шахт, его каптация из угольных платов, при ведении горных работ позволяет рассматривать этот вид ресурса как еще одни вид природно-техноген-ного потенциала, которым обладают угледобывающие предприятия, разрабатывающие угольные пласты, содержащие метан.

С вентиляционными выбросами шахт в атмосферу поступает свыше 600 тыс. т. угольного метана в год, который может быть использован в качестве источника получения тепла и электроэнергии.

В последние годы в Печорском и Кузнецком бассейнах системами шахтной дегазации извлекалось около 0,5 млрд м3 метана в год, но использовалось только в Печорском бассейне 30—50 млн м3. Использование дегазационного метана затрудняется резкими колебаниями его содержания в газовоздушных

смесях и непостоянными дебитами газа в дегазационных системах.

Анализ табл. 2 показывает далеко не исчерпанные возможности дальнейшего повышения объемов каптируемого метана. В перспективе при реализации новых технико-технологических решений в Кузбассе возможно трехкратное, а в Воркуте — двукратное увеличение съема метана средствами дегазации.

Однако, несмотря на современные успехи в развитии технологий, утилизация шахтного метана не превышает 8.55 % от объема дегазированного метана, рис. 2.

Это обстоятельство сопряжено с несколькими факторами, характеризующими концентрацию и объем природных запасов метана; состояние технологий по его каптации и использованию для создания различных видов продукции; конкурентоспособностью этой продукции.

При этом, одним из наиболее значимых является конкурентоспособность продукции создаваемой из шахтного метана, в силу насыщенности большей части территории странны аналогичной продукцией из альтернативных источников энергии. В то же время, большая конкурентоспособность шахтного метана будет в тех местах (населенных пунктах), где нет других дешевых источников топлива и, прежде всего, расположенных в непосредственной близости от угледобывающих предприятий.

Таким образом, в соответствии с результатами проведенного анализа, в настоящее время уровень использования природного и природно-техногенного потенциала угледобывающих предприятий может быть существенно повышен.

При этом, наиболее приоритетными для осуществления работ, направленных на повышение имеющегося у

Таблица 2

Метанообильность добычных участков и объемы извлечения метана

Угольные бас- Метанообильность Объемы извлечения метана, м3/мин.

сейны, место- участков, м3/мин.

рождения, ре- Общая Дегазацией Газоотсосом Дегазацией

гионы и газоотсосом

всего средняя все- сред- все- сред- всего сред-

на забой го няя на го няя на няя на

забой забой забой

Печорский 400 30,9 237 30,9 — — — —

Южный Куз- 435 13,2 — — 80,9 22,6 206,2/ 27,3

басс 38,2

Прокопьевско- 80 1,5 0,35 — — — — —

Киселевский

Северный 300 8,5 22,6 22,6 120 17 88,1/ 33,6

и Централь- 61,7

ный Кузбасс

Восточный 30 4,7 24 9,5 — — — —

Донбасс

Урал 25 2 0,7 0,9 — 3/1,7 —

Дальний Восток 10 0,8 — — — — — —

Сахалин 45 11,3 — — — — — —

ИТОГО: 1325 — 284, — 201, — 297,3/ —

6 8 101,6

них для этого потенциала, являются те угледобывающие предприятия, которые в наибольшей степени приближены к местам нахождения потенциальных потребителей. То есть к населен-

1. Рыбак Л.В. Особенности влияния

урбанизированных территорий на развитие производственной деятельности по добыче угля. Сб. «Экономика и экология». — М.: Издательство МГГУ, 2009. — С.

33—40.

ным пунктам с более высоким уровнем плотности проживающего в них населения и насыщенности промышленно-хозяйственной деятельностью — или к урбанизированным территориям.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Ефимов В.И., Петров КВ., РыбакЛ.В., Стоянова И. А. Анализ воздействия антропогенных факторов на состояние урбанизированных территорий и окружающей природной среды кемеровской области в 2006 году. — М.: Издательство МГГУ, 2008. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Рыбак Л.В. — профессор, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru

A