Перспективы развития энергетики на основе подземного углесжигания

метром 20 мм конической формы с углом конусности 12 градусов. Рабочая скорость струй на выходе составляла 122-140 м/сек. Для полного разрушения блоков, прочностью до 3 МПа при расстоянии до центра образца 0,9 м требовалось менее 10 секунд; при расстоянии 1,15 м - от 10 до 20 секунд. На удалении около 2 метров полное разрушение наступило через 8 минут. При этом замеренная на стенде величина динамического напора составляла для последнего случая всего 0,8 МПа, а расчетная - менее 0,2 МПа.

Еще значительнее разница между величиной динамического напора и прочностью разрушенных монолитов наблюдалась при опытах с более прочным материалом. Например, за 9 минут был на 2/3 разрушен образец прочностью 7,6 МПа при замеренном динамическом напоре 0,7 МПа (расчетный 0,21 МПа).

Перечисленные и иные неразрешенные вопросы, возникшие после первой серии

испытаний, подтвердили объективную картину недостаточной изученности работы затопленных струй. Безусловно, общая эффективность будет определяться не только ударным воздействием на забой, но и мощной турбуленцией в камерах, перепадами давления, возникающими при смещении в пространстве высоконапорных струй, сейсмоакустическими и другими явлениями.

Мощность выходящей из сопла струи в опытах составляла 300-400 киловатт. Это является далеко не пределом для скважинных устройств подобного рода, но и достигнутые значения вполне сопоставимы с мощностями рабочих органов современных горных комбайнов, а иногда превосходят их. Поэтому изучение особенно -стей распределения энергии затопленных струй при использовании их в условиях камер и забойных преград имеет важное практическое значение.

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

Британ И.В. - заместитель директора,

Гостюхин П.Д. -директор,

Аллилуев В.Н. - доцент, кандидат технических наук, Губкинский институт МГОУ, Лейзерович С.Г. - заведующий лабораторией «Технология подземных горных работ»,

ООО "НИИКМА-Гидроруда".

---------------------------------------------- © С.А. Прокопенко, 2005

УДК 622.33:662.6/.8+621.31 С.А. Прокопенко

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ НА ОСНОВЕ ПОДЗЕМНОГО УГЛЕСЖИГАНИЯ

Семинар № 14

Существующая в России топливная энергетика основана на реализации модели «добыча энергоносителя - его транспортирование - сжигание на энергоустановке - производство энергии -складирование отходов». Каждый этап в

этой цепи сопряжен с комплексом проблем, объективно обостряющихся при наращивании объемов выпуска товарной продукции.

Увеличение объемов добычи энергоносителей сопряжено с большими инвести-

циями на строительство шахт, разрезов, газовых и нефтяных промыслов, а их эксплуатация сопровождается существенными текущими расходами. Общеизвестны высокий травматизм и аварийность российских шахт, вследствие чего имеют место не только экономические, но и огромные социально-политические потери общества. В последние годы аварии, уносящие жизни десятков шахтеров, стали для страны не редкостью.

Современные способы угледобычи характеризуются масштабным техногенным воздействием на экологию добывающих регионов, усугубляющимся происходящим развитием отрасли. К тому же ситуация обостряется наращиванием опережающими темпами угледобычи наиболее землеемким открытым способом.

Рост объемов углепроизводства сталкивается с проблемой недостаточной пропускной способности железных дорог и нехватки вагонов. Для разрешения этого несоответствия приняты специальные программы, которые требуют привлечения больших инвестиций. Железнодорожные перевозки угля ограничиваются и высокими транспортными тарифами, снижающими его конкурентоспособность на удаленных рынках. Отрицательное влияние на конкурентоспособность угля оказывает и рост тарифов на электроэнергию в связи с высокой энергоемкостью горного производства.

Сжигание доставленного на теплоэлектростанции (ТЭС) угля объективно приводит к накоплению миллионов тонн зольных отходов и занятию больших площадей земной поверхности под отвалы. Экологическая обстановка в районах крупных и средних ТЭС со временем существенно ухудшается, а среда обитания живого -деградирует.

В последнее время все чаще звучит и в научных кругах, и в прессе прогресс-сивное предложение о строительстве ТЭС на бортах разрезов и создании углеэнергетических комплексов с товарной продукцией электроэнергией, транспортирование

которой на удаленные рынки несравнимо эффективнее перевозок угля. Эта идея уже продвигается к проектному воплощению на Соколовском и Талдинском месторождениях Кузбасса. Ее осуществление позволит разрешить часть перечисленных выше проблем.

Большие надежды Кузбасс связывает с выполнением программы «Метан Кузбасса». В соответствии с ней планируется организация добычи из пластов угля сорбированного метана для сжигания в котельных и создания условий для безопасного ведения поземных горных работ.

Возобновляется интерес к методу подземной газификации угля. Эта технология до недавнего времени использовалась Киселевской станцией «Подземгаз». Однако, вследствие сезонности спроса котельных гг. Киселевска и Прокопьевска на генераторный газ, монопродуктовости технологии, низкой калорийности получаемого продукта (911 ккал/м3) и т.д. тепловая энергия на его основе получалась неконкурентоспособной с вариантом использования угля и станция в 1996 г. прекратила свое существование. Тем не менее, метод считается перспективным и вновь привлекает к себе внимание ученых и практиков.

Однако, как существующая модель энергетики имеет, так и прогрессивные предложения по ее совершенствованию не устраняют важнейший недостаток - стадию добычи первичного энергоносителя и выдачи его на поверхность земли для последующей переработки в энергию. Мы продолжаем заниматься перемещением энергоносителей из недр к котлоагрегатам ТЭС, расходуя на это колоссальные материальные, финансовые и людские ресурсы и сохраняя перечисленные выше проблемы. Коренным обновлением модели может стать смена вектора: не уголь из недр, а котлоагрегаты в недра!

Добыча первичных энергоносителей -угля и метана - из угольных пластов со временем должна уступить место технологии их переработки во вторичный энергоноситель на месте, не вынимая из

недр. На поверхность должны выдаваться не горная масса или газ, а разогретый их теплом пар, способный вращать турбину электрогенератора. В отличие от нефтяных и газовых месторождений, углегазовые позволяют организовать управляемое сжигание первичных энергоносителей в недрах.

Углеэнергетическому комплексу, освоившему технологию управляемого и эффективного выжигания угольного пласта, она сулит огромную экономию, так как не требуются расходы на добычные комплексы, конвейеры, бункеры, содержание большого штата подземных рабочих, дегазацию пластов, осушение выработок и т.д. Экономия будет колоссальная. И если часть этих, имеющих нынче место трат, направить на совершенствование технологии подземного управляемого сжигания угля, разработку конструкций подземного передвижного теплосъемника (парогенератора) и увязанного с ним по параметрам передвигающегося по поверхности месторождения электрогенератора, то можно будет получить энергетический комплекс нового поколения - наземноподземную ТЭС.

Принципиальная схема эксплуатации такого углеэнергетического комплекса основана на:

• последовательном сжигании нарезаемых в пласте блоков (столбов), предварительно изолированных огне-стойкими материалами от остального угольного массива;

• съеме парогенераторами, перемещаемыми по уклонам вслед за огневым фронтом, образующегося тепла;

• выдаче на поверхность по жаростойким трубопроводам пара (возможно через промежуточный теплоноситель) и трансформации его в электроэнергию на

генераторе, передвигающимся за последовательно выжигаемыми блоками по простиранию пласта.

Электроэнергия от нескольких генераторов, эксплуатирующих свиту угольных пластов, концентрируется и по магистральным ЛЭП передается к энергопотребителям, как экологически чистый, легко-транспортируемый и ценный товар с высокой добавленной стоимостью.

При освоении такого подхода появляется возможность создания на угольном месторождении современного энергетического комплекса с безлюдной технологией получения энергии под землей. Шахта будущего станет уже не системой для выдачи углеродного энергоносителя на поверхность, а системой для его управляемого преобразования под землей и выдачи на поверхность парообразного энергоносителя, готового для превращения в электроэнергию.

ТЭКу России предстоит освоить новую отрасль - производство электроэнергии на полуподземных ТЭС, размещаемых на угольных месторождениях. Для наращивания ВВП страны энергия недр нужна ей не любой ценой, а минимально возможной с резким сокращением ресурсоемкости энергопроизводства. Предлагаемая концепция открывает возможность прорывного изменения экономического положения угледобывающих регионов и страны без существенного увеличения объемов добычи угля. Это разгрузит железнодорожные магистрали страны, предотвратит рост техногенной нагрузки на окружающую среду, высвободит с опасных условий труда людские ресурсы и т.д. Вследствие низкой себестоимости производимая из угля электроэнергия получает возможность ценовой конкуренции на ФОРЭМ с продукцией гидроэлектростанций.

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

Прокопенко С.А. - доктор технических наук, профессор, директор Представительства НП «Горнопромышленники России».