Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну
Рассмотрен парадокс проветривания метаносодержащих угольных шахт. Предложены схемы интенсификации извлечения и утилизации абсорбированного метана с одновременной утилизацией углекислого газа, который попадает под регламент Киотского протокола. The paradox of airing methane-containing collieries i...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33313 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну / І.Г. Зезекало, П.І. Світалка, І.В. Машняга // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 82-86. — назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33313 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Зезекало, І.Г. Світалка, П.І. Машняга, І.В. 2012-05-27T14:29:52Z 2012-05-27T14:29:52Z 2010 Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну / І.Г. Зезекало, П.І. Світалка, І.В. Машняга // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 82-86. — назв. — укр. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33313 577.4:622.415.2 Рассмотрен парадокс проветривания метаносодержащих угольных шахт. Предложены схемы интенсификации извлечения и утилизации абсорбированного метана с одновременной утилизацией углекислого газа, который попадает под регламент Киотского протокола. The paradox of airing methane-containing collieries is considered. Schemes of an intensification of extraction and recycling of the absorbed methane with simultaneous recycling of carbonic gas which gets under regulations of Kiot report are offered. uk Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну Ecological aspects of decontamination of methane of coal deposits of Donetsk pool Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну |
| spellingShingle |
Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну Зезекало, І.Г. Світалка, П.І. Машняга, І.В. |
| title_short |
Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну |
| title_full |
Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну |
| title_fullStr |
Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну |
| title_full_unstemmed |
Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну |
| title_sort |
екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ донецького басейну |
| author |
Зезекало, І.Г. Світалка, П.І. Машняга, І.В. |
| author_facet |
Зезекало, І.Г. Світалка, П.І. Машняга, І.В. |
| publishDate |
2010 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Геотехническая механика |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Ecological aspects of decontamination of methane of coal deposits of Donetsk pool |
| description |
Рассмотрен парадокс проветривания метаносодержащих угольных шахт.
Предложены схемы интенсификации извлечения и утилизации абсорбированного метана
с одновременной утилизацией углекислого газа, который попадает под регламент Киотского протокола.
The paradox of airing methane-containing collieries is considered.
Schemes of an intensification of extraction and recycling of the absorbed methane with simultaneous recycling of carbonic gas which gets under regulations of Kiot report are offered.
|
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33313 |
| citation_txt |
Екологічний аспект дегазації метану вугільних родовищ Донецького басейну / І.Г. Зезекало, П.І. Світалка, І.В. Машняга // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 82-86. — назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT zezekaloíg ekologíčniiaspektdegazacíímetanuvugílʹnihrodoviŝdonecʹkogobaseinu AT svítalkapí ekologíčniiaspektdegazacíímetanuvugílʹnihrodoviŝdonecʹkogobaseinu AT mašnâgaív ekologíčniiaspektdegazacíímetanuvugílʹnihrodoviŝdonecʹkogobaseinu AT zezekaloíg ecologicalaspectsofdecontaminationofmethaneofcoaldepositsofdonetskpool AT svítalkapí ecologicalaspectsofdecontaminationofmethaneofcoaldepositsofdonetskpool AT mašnâgaív ecologicalaspectsofdecontaminationofmethaneofcoaldepositsofdonetskpool |
| first_indexed |
2025-11-25T23:24:40Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:24:40Z |
| _version_ |
1850579781484019712 |
| fulltext |
82
УДК 577.4:622.415.2
Докт. техн. наук І. Г. Зезекало,
канд. техн. наук П. І. Світалка,
інженер І. В. Машняга
(Полтавське відділення УкрДГРІ)
ЕКОЛОГІЧНИЙ АСПЕКТ ДЕГАЗАЦІЇ МЕТАНУ ВУГІЛЬНИХ
РОДОВИЩ ДОНЕЦЬКОГО БАСЕЙНУ
Рассмотрен парадокс проветривания метаносодержащих угольных шахт.
Предложены схемы интенсификации извлечения и утилизации абсорбированного метана
с одновременной утилизацией углекислого газа, который попадает под регламент Киотского
протокола.
ECOLOGICAL ASPECTS OF DECONTAMINATION OF METHANE OF
COAL DEPOSITS OF DONETSK POOL
The paradox of airing methane-containing collieries is considered.
Schemes of an intensification of extraction and recycling of the absorbed methane with simul-
taneous recycling of carbonic gas which gets under regulations of Kiot report are offered.
Постановка проблеми
Донецький басейн з розвинутою вугільною промисловістю є одним із най-
небезпечніших регіонів України з точки зору забруднення оточуючого середо-
вища. Основний внесок по викиду метану в атмосферне повітря вносить вугіль-
на промисловість.
Метановиділення по Донецькому басейну в 1990 році (пізніших даних не-
має) тільки за рахунок провітрювання і підтримування норм метану в шахтах
становить 12,1 млн. м за добу при відносному метановиділенні 25,9 м
3
з тони
вугілля.
З розгляду метану як енергетичної сировини при теплотворній здатності ву-
гілля 3000 ккал/кг, а метану 13305 ккал/кг викид в атмосферу метану з шахт ек-
вівалентний 40000 т/добу вугілля. Такий об’єм видобутку дають 10 шахт з ви-
добутком вугілля шахти ім. О. Ф. Засядько.
Дегазацію метановмісних пластів вугілля виконують наземним шляхом бу-
ріння свердловин і підземними технологіями дегазації.
Відомо, що дегазаційні свердловини, які знаходяться поза зоною впливу ла-
ви, мають практично нульовий дебіт. Вугілля у природному стані має нульову
проникність. Метан у вільному стані становить 8 % від загальної кількості, а
решта метану знаходиться у абсорбованому стані.
При наближенні лави зона впливу виробки вугілля у зв’язку з зрушенням
оточуючого масиву порід утворює фільтраційні тріщини, свердловина починає
працювати і відбирає вільний (8 %) метан.
При цьому свердловинний метан – це вже сировина, а у вугіллі залишається
абсорбований метан.
Підземна шахтна дегазація метану здійснюється в основному двома шляха-
ми: бурінням підземних свердловин з установкою вакуумних насосних станцій і
відповідною системою дегазаційних трубопроводів. Для підтримки концентра-
ції метану в межах 0,75 % в загальній кількості повітря у вихідному потоці пі-
83
дземну виробку провітрюють. А це значить, що на кожний кубометр метану
подають у шахту 133 кубометри повітря.
Усі ці технології дегазації шахт не мають екологічного ефекту і направлені
на підтримку життєдіяльності шахти.
Мета статті
Розглянути парадокс провітрювання метановмісних вугільних шахт та за-
пропонувати екологічні технології видобутку супутнього метану як енергетич-
ної сировини і підвести їх під дію регламенту Кіотського протоколу.
Зміст досліджень
1. Розглянемо процес видобутку вугілля в шахтах Донецького басейну як
тривіальну підземну механічну дробарку з транспортером на поверхню подріб-
неного вугілля, або породи, з забезпеченням життєдіяльності людей провітрю-
ванням. Будь-які інші потреби шахти не розглядаються, оскільки вони не мають
впливу на екологію, тобто на виділення метану в атмосферу.
Суть парадокса провітрювання полягає в тому, що чим більше закачуємо
повітря в шахту, тим більше метану в замкнутому просторі дробарки.
Провітрювання призначене для зменшення концентрації метану, а вона рос-
те за рахунок, як наслідок, провітрювання. Збільшуючи об’єми свіжого атмос-
ферного повітря, ми ініціюємо збільшення вмісту метану, який виділяємо з по-
дрібненої маси вугілля. Основною причиною виділення метану в металовміс-
ному адсорбованому вугіллі є постійна подача повітря. А такого метану в 10-
12 разів більше ніж вільного метану. У такій пропорції збільшується загазова-
ність шахт, у такій пропорції збільшується екологічне навантаження на всю
екологію території Донецького басейну.
Склад сухого атмосферного повітря: азот – 78, 09 %, кисень – 20,95 %, ар-
гон – 0,932 %, вуглекислий газ – 0,03 % тощо. Вуглекислий газ є найефектив-
нішим десорбентом абсорбованого метану з поверхні подрібненого вугілля.
Ступінь заміщення метану вуглекислим газом (по радіусу обертання) 6,56.
Тобто один об’єм вуглекислого газу заміщує 6,56 об’ємів метану.
Нехай подача атмосферного повітря в шахту з метановмісним вугіллям
складає 1 млн. кубометрів повітря за добу, в якому міститься 300 кубометрів
вуглекислого газу, який десорбує з поверхні роздрібненого та тріщинуватого
вугілля метан в об’ємі 2000 кубометрів (об’єм заміщення взятий максимально
можливий).
Для приведення в норму концентрацію метану в повітрі шахти потрібно збі-
льшити подачу повітря.
Нехай продуктивність шахти становить 3000 т вугілля за добу з метановміс-
ністю 50 м
3
/т вугілля. Добова кількість очікуваного виділення метану становить
150 тис. кубометрів.
Для підтримання концентрації 1 % метану в повітрі необхідно подати в ша-
хту 15 млн. кубометрів повітря за добу.
Якщо вільного газу тільки 8 % в 50 м
3
/т вугілля, то його виділиться тільки
4 м
3
/т вугілля, тобто всього 12 тис. м
3
за добу в 12,5 рази менше.
А це означає, що подача в шахту атмосферного повітря, у складі якого не-
84
має вуглекислого газу, потребує на порядок менше продуктивності вентиляції
шахти.
При подачі атмосферного повітря, звільненого від вуглекислого газу, подрі-
бнене вугілля з абсорбованим метаном транспортується на поверхню в бункер-
накопичувач, який необхідно технологічно облаштувати, як дегазатор метану
вуглекислим газом, або димовивідними газами котельні, теплової електростан-
ції або когенераційної установки.
Схематично екологічний процес матиме вигляд:
При такому підході до екологічного забезпечення утилізації метану його кі-
лькість збільшується з 0,75 % на виході з шахти в бункері накопичувачі до
8-10 % в одиниці об’єму газу.
Метан може використовуватись як енергетична сировина, в кратно разів
зменшується загазованість та вибухонебезпечність в шахті, є можливість ути-
лізувати як метан, так і вуглекислий газ або димові гази котельні або теплових
установок.
Усе це попадає під регламент Кіотського протоколу.
2. Аналогічна технологія десорбції метану вуглекислим газом зі зменшен-
ням викидів СО2 в атмосферу за рахунок абсорбування СО2 на вугіллі та десор-
бування метану, який можна використовувати як горючий газ для поверхневих
свердловин. Запропонований процес можна навести на схемі:
Розглянемо приклад при закачуванні димових газів від спалювання вугілля
марки А з характеристикою: вологість – 3,5 %, зольність – 20,2 %, щільність –
1,461 1/м
3
, що еквівалентно 763 кг вуглецю. Для його спалювання необхідно
2035 кг кисню, що еквівалентно 10175 кг повітря, об’єм якого складає 7869 ку-
бометрів.
Для забезпечення процесу згорання вугілля (тяга для виходу димових газів і
подачі свіжого повітря) необхідно передбачити надлишкові витрати повітря з
коефіцієнтом 1,5.
85
Загальна ефективність запропонованої технології розглянута на діаграмі:
Тоді об’єм димових газів складе 11803 м
3
з вмістом вуглекислого газу
12 %.
Кількість метану, що буде заміщена в пласті димовим газом, становить
9345 кубометрів.
Концентрація метану на виході з свердловини становитиме 47 %. Тобто при
згоранні однієї тони вугілля марки А закачується в свердловину 11803 кубоме-
трів димових газів, заміщується вуглекислого газу 1424 кубометра і витісняєть-
ся 9345 кубометрів метану. Газ десорбований з свердловини містить 47 % мета-
ну з теплотворною здатністю 18716 кДж/м
3
.
Для порівняння газ коксових батарей Дніпропетровського заводу, що вико-
86
ристовується для виплавки чавуну, дає 16750 кДж/м
3
, тобто вигідно використо-
вувати десорбційний газ прямо для опалення або промислових потреб (для ме-
талургії).
Ще один приклад порівняння – газ підземної газифікації (Рурський басейн)
має нижню теплоту згорання сухого газу 3600-4190 кДж/м
3
.
Розглянуті підземні та наземні схеми відбору метану та утилізації димових
газів мають переваги над утилізацією метану за допомогою когенераційних
установок (наприклад, шахта ім. О. Ф. Засядько) та на 2 порядки більш ефекти-
вні.
Слід відмітити, досвід використання когенераційних установок має піввіко-
ву історію нафтогазових фірм для утилізації попутного природного газу, який
просто спалювався в факелах.
Розглянуті схеми потребують синтезу відомих науково-технічних, техноло-
гічних рішень, вибору раціональних енергетичних рішень по вибору промис-
лового облаштування, потребують вирішення задачі методичного характеру,
наприклад, вимірювання точного значення кількості десорбованого метану
окремо від вільного в об’ємі виробки вугілля в будь-який момент часу та ряд
інших методик, які повинні мати нормативний характер.
Висновки
1. Запропонований новий напрямок екологічного вирішення дегазації мета-
ну на вугільних родовищах.
2. Приведені схеми та оціночні значення провітрювання вказують на необ-
хідність виконання науково-дослідних робіт з подальшим дослідно-
промисловим випробуванням та відпрацюванням технології створення кругоо-
бігу спалення вуглеводнів: енергія тепла → вуглекислий газ → абсорбує вугіл-
ля, виділяє метан → метан для спалювання та хімічної промисловості.
3. Ефективність розглянутого напрямку в додатковому видобутку метану,
економії енергії на дегазації шахт, утилізації та покращенні екології повітря
Донбасу.
4. Технології попадають під квоти Кіотського протоколу.
5. Парадокс провітрювання глибоких шахт з метановмісним вугіллям ство-
рює умови вибухонебезпеки і потребує наукового обґрунтування допустимих
об’ємів видобутку вугілля, при яких збільшення об’ємів закачуваного повітря
створюватимуть флуктуації концентрації метану, які досягнуть вибухонебезпе-
чної зони.
|