Utilization and directions of methane use at the mines of Ukraine
The article examines and analyzes the state and problems of extraction and subsequent utilization of methane from the coal deposits of Ukraine, including the Donbass mines controlled by the Ukrainian authorities. Coal deposits of almost all mines in Ukraine are methane-bearing. Methane is continuous...
Saved in:
| Date: | 2019 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/728 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | System Research in Energy |
| Download file: |  |
Institution
System Research in Energy| _version_ | 1871104237142802432 |
|---|---|
| author | Perov M.O. Makarov V.M. Novytskyi I.Yu. |
| author_facet | Perov M.O. Makarov V.M. Novytskyi I.Yu. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Perov M.O.",
"institution": null
},
{
"author": "Makarov V.M.",
"institution": null
},
{
"author": "Novytskyi I.Yu.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Perov M.O. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:45Z |
| description | The article examines and analyzes the state and problems of extraction and subsequent utilization of methane from the coal deposits of Ukraine, including the Donbass mines controlled by the Ukrainian authorities. Coal deposits of almost all mines in Ukraine are methane-bearing. Methane is continuously released into the mine space naturally, many mines are dangerous due to the sudden ejection of large volumes of methane, and the development of a coal seam intensifies the methane release.Methane with mine air in certain concentrations forms a fire-hazardous or explosive mixture, having neither color nor smell, and its presence can be detected only by special devices. There are no few cases of explosions and fires in mines, leading to the death of miners. Not being a toxic gas per se, methane nevertheless “dilutes” mine air, reducing the oxygen concentration in it, which negatively affects the working conditions of underground mine personnel.Taking this into account, we see that the degassing of mines is an urgent problem for the coal mining industry. Degassing can be carried out previously by drilling wells in coal seams (from the surface or shaft of the mine) and airing (ventilation). However, methane emissions from degassing systems directly into the Earth’s atmosphere are harmful for the environment, since methane is a greenhouse gas whose activity is by 21–25 times higher than that of a common greenhouse gas such as carbon dioxide.Therefore, the second urgent problem is the utilization of extracted methane. In addition, methane is a valuable high-calorific energy resource, more environmentally pure than coal and oil products.The article analyzes the potential reserves and distribution of methane volumes in coal masses, considers the degree of methane degassing and utilization in Ukraine, gives the forecasted volumes of methane emissions from mines in the territory controlled by the Ukrainian authorities. The possible acceptability of various methane-use methods was determined depending on factors such as methane flow rate, concentration, consumer distance, etc.As a conclusion, we see that, under conditions of the deficit of own natural gas reserves in the bowels of Ukraine and the state's dependence on imported fuel supplies, coal methane should take its rightful place in the formation of the national fuel-and-energy balance. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2019.03.060 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
60
М.О. ПЕРОВ, В.М. МАКАРОВ, І.Ю. НОВИЦЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 3(58)
Видобуток та використання метану вугільних
родовищ є на даний час одним з актуальних пи-
тань для України. Вирішення цього питання до-
зволить, з одного боку, забезпечити країну цим
найціннішим енергоносієм, з іншого – дегазація
призведе до збільшення безпеки розробки вугіль-
них родовищ та зменшення шкідливого впливу
метану як парникового газу на довкілля [1–3].
За запасами метану Україна входить в першу
п’ятірку країн у світі. Але поки його видобуток
і утилізація залишаються лише побічною діяль-
ністю вугільних шахт, метан ніколи не буде гра-
ти помітну роль в національному енергетичному
балансі. Для вирішення цієї проблеми необхідне
створення окремої метановидобувної галузі.
З середини 2009 р. в Україні набув чинності За-
кон «Про газ (метан) вугільних родовищ», який на
період до 2020 р. звільняє від оподаткування при-
буток підприємств, отриманий від діяльності по
видобутку і використанню цього газу.
Достовірних даних про запаси метану в над-
рах України немає, оскільки розрахунок зроблено
по щільності ресурсу і оконтуреній площі родо-
вищ. Крім того, розвідувальне буріння в ряді ви-
падків проводилось не на повну глибину. За да-
ними Державного комітету України по геології
і використанню надр, ресурси шахтного метану,
розраховані по шахтних полях і ділянках, що під-
лягають дегазації, тобто тих, які виділяють біль-
ше 10 м3/год метану на 1 т гірської маси, в 1988 р.
становили 1083 млрд м3 (в робочих вугільних плас-
тах – 562 млрд м3, в неробочих – 521 млрд м3). З
урахуванням газу, що міститься у вміщуючих поро-
дах і скупченнях, загальні запаси шахтного метану
на Донбасі оцінювалися в 1,3 трлн м3, з них може
бути вилучено 850 млрд м3. Наведені дані най-
більш песимістичні, так як, на думку деяких гео-
логів, вони отримані при розвідувальних роботах
на вугілля, які виконувалися до глибини 1200 м і
лише по деяких районах Донбасу – до 1800 м, тоб-
то в них не враховані запаси у вміщуючих породах.
За оптимістичними прогнозами, при виконанні
спеціальних розвідувальних робіт на газ до глибин
5000–5500 м встановлені запаси шахтного метану
можуть бути значно більшими [4]. За іншими оцін-
ками ресурси метану тільки у вугільних пластах
Донбасу загалом можуть перевищувати 4,0 трлн
м3 [5], що в 3–3,5 рази більше, ніж доведені запаси
природного газу (приблизно 1,14 трлн м3).
До найбільш газоносних відносять пласти, що
містять від 8 до 40 м3 метану на 1 т сухої беззоль-
ной маси [6].
Метан у вугіллі знаходиться в сорбованому на
поверхні вугільних частинок стані, а також у роз-
чиненому в органіці вугільної речовини і вільному
стані в транспортних і закритих каналах та порах.
Середній вміст газу-метану у вугільних пластах
залежно від марки вугілля характеризується на-
ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ЕНЕРГЕТИКИ
ТА ЗАХИСТ ДОВКІЛЛЯ
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2019, 3(58): 60–66
doi: https://doi.org/10.15407/pge2019.03.060
УДК 658.012.32:504 М.О. ПЕРОВ, канд. техн. наук, ORCID 0000-0002-0654-5648
В.М. МАКАРОВ, канд. техн. наук, ORCID 0000-0003-1068-5923
І.Ю. НОВИЦЬКИЙ, канд. техн. наук, ORCID 0000-0002-3304-7492
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
УТИЛІЗАЦІЯ ТА НАПРЯМИ ВИКОРИСТАННЯ МЕТАНУ НА ШАХТАХ УКРАЇНИ
Проаналізовано стан і проблеми утилізації метану на шахтах України та визна-
чено напрямки його використання в економіці. Обґрунтовано доцільність засто-
сування способів скорочення емісії шахтного метану за пріоритетними техноло-
гіями їх використання.
К л ю ч о в і с л о в а: вугільна промисловість, шахтний метан, дегазація, утиліза-
ція, парниковий ефект.
© М.О. ПЕРОВ, В.М. МАКАРОВ, І.Ю. НОВИЦЬКИЙ, 2019
61
Утилізація та напрями використання метану на шахтах України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 3(58)
ступними даними (в м3 на тонну сухої беззольної
маси) [7]: довгополуменеве (Д) – 0–5; газове (Г) –
5– 15; жирне (Ж) – 10–20; коксівне (К) – 10–25;
пісне (П) – 10–30; антрацити (А) – 15–35.
Вміст газу у вугіллі залежить від глибини за-
лягання пластів, ступеня метаморфізму вугілля,
умов залягання (структури), багатьох інших чин-
ників. Згідно з рядом досліджень середні зна-
чення природної метаноносності вугілля при пе-
реході його від довгополуменевого і газового до
антрацитів зростають від 8–10 до 30–40 м3/т, а в
суперантрацитах різко знижуються до мінімаль-
них значень – 0,3–0,5 м3/т сухої беззольної маси.
Газоносність багатьох пластів складає 20–60 м3/т
видобутого вугілля і більше.
Зміна метаноносності в окремо взятому пласті
із зростанням глибини його залягання характери-
зується максимальним темпом збільшення в по-
чатковій стадії і сповільненим темпом при досяг-
ненні глибин 600–1000 м, де газоносність вугілля
досягає сорбційної ємності та стабілізується.
Середні значення газоносності вміщуючих
порід коливаються в межах від 0,2–0,3 до 1,0–
1,5 м3/т порід, а максимальні значення досягають
1,6–3,6 м3/т. Враховуючи велику товщину пластів
вміщуючих порід, загальний вміст метану в них
може бути доволі значним і являти промисловий
інтерес для його видобутку. Вважається встановле-
ним, що до глибин 1200–1300 м природна метано-
місткість у вугільних пластах робочої потужності
складає 40–50% загального об’єму ресурсів мета-
ну, на частку вугільних пластів і пропластків неро-
бочої потужності (менше 0,5 м) припадає 20–30%
ресурсу і на частку вміщуючих порід – 30–40%.
Реально ж у країні використовують трохи біль-
ше 10% видобутого метану, тобто близько 82 млн м3
на рік (2017 р.) [8], що менше ніж піввідсотка від
потреб держави в газі. Для порівняння, в США
метанова частка в загальнонаціональному газо-
споживанні досягає 10%, досить високий по-
казник спостерігається в енергетичному балансі
таких країн з розвиненою вугільною промисло-
вістю як Канада, Велика Британія, Австралія, Ні-
меччина, Польща [9]. Значної шкоди навколиш-
ньому середовищу завдає метан, що викидається
в атмосферу вентиляційними і дегазаційними
системами шахт, який сприяє створенню парни-
кового ефекту.
Розрізнюють такі види дегазації: нерозванта-
жених розроблюваних пластів та вміщуючих по-
рід; зближених вугільних пластів і вміщуючих
порід при їх підробці та надробці; виробленого
простору; каптаж метану при його суфлярному
виділенні; комбіновані способи.
Дегазація шахтного повітря до 2014 р. про-
вадилась на 92-х видобувних ділянках 44-х шахт
України, при цьому навантаження на шахти, що
використовують дегазацію, становили близько
100 тис. т/доб. В табл. 1 наведено дані про тепе-
рішній стан дегазації найбільш багатогазових (ме-
таноносних) шахт України.
До теперішнього часу видобуток метану в Дон-
басі здійснювався тільки з метою забезпечення
безпечних умов праці в шахтах. Досягається це
шляхом виконання робіт по дегазації шахтних по-
лів – штучного вилучення і збору метану з вугле-
носних пластів до його виділення в гірничі вироб-
ки, але рівень утилізації вилученого таким спосо-
бом метану складав менше 20%.
Для запобігання скупчення метану у виробках
шахтами витрачаються значні кошти на вентиля-
ційні заходи, але при цьому не завжди досягається
необхідний рівень безпеки. Всі заходи зі знижен-
ня багатогазовості гірничих виробках досі були
спрямовані на боротьбу з метаном без урахуван-
ня його енергетичної і технологічної цінності.
Основна кількість його викидається в атмосферу
у вигляді бідної газоповітряної суміші в процесі
Таблиця 1. Стан дегазації найбільш багатогазових шахт
Шахти ТОВ «ДТЕК» Категорія по газу Багатогазовість
абсолютна, м3/хв Об’єм дегазації, м3/хв
Тернівська надкатегорійна 15,32
Павлоградська 3 14,6
ім. Героїв космосу надкатегорійна 65,45
Благодатна 3 14,38
Степова надкатегорійна 99 26,97
Ювілейна надкатегорійна 53,72 22,8
Дніпровська надкатегорійна 26,52
Західно-Донбаська надкатегорійна 123,6 21,76
ім. Сташкова 3 14,12
Добропільська надкатегорійна 32,31 8,91
Алмазна надкатегорійна 16,71 3,18
Білозірська надкатегорійна 14,88 1,63
62
М.О. ПЕРОВ, В.М. МАКАРОВ, І.Ю. НОВИЦЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 3(58)
провітрювання шахт, або в складі некондиційних
(за існуючими нормативами менше 25% метану)
метаноповітряних сумішей, що видаються систе-
мами підземної дегазації.
Скорочення викидів парникових газів і отри-
мання додаткових надходжень завдяки змен-
шенню обсягів генерації енергії на вугільних
ТЕС і ТЕЦ, може відбутися в разі реалізації
спільних проектів вилучення метану з вугіль-
них лав та полів.
Метою статті є аналіз можливостей ути-
лізації метану на шахтах України, визначення
напрямів його використання в економіці країни
та визначення шляхів скорочення емісії шахтно-
го метану за пріоритетними технологіями його
утилізації.
В державі за останні роки в зв’язку зі зроста-
ючим дефіцитом енергоресурсів стає все більш
гострою необхідність вилучення метану для ви-
користання як енергоносія. Однак, незважаючи
на значні ресурси метану, промислове вилучення
його з використанням традиційних технологій ви-
добутку природного газу пов’язане зі значними
труднощами через особливості характеру зв’язку
метану з вугільною масою.
Вилучення метану на вугільних родовищах ви-
магає комплексного застосування різних техноло-
гій та пов’язане зі значними технологічними труд-
нощами і великими витратами.
У світовій практиці найбільш дієвими визна-
ються три способи утилізації метану: спалюван-
ня; очищення; переробка. Україна не є виклю-
ченням із загальних тенденцій. Перший спосіб
підходить для газу з теплотворною здатністю
11–17 ГДж/1000 м3 та вмістом метану 25–50%. У
даному випадку використовують спалювання на
факельних установках, газопоршневих установ-
ках і в котельнях. До другого способу відносять
газ з теплотворною здатністю 17–32 ГДж/1000 м3
та вмістом метану 50–80%. Наразі використову-
ють очистку метану для потреб споживачів, пода-
чу метану в газопровід, побутових потреб, в якос-
ті палива для двигунів внутрішнього згорання.
Третій спосіб використовують для газу з теплот-
ворною здатністю 32–36 ГДж/1000 м3 та вмістом
метану 80–100%. Може також використовуватись
подальша переробка метану в метанол для вироб-
ництва палива.
У Донбасі каптування шахтного метану з ву-
гільних пластів і вміщуючих їх порід проводиться
більше 50 років. Однак повністю розвантажити
пласти від шахтного метану через свердловини,
пробурені з гірських виробок, не вдається. Більшу
частину метану (до 90%) викидають вентиляційні
установки шахт у вигляді малоконцентрованої (в
середньому близько 0,7%) газоповітряної суміші
[10]. Викиди такої кількості вугільного метану
(станом до 2012 р.) за своїм енергетичним потенці-
алом еквівалентні виробленню 9–10 млрд кВт·год
електроенергії на рік, що перевищує витрати
електроенергії всіма вугледобувними підприєм-
ствами України [2].
Навіть у відносно стабільний період роботи
(1991–2004 рр.) на шахтах Донбасу, обладнаних
дегазаційними установками, середня ефектив-
ність дегазації склала 20,5% при середній від-
носній багатогазовості 41,2 м3/т. До 2014 р. дебіт
і концентрація метану в каптованій дегазаційни-
ми установками газоповітряної суміші відпові-
дали вимогам тільки на 17 шахтах. Але і на цих
шахтах при середньозваженій багатогазовості
33,4 м3/т середня ефективність дегазації склала
лише 37,1% [2].
На 59,6 % виїмкових дільниць ефективність
дегазації не перевищує 30%, а концентрація мета-
ну в газоповітряної суміші тільки в 17,2% випад-
ків перевищує 40%, необхідних для забезпечення
стійкої роботи когенераційних установок, перед-
баченої регламентом. Низька ефективність дегаза-
ційних систем (поряд з раніше зазначеними при-
родними факторами) може бути обумовлена неза-
довільним технічним станом дегазаційних систем
(негерметичність ущільнень усть свердловин і
з’єднань трубопроводів, невелика глибина бурін-
ня і т. д.). Середня концентрація метану в дегаза-
ційному трубопроводі залишилася на рівні 25,3%.
Ефективність вилучення знизилася до 17%. У той
же час на шахтах з високим добовим навантажен-
ням, що забезпечують близько 60% видобутку ву-
гілля в Україні, ефективність дегазації в середньо-
му склала 37,1%, що вище середньої по Донбасу
тільки на 6,9% [2].
Розподіл запасів метану в більшості гірничо-
промислових районах Донбасу за даними Укрву-
глегеології наведено в табл. 2 [9].
Таблиця 2. Розподіл запасів метану
Колектор Обсяг, млрд м3 Частка, %
Вуглепородний масив 11860 100
У тому числі:
вугільні пласти
потужністю більше 0,3 м 1460 12,3
вугільні прошарки
потужністю менше 0,3 м − −
вміщуючі породи 9740 82,1
у водорозчинному стані 460 3,9
вільний газ
у геологічних «пастках» 200 1,7
Прогнозні обсяги викидів метану в повітря ву-
гільними шахтами, розташованими на підконтр-
ольних українській владі територіях, на період до
2040 р. наведено в табл. 3.
63
Утилізація та напрями використання метану на шахтах України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 3(58)
Таблиця 3. Прогнозні обсяги виділення метану з шахт, розташованих
на контрольованих українською владою територіях
Підприємство Метановість,
м3/т
Обсяг виділення метану, млн м3
2020 р. 2025 р. 2030 р. 2035 р. 2040 р.
ш. ім. М.С. Сургая 47,5 38,0 54,2 67,7 72,2 72,2
ш/у Пiвденнодонбаське №1 2,0 1,7 1,9 2,1 2,1 2,1
ш. Центральна 25,1 27,6 35,8 42,9 47,7 47,7
ш. Капітальна 20,0 3,0
ш. Краснолиманська 19,6 27,4 29,8 31,7 33,5
ш. Курахiвська 2,0 0,6 0,9 1,1 1,3 1,3
ш. N 1/3 Новогродiвська 12,0 11,4 11,4 11,4 11,4 11,4
ш. Котляревська 20,0 13,6 15,2 16,1 16,1 16,1
ш. Україна 5,0 0,6 3,1 3,3 3,3 3,3
ш. Добропiльська 12,4 16,7 21,2 23,6 25,9 25,9
ш. Алмазна 34,8 17,4 33,1 39,7 49,4 49,4
ш. Піонер 18,0 9,9 14,6 17,1 20,5 20,5
ш. Новодонецька 13,5 15,5 19,2 21,8 25,7 25,7
ш. Бiлицька 13,0 5,2 9,2 14,8 18,5 18,5
ш. Центральна 21,9 4,4 6,2 6,2 6,2 6,2
ш. Північна 43,2 5,4 12,3 12,3 12,3 12,3
ш. Торецька 30,0 3,0 5,7 5,7 5,7 5,7
ПАТ ш/у Покровське 25,7 185,0 185,0 185,0 146,5
ТДВ ш. Білозірська 35,0 39,9 49,9 59,9 66,5 66,5
ВАТ Краснолиманське 19,6 15,7 15,9 15,9 15,9
ш. Тошкiвська 6,1 1,7 2,6 3,5 3,5 3,5
ш. Гірська 50,8 5,1 21,6 29,0 29,0 29,0
ш. Золоте 54,3 5,4 25,8 31,0 31,0 31,0
ш. Карбоніт 31,9 8,9 13,6 18,2 18,2
ш. Привольняньска 4,8 1,3 2,3 2,7 3,2 3,2
ш. Новодружеська 35,9 12,6 23,9 30,5 30,7 30,7
ш. ім. Д.Ф. Мельникова 18,6 9,3 12,4 14,1 14,1 14,1
ш. Степова 23,7 45,0 45,0 22,5
ш. Павлоградська 13,2 31,4 31,4 12,5
ш. Ювілейна 10,7 13,2 14,2 15,2 15,2 15,2
ш. Благодатна 14,0 19,6 20,0 20,0 20,0 20,0
ш. Тернівська 15,0 18,5 18,5
ш. Самарська 13,7 22,1 22,1 22,1
ш. Дніпровська 9,8 14,0 14,0 14,0 14,0 14,0
ш. ім. Героїв космосу 18,7 50,5 53,3 53,3 53,3 53,3
ш. Західно-Донбаська 22,1 50,4 50,4 46,2 46,2 46,2
ш. ім. М.I. Сташкова 6,7 10,2 8,3
ш. Лісова 40,0 8,0 11,4 11,4
ш. Червоноградська 40,0 12,0 22,8 26,6 30,4 30,4
ш. Степова 40,0 8,0 38,0 49,4 57,0
ш. Бужанська 2,0 0,3 0,5 0,5 0,5 0,5
Усього 789,5 976,7 1001,0 947,0 675,9
64
М.О. ПЕРОВ, В.М. МАКАРОВ, І.Ю. НОВИЦЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 3(58)
Найбільший відсоток утилізації газу забез-
печувався на шахтах: ім. Засядька (45–55%) та
ДВАТ «Шахтоуправління «Донбас» (35%) (зна-
ходяться на тимчасово окупованих територіях),
«Краснолиманська» (18–23%).
Слід зазначити, що когенераційна станція на
шахті ім. Засядька – перший в Україні проект
комплексного використання шахтного метану. Су-
марний економічний ефект від реалізації проекту
в умовах шахти ім. Засядька – 272,3 млн грн (у
цінах 2010 р.).
За діючими нормативами попередню дегаза-
цію доцільно проводити при природній газонос-
ності пластів вугілля шахт більш як 10 м3 на 1 т
сухої беззольної маси, а це приблизно 75% діючих
шахт Донбасу.
Утилізація шахтного метану ускладняється
тим, що при його вмісті в метаноповітряній сумі-
ші від 5 до 16% ця суміш є вибухонебезпечною.
Тому можна використовувати лише суміш з кон-
центрацією метану більш як 30%, або менш як
2,5% (подвійний запас надійності), що спостері-
гається тільки на 30% шахт, де проводилась дега-
зація [11].
Викиди метану в результаті діяльності шахт
можуть бути зменшені за рахунок вилучення та
утилізації шахтного метану з шахт, а також за-
вдяки оксидації метану, який міститься у венти-
ляційному повітрі. Найновіші технологічні роз-
робки останніх років дозволяють скористатися
обома підходами. Технології вилучення шахтно-
го метану включають вертикальні свердловини,
пробурені з поверхні, або горизонтальні сверд-
ловини, пробурені з середини шахт. В залежності
від якості газу, видобутий з підземних шахт ме-
тан може бути проданий газопостачальним ком-
паніям, використаний для генерації електроенер-
гії, для осушування вугілля на шахтах чи спожи-
вання сусідніми підприємствами й прилеглими
населеними пунктами.
Зараз каптований метан Донбасу використову-
ється здебільшого на шахтних котельнях для ви-
робництва тепла, хоча й існують набагато більш
ефективні способи його застосування. При цьому
на шахтних котельнях використовується усього
біля 80 млн м3 газу на рік, а 180 млн м3 спалюєть-
ся в факелах [1]. Найефективнішим методом ви-
користання газу вугільних пластів є використання
його як моторного палива для газотурбінних або
газодизельних електроагрегатів з утилізацією те-
пла. При річному об’ємі каптованого газу більш
600 млн м3 добовий видобуток метану складає
1600–1700 тис. м3, що дозволить забезпечити су-
марну електричну потужність силових установок
до 260 МВт, теплових установок – 240 Гкал/год.
Для вироблення електроенергії з використан-
ням шахтного газу можливо використовувати ав-
тономні електростанції та газогенераторні уста-
новки. При установці додаткового обладнання це
устаткування може виробляти і теплову енергію.
Для підвищення безпеки і збільшення тепловідда-
чі згорання до шахтного газу додається природ-
ний газ до концентрації 40%. Тепловіддача при-
родного газу 8700 ккал/м3, шахтного газу – 4000–
6500 ккал/м3.
Утилізацію кондиційного метану при недо-
статньому або такому, що коливається, дебіті
можна здійснювати шляхом сумісного спалюван-
ня з твердим паливом (високозольне вугілля або
промпродукт).
Найбільш перспективним напрямом утилізації
некондиційного шахтного метану є розбавлення
його до концентрації в суміші 2,5% і пряме спа-
лювання її в спеціально обладнаних топках. Роз-
бавляючим агентом може бути витікаючий шах-
тний вентиляційний струмінь, що викидається в
атмосферу. Факельне спалювання знижує вибухо-
і пожежну небезпеку на шахті, при цьому енерге-
тичний потенціал шахтного газу не використову-
ється в господарських цілях. Для використання в
побутових цілях шахтний газ вимагає переробки
на спеціальних газових заводах. Основним спо-
собом переробки є каталітичний крекінг водяною
парою і автотермічний крекінг шляхом каталізу з
повітрям. Добова продуктивність газового заво-
ду складає 500 тис. м3 з теплотою згорання газу
4250 ккал/м3.
Існують теоретичні розробки і експерименти
(з невеликим об’ємом газу) з утилізації метану
концентрацією 0,8–0,9% (оксидайзери), та кон-
центрацією менше 25%. Для цього використо-
вуються: зріджувачі шахтного метану продук-
тивністю 10, 20, 30, 50 і 100 т рідкого метану на
добу; роздільники шахтної дегазації повітря про-
дуктивністю 10, 20 і 30 т газоподібного метану
на добу; роздільники шахтного вентиляційного
повітря продуктивністю 30 і 50 т газоподібного
метану на добу.
Не дивлячись на насущну проблему вилу-
чення та утилізації метану з вугільних пластів,
на даний час їх дегазація в Донецькому басейні
здійснюється недостатньо. Видобуток і вико-
ристання вугільного метану обумовлені не тіль-
ки фільтраційними властивостями вугільних
пластів і фізичними властивостями метанопові-
тряної суміші, але і матеріальними можливос-
тями шахт. Для реалізації проектів спільного
впровадження з утилізації метану необхідно
залучення інвестиційних коштів. Інвестування
коштів може відбуватися по наступній схемі:
інвестор вкладає засоби в модернізацію або за-
міну устаткування для видобування і утилізації
метану з шахти; з метану отримується електрич-
на і теплова енергія; отримана енергія реалізу-
65
Утилізація та напрями використання метану на шахтах України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 3(58)
ється шахті для задоволення її потреб; одиниці
скорочення викидів продаються згідно механіз-
мам Кіотського протоколу; дохід розподіляєть-
ся згідно з укладеними договорами.
Останнім часом внаслідок значного зростання
вартості електроенергії виросла економічна ефек-
тивність міні-ТЕС в Україні. Проте у зв’язку з ве-
ликими питомими і експлуатаційними витратами
через ТЕС можна утилізувати максимум 70–80%
СН4, а залишок (змінну об’ємну частину шахтно-
го метану) доцільно утилізувати через екологічні
факельні установки. Якщо є проблеми із збутом
електроенергії в нічний час, що вже спостеріга-
ється в окремих вугільних районах, то кількість
утилізованого через факельні установки газу до-
цільно збільшити.
До переваг факельних установок слід віднести
і те, що область їх застосування значно ширша,
ніж у котелень і міні-ТЕС. Вони можуть працю-
вати і на свердловинах дегазації далеко від насе-
лених пунктів, вимоги до стабільності шахтного
газу у них істотно нижчі. Дані установки не тільки
покращують екологічну ситуацію, але і сприяють
дегазації діючих шахт.
В умовах України можна рекомендувати почи-
нати утилізацію метану з екологічних факельних
установок і котелень, калориферів, сушарок при
збагачувальних фабриках. Дані технології можуть
доповнювати одна іншу. З підвищенням надійнос-
ті каптажу шахтного газу з концентрацією більше
30% вводити в роботу міні-ТЕС.
Використання того чи іншого способу скоро-
чення емісії шахтного метану залежить від: наяв-
ності системи дегазації і її типу; дебіту шахтного
метану; місця знаходження об’єкта, на якому пла-
нується скорочення емісій шахтного метану та ін.
(табл. 4) [12].
При значному вмісті метану (більше 80%)
в шахтному газі, при безпосередній близькос-
ті споживачів або газотранспортної мережі та
стабільному високому дебіті, його доцільно
продавати населенню для використання в по-
бутових цілях.
За віддаленості споживачів або газотран-
спортної мережі та стабільному високому дебі-
ті (з концентрацією понад 80%), його доцільно
використовувати, в першу чергу, як паливо для
транспортних засобів шахти. У разі, якщо по-
треби шахти в пальному менші, ніж дебіт мета-
ну, доцільно виробляти теплову та електроенер-
гію для власного споживання. Якщо і в цьому
разі метан повністю не використовується, у разі
знаходження в безпосередній близькості елек-
тромережі, доцільно виробляти електроенергію
на продаж. У разі відсутності в безпосередній
близькості електромережі рештку метану необ-
хідно спалювати в факелі.
При незначному (25–80%) вмісті метану в шах-
тному газі, при стабільному високому дебіті у разі
знаходження дегазаційних свердловин в безпосе-
редній близькості від споживачів, його можливо
використовувати для вироблення теплової енергії
шляхом спалювання метану в котельнях населе-
них пунктів, у разі відсутності в безпосередній
близькості споживачів теплової енергії, його мож-
ливо утилізувати шляхом спалювання в шахтних
котельнях.
При будь яких дебіті шахтного газу та концен-
трації в ньому метану, при значній віддаленості
дегазаційної свердловини від шахти чи населе-
ного пункту, доцільно утилізувати метан шляхом
його спалювання в факелі.
Утилізацію шахтного газу, як зі значною так і
з незначною концентрацією метану в ньому, при
малому дебіті доцільно використовувати як пали-
во в шахтних котельних, або, у разі, якщо шахта
розташована в населеному пункті – в котельнях
населеного пункту.
Таблиця 4. Способи утилізації метану
Дебіт
Концен-
трація
метану, %
Віддаленість
споживачів
Спосіб утилізації Споживачі
Автозапра-
вочні
станції
Виробництво
Факел Населення
Газо-
транс-
портна
мережа
теплоенергії електроенергії
Стабільно
високий
Більше
80
Близько 1 2
Далеко 1 2 3 4
25−80
Близько
1
населений
пункт
1
Далеко 1
шахта 2
Низький 0−100 1 2
Примітка. 1, 2, 3, 4 – пріоритет технології утилізації метану.
66
М.О. ПЕРОВ, В.М. МАКАРОВ, І.Ю. НОВИЦЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 3(58)
ВИСНОВКИ
Вилучення метану з вугільних пластів з по-
дальшою утилізацією є позитивним моментом
на шляху вирішення екологічних проблем, а саме
зниження викидів парникових газів та глобально-
го потепління.
За результатами прогнозування обсягів вики-
дів метану з шахт, розташованих на контрольова-
ній українською владою території, обсяги метану,
що виділяється при видобутку вугілля, сягають
790 млн м3 у 2020 р., знаходяться на рівні 950–
1000 млн м3 у період 2025–2035 рр., і знижуються
до 675 млн м3 у 2040 р.
В умовах України можна рекомендувати, в
першу чергу, впроваджувати утилізацію шахтного
метану в котельнях, забезпечуючи гарячу воду та
опалення у зимовий період. Це дасть можливість
скоротити викиди забруднюючих речовин від спа-
лювання твердого палива на 20%.
Використання когенераційної станції є най-
більш ефективним способом повної утилізації
метану від підземної дегазації і підвищення рівня
енергонезалежності вугільного підприємства.
Метан, який неможливо використати в котель-
ні, необхідно спалювати у факелі, що дозволить
отримати значний економічний ефект за рахунок
зниження платежів екологічного збору. Плата за
вуглекислий газ, що утворюється при згоранні
метану, становитиме у 5 разів менше значення,
ніж при безпосередньому викиді аналогічної його
кількості в атмосферу.
За рахунок впровадження дегазаційного об-
ладнання при модернізації шахт можливо досяг-
ти скорочення викидів метану до 515 млн м3 у
2020 р., 440 млн м3 у 2025 р., 410 млн м3 у 2030 р.,
390 млн м3 у 2035 р. і до 280 млн м3 у 2040 р.
1. Булат А.Ф., Чемерис И.Ф. Перспективы со-
здания энергетических комплексов на базе
угледобывающих предприятий. Уголь Украины.
2006. № 2. С. 3—6.
2. Майдукова С.С. Трансформування механізмів
управління мінерально-енергетичними ресурсами
вугільної промисловості: дис. … канд. екон. наук:
08.00.06. Донецьк, 2013. 212 с.
3. Карп И.Н. Метан угольных пластов. Экология и ре-
сурсосбережение. 2005. № 1. С. 5—9.
4. Гомель И.И., Рябич О.Н. Особенности реализации
проектов современного осуществления в угольной
промышленности. Геотехнології та управління ви-
робництвом XXI сторіччя: монографія за заг. ред.
О.В. Мартякової. Донецьк: Вид-во ДонНТУ, 2006.
Т. 2. С. 73—79.
5. Мала гірнича енциклопедія. Т. 2. [За ред. В.С. Бі-
лецького]. Донецьк: Донбас, 2007. 652 с.
6. Технікоекономічне обґрунтування для Програми
утилізації шахтного метану в Луганській області
шляхом застосування механізмів Кіотського Про-
токолу. Луганськ, 2008. 393 с.
7. Бондаренко В.И. и др. Энергетика: история, на-
стоящее и будущее: в 4 т. Т. 1. Карп И.Н. и др.
(научн. ред.). Киев, 2005. 304 с. Ukraine. 2019
Common Reporting Format (CRF) Table. URL:
https://unfccc.int/documents/195606 (дата звернен-
ня: 17.05.2019).
8. Коровяка Е.А., Манукян Э.С., Василенко Е.А.
Перспективы извлечения шахтного метана и его
утилизация в условиях шахты «Западно-Донбас-
ская» ОАО «Павлоградуголь». Науковий вісник
НГУ. 2004. № 4. С. 39—43.
9. Майдуков Г.Л. Ресурсный потенциал шахтного ме-
тана в энергетике Украины. Уголь Украины. 2015.
№ 10. С. 38—45.
10. Новицький І.Ю., Перов М.О., Макортецький М.М.
Оцінка впливу підприємств вугільної промисло-
вості на довкілля. Проблеми загальної енергетики.
2019. Вип. 1(56). С. 59—63. https://doi.org/10.15407/
pge2019.01.059.
11. Перов М.О., Макаров В.М,, Новицький І.Ю. Про-
блеми утилізації метану на шахтах України. Про-
блеми загальної енергетики. 2011. Вип. 4(27).
С. 28—34.
Надійшла до редколегії: 25.07.2019
|
| id | systemreorg-article-728 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:20:54Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/50/f561e318428dae25452543db43f57d50.pdf |
| spelling | systemreorg-article-7282026-07-18T12:57:45Z Utilization and directions of methane use at the mines of Ukraine Утилізація та напрями використання метану на шахтах України Perov M.O. Makarov V.M. Novytskyi I.Yu. coal industry, mine methane, degassing, utilization, greenhouse effect. вугільна промисловість, шахтний метан, дегазація, утилізація, парниковий ефект. The article examines and analyzes the state and problems of extraction and subsequent utilization of methane from the coal deposits of Ukraine, including the Donbass mines controlled by the Ukrainian authorities. Coal deposits of almost all mines in Ukraine are methane-bearing. Methane is continuously released into the mine space naturally, many mines are dangerous due to the sudden ejection of large volumes of methane, and the development of a coal seam intensifies the methane release.Methane with mine air in certain concentrations forms a fire-hazardous or explosive mixture, having neither color nor smell, and its presence can be detected only by special devices. There are no few cases of explosions and fires in mines, leading to the death of miners. Not being a toxic gas per se, methane nevertheless “dilutes” mine air, reducing the oxygen concentration in it, which negatively affects the working conditions of underground mine personnel.Taking this into account, we see that the degassing of mines is an urgent problem for the coal mining industry. Degassing can be carried out previously by drilling wells in coal seams (from the surface or shaft of the mine) and airing (ventilation). However, methane emissions from degassing systems directly into the Earth’s atmosphere are harmful for the environment, since methane is a greenhouse gas whose activity is by 21–25 times higher than that of a common greenhouse gas such as carbon dioxide.Therefore, the second urgent problem is the utilization of extracted methane. In addition, methane is a valuable high-calorific energy resource, more environmentally pure than coal and oil products.The article analyzes the potential reserves and distribution of methane volumes in coal masses, considers the degree of methane degassing and utilization in Ukraine, gives the forecasted volumes of methane emissions from mines in the territory controlled by the Ukrainian authorities. The possible acceptability of various methane-use methods was determined depending on factors such as methane flow rate, concentration, consumer distance, etc.As a conclusion, we see that, under conditions of the deficit of own natural gas reserves in the bowels of Ukraine and the state's dependence on imported fuel supplies, coal methane should take its rightful place in the formation of the national fuel-and-energy balance. В статті розглянуто та проаналізовано стан і проблеми вилучення та подальшої утилізації метану вугільних родовищ України включаючи підконтрольні владі шахти Донбасу. Вугільні поклади практично всіх шахт України є метаноносними. Метан безперервно виділяється у шахтний простір природним шляхом, багато шахт є небезпечними за раптовими викидами великих обсягів метану, розробка вугільного пласту інтенсифікує вивільнення метану.Метан з шахтним повітрям у певних концентраціях утворює пожежо- або вибухонебезпечну суміш, не маючи ні кольору, ні запаху його наявність може бути виявлена тільки спеціальними приладами. Не поодинокі випадки вибухів та пожеж у шахтах, що призводять до загибелі шахтарів. Не будучи самим по собі токсичним газом, тим не менш метан «розбавляє» шахтне повітря, зменшуючи концентрацію в ньому кисню, що негативно впливає на умови праці підземного персоналу шахти.Зважаючи на це, дегазація шахт є нагальною проблеми для вуглевидобувної галузі. Дегазація може провадитися попередньо шляхом буріння свердловин у вугільні пласти (з поверхні або ствола шахти) та провітрювання (вентиляції). Але викид метану системами дегазації безпосередньо в земну атмосферу наносить шкоду довкіллю, тому що метан є парниковим газом, активність якого в 21–25 разів вища, ніж у такого найпоширенішого парникового газу як діоксид вуглецю (вуглекислий газ).Тому другою актуальною проблемою є утилізація вилученого метану. До того ж метан є цінним висококалорійним енергоресурсом, більш екологічно чистим, ніж вугілля та нафтопродукти.В статті проаналізовано потенційні запаси та розподіл його обсягів у вугільних масивах, проаналізовано ступені дегазації та утилізації метану в Україні, наведено прогнозні обсяги виділення метану з шахт на підконтрольній українській владі території. Визначено можливу прийнятність різних методів використання метану в залежності від таких факторів, як  дебіт, концентрація, віддаленість споживача тощо.Як висновок витікає, що в умовах дефіциту власних запасів природного газу в надрах України і залежності держави від імпортних поставок палива, метан вугільних родовищ повинен зайняти належне місце в формуванні національного паливно-енергетичного балансу. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2019-09-27 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/728 10.15407/pge2019.03.060 System Research in Energy; No. 3 (58) (2019): The Problems of General Energy; 60-66 Системні дослідження в енергетиці; № 3 (58) (2019): Проблеми загальної енергетики; 60-66 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/728/628 Copyright (c) 2019 Perov M.O., Makarov V.M., Novytskyi I.Yu. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | coal industry mine methane degassing utilization greenhouse effect. Perov M.O. Makarov V.M. Novytskyi I.Yu. Utilization and directions of methane use at the mines of Ukraine |
| title | Utilization and directions of methane use at the mines of Ukraine |
| title_alt | Утилізація та напрями використання метану на шахтах України |
| title_full | Utilization and directions of methane use at the mines of Ukraine |
| title_fullStr | Utilization and directions of methane use at the mines of Ukraine |
| title_full_unstemmed | Utilization and directions of methane use at the mines of Ukraine |
| title_short | Utilization and directions of methane use at the mines of Ukraine |
| title_sort | utilization and directions of methane use at the mines of ukraine |
| topic | coal industry mine methane degassing utilization greenhouse effect. |
| topic_facet | coal industry mine methane degassing utilization greenhouse effect. вугільна промисловість шахтний метан дегазація утилізація парниковий ефект. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/728 |
| work_keys_str_mv | AT perovmo utilizationanddirectionsofmethaneuseattheminesofukraine AT makarovvm utilizationanddirectionsofmethaneuseattheminesofukraine AT novytskyiiyu utilizationanddirectionsofmethaneuseattheminesofukraine AT perovmo utilízacíâtanaprâmivikoristannâmetanunašahtahukraíni AT makarovvm utilízacíâtanaprâmivikoristannâmetanunašahtahukraíni AT novytskyiiyu utilízacíâtanaprâmivikoristannâmetanunašahtahukraíni |