Утилизация шахтного газа

Сегодня проблема утилизации шахтного газа при угледобыче приобретает все большее значение в рамках возрастающей необходимости решения проблем климата, экологии, защиты окружающей среды и безопасности производства. Исходя из представленной информации абсолютно очевидно, что использование шахтного газа для целей генерации – это достаточно сложная инженерная задача, требующая помимо проектирования и строительства самой электростанции, разработки систем газоподготовки и оптимизации режимов работы станции.

Метаноносность - количество метана, содержащееся в природных усло­виях в единице массы (м³/т) или объёма (м³/м³) угля или породы.

Современное состояние подземной разработки угольных ме­сторождений характеризуется увеличением глубины разработки и ухудшением природных и горно-технических условий горных ра­бот, в частности, увеличением газообильности выработок вследст­вие роста природной газоносности пластов и вмещающих пород, которая на глубинах порядка 1000 м достигает 20—30 м-7т. Метан, выделяющийся в горные выработки, сдерживает добычу угля, по­вышает его себестоимость, ухудшает комфортность и безопас­ность труда шахтеров, а вынос метана на поверхность приводит к ухудшению экологии атмосферы. Этот метан при разработке ме­сторождений извлекается на поверхность как с вентиляционной струей, так и различными способами дегазации, утилизируется же лишь незначительная его часть. В зависимости от применяемого способа дегазации (подземная, скважинами, пробуренными с по­верхности в неразгруженный массив, в выработанное пространство и др.), а также времени ее осуществления (до начала горных работ или в процессе их проведения) концентрация метана в извлекаемой газовоздушной смеси изменяется в широком диапазоне—от единиц до десятков процентов при резком колебании дебитов.

Большинство из этих способов направлено на извлечение ме­тана из подработанного горными работами массива. Извлечь газ из неразгруженного массива можно только после изменения его свойств и состояния путем активных (силовых) воздействий, вы­бор которых определяется природными свойствами массива, а также горно-геологическими и горно-техническими условиями.[9.57c.]

При гидрорасчленении угольных пластов и вмещающих пород ставятся задачи интенсификации извлечения метана из пласта, уп­равления его напряженным состоянием за счет изменения физико-механических свойств, а также повышения глубины дегазации. Про­веденные исследования показали, что обобщенной характеристикой газодинамического и напряженного состояния угольных пластов может служить их проницаемость. На величину проницаемости оп­ределяющее влияние оказывают как природные, так и горно­технические факторы. Проницаемость угленосной толщи можно повысить путем нагнетания в нее под давлением воды, которая рас­крывает естественные трещины пласта. Дополнительно повысить проницаемость угленосного массива можно путем растворения минеральной составляющей угля, а вмещающих пород — путем рас­творения связующего породного цемента. Для этого в угольный пласт закачивают растворы химически- и поверхностно- активных веществ. При выборе класса химических реагентов с це­лью активного воздействия на минеральную составляющую угля и связующего цемента пород был исследован класс веществ, названных комплексонами. Для исследований были выбраны фосфорорганические комплексоны. Разработка угольных месторождений в современных условиях выдвигает необходимость новых решений ряда проблем по обеспечению безопасности эксплуатации шахт, комплексного освоения минеральных ресурсов и защиты окружающей среды. К таким проблемам относится и проблема утилиза­ции шахтного метана, извлекаемого на поверхность различными способами дегазации, а также выносимого вентиляционной воз­душной струей.

В составе газа, извлекаемого из дегазационных скважин (под­земных или скважин, пробуренных с поверхности), содержание ме­тана колеблется от 2—3 до 70—80 %. Дебиты газа также изменяются в широком диапазоне. Вследствие таких больших колебаний затруднено его широкое использование. В связи с этим встает за­дача найти такой способ утилизации шахтного газа, для которого компонентный состав газа не был бы жестким условием. Таким способом является перевод шахтного газа в гидратное состояние, с его помощью можно переводить в гидрат различ­ные газы, в том числе и их смеси, при этом будут меняться только равновесные условия гидратообразования. При использовании в качестве газа-гидратообразователя шахтной метановоздушной смеси можно в едином технологическом процессе осуществить опреснение шахтной воды и утилизацию шахтного газа с получением в качестве готовых продуктов пресной воды, сухих солей и чистого метана. Это позволит получить новые полезные продукты и существенно снизить вредное воздействие, оказываемое горным предприятием на окружающую среду.

Трудности утилизации метана из вентиляционных струй шахт заключаются в очень низкой его концентрации (до 0,75 %) и боль­ших расходах воздуха, что требует больших энергетических затрат. Извлечение метана из вентиляционной струи будет экономически и технологически целесообразным лишь в комбинированной системе, в которой одновременно с извлечением метана можно осуществлять и другие необходимые для шахты процессы. Предлагается для раз­работки технологии утилизации метана из вентиляционных струй шахт использовать сорбционные и кристаллизационные процессы. [10.15-18c.]