Снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений с энергетическим использованием метана

Шмидт, Михаил Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений с энергетическим использованием метана
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений с энергетическим использованием метана"

ООЗОВ8959

На правах рукописи

Шмидт Михаил Викторович

УДК 622 831(043 3)

СНИЖЕНИЕ ЭМИССИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ ПРИ МЕТАНОБЕЗОПАСНОЙ РАЗРАБОТКЕ УГЛЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТАНА

Специальность 25 00 36 -«Геоэкология» 05 26 03 - «Пожарная и промышленная безопасность» (в горной промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2006

003068959

Работа выполнена в Московском государственном горном университете и в Управлении «Спецшахтомонтаждегазация» Угольного Департамента АО «Миттал Стал Темиртау»

Научные консультанты доктор технических наук, профессор Сластунов Сергей Викторович доктор технических наук, профессор Презент Григорий Михайлович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Красюк Николай Николаевич,

доктор технических наук, профессор Матвиенко Николай Григорьевич,

доктор технических наук, профессор Серов Виктор Иванович

Ведущая организация - ОАО «Промгаз» (г Москва)

Защита диссертации состоится « 29 » июня 2006 г в 11 час на заседании диссертационного совета Д 212 128 08 при Московском государственном горном университете по адресу. 119991, ГСП, Москва, В-49, Ленинский пр., 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ Автореферат разослан « 29 » мая 2006 г

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Шек Валерий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Экологические проблемы глобального потепления климата и сохранения озонового слоя требуют эффективного снижения уровня эмиссии парниковых газов, поступающих в атмосферу в результате производственной деятельности нашей цивилизации В перспективном прогнозе Мировой теплоэнергетики ожидается возврат к такому топливу, как ископаемый уголь При этом конкурентоспособность твердого топлива в значительной мере определяется требованиями к экологичности разработки углегазовых месторождений, в частности - к уровню выбросов парникового газа метана По степени негативного влияния в ряду парниковых газов метан занимает второе место после углекислого газа Проблемы шахтного метана заключаются в экологическом аспекте, связанном с его эмиссией в атмосферу, в обеспечении метанобезопасности высокопроизводительной добычи угля, в ценности этого продукта для промышленного использования Проблема обеспечения метанобезопасности горных работ продолжает являться актуальной По оценке специалистов, при авариях, связанных со взрывами и внезапными выбросами метана, в минувшем веке погибло около 100000 шахтеров Метанобезопасность отработки пластов с нагрузками на лаву более 4-5 тысяч тонн в сутки может быть обеспечена только комплексной дегазацией Уровень извлечения метана дегазацией в среднем по Карагандинскому бассейну составляет до 10 м3 на тонну добываемого угля, а в очистных забоях с эффективной комплексной дегазацией он превышает 20 м3/т Обеспечение метанобезопасности требует значительных затрат энергии В частности, энергозатраты на добычу тонны угля составляют до 140 МДж, из них до 65% - это энергозатраты на вентиляцию и дегазацию Извлекаемый газ является ценным энергоносителем При его энергетическом использовании коэффициент полезного действия по электроэнергии может составить 0,200,35 С учетом полезной энергетической ценности одного кубометра метана в 10 МДж видно, что при уровне дегазации с энергетическим использованием газа свыше 15 м3 на тонну добываемого угля шахта за счет метана может генерировать электроэнергию в количествах, превышающих собственную потребность

В настоящее время основное количество метана, извлекаемого при разработке угольных пластов в странах СНГ, выбрасывается в атмосферу В Карагандинском угольном бассейне шахтный метан в объемах до 25 млн м3 в год утилизируется сжиганием в котельных, что составляет четверть газа, извлеченного дегазацией Экономическая эффективность такого использования достигается только замещением утля на газ и не покрывает затрат на его извлечение

Поэтому разработка научных основ и создание новых технических решений по извлечению и энергетическому использованию угольного метана, обеспечивающих снижение эмиссии парниковых газов, является актуальной научной задачей

Целью работы является научное обоснование и создание эффективных технических и технологических решений, обеспечивающих максимальное снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений с энергетическим использованием извлекаемого метана

Идея работы заключается в учете технологических и экономических критериев при выборе и оптимизации параметров технологии разработки углегазовых месторождений с извлечением и энергетическим использованием метана, обеспечивающих снижение эмиссии парниковых газов и метанобезопасность ведения горных работ

Методы исследований В диссертации использовались анализ отечественного и зарубежного опыта, литературных и фондовых материалов, аналитические методы, методы теории вероятностей и математической статистики, лабораторные и натурные исследования с применением апробированных методик

Основные научные положения, выносимые на защиту

1 Экологическая эффективность метанобезопасной разработки углегазовых месторождений достигается направленным перераспределением газового баланса шахты за счет заблаговременного извлечения метана

2 Снижение эмиссии метана при открытой разработке газоносного угля может достигаться на основе применения технологии заблаговременной дегазационной подготовки с установленными параметрами расположения ряда скважин вдоль фронта подвигания рабочего борта разреза

3 Теоретически обоснован и разработан механизм, а также определены параметры обработки угольного пласта вспенивающимися растворами, обеспечивающие интенсификацию газоотдачи из трещиновато-блочной структуры техногенного коллектора, сформированного в процессе расчленения

4 Предотвращение выбросоопасности угольного пласта достигается повышением его проницаемости в результате расчленения, обеспечивающей эффективный дренаж метана из призабойной части проводимой выработки и исключающей возможность формирования выбросоопасной ситуации

5 Аналитически обоснованы параметры работы газотурбинных двигателей на шахтных метановоздушных смесях и механизм подачи обедненных метановых смесей на воздушный вход двигателя

6 Аналитически обоснованы параметры горелочных устройств, обеспечивающих взрывобезопасность сжигания метановоздушных смесей с концентрацией 10-25%

7 Обоснован механизм переработки метана в технический углерод, применение которого позволяет сократить выбросы углекислого газа и потребление кислорода при выработке тепловой энергии

8 Проектирование метанобезопасной разработки углегазовых месторождений необходимо вести с учетом разработанного алгоритма оптимизации технологической схемы извлечения и использования метана на угольной шахте

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются

• удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными (погрешность менее 10%),

• представительным объемом наблюдений за параметрами извлекаемых метановоздушных смесей при различных способах дегазации,

• представительным объемом шахтных исследований по оценке эффективности дегазационной подготовки,

• положительными результатами апробации разработанных технологий и оборудования для энергетического использования шахтного метана

Научная новнзна результатов исследований состоит в следующем

• научно обоснованы и разработаны технические решения по снижению эмиссии метана с его извлечением из техногенных коллекторов при подземной и открытой добыче угля,

• установлены закономерности эмиссии и извлечения метана из различных типов техногенных коллекторов,

• установлены закономерности формирования техногенных коллекторов методом расчленения угольного пласта активно вспенивающимися растворами,

• установлен и обоснован механизм предотвращения выбросоопасности угольных пластов при их гидрорасчленении

Научное значение работы заключается в научном обосновании и разработке новых технических и техно тогических решений, обеспечивающих максимальное снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений подземным и открытым способом с энергетическим использованием извлекаемого метана Практическое значение работы:

разработаны технологические проекты и апробированы новые технологии и оборудование энергетического и энерготехнологического использования шахтного метана,

разработан алгоритм оптимизации параметров технологической схемы извлечения и использования метана на угольной шахте,

разработан технологический проект и апробирована новая технология извлечения метана, основанная на использовании интенсивного образования двуокиси углерода непосредственно в пласте в процессе его расчленения специальными рабочими агентами

Реализация результатов работы Снижение эмиссии метана с заблаговременным его извлечением реализуется на двух шахтах Карагандинского бассейна (им Ленина и «Казахстанская») Разработанная технология расчленения врпенивающимися растворами реализована на поле шахты «Казахстанская» при обработке особовыбросоопасного пласта д6 На поле шахты «Кировская» промышленно апробирован энергетический комплекс ПАЭС-2500 Созданные энергетические установки с форкамерой жаротрубного типа промышленно применены на шахтах «Кировская», «Сокурская», им Ленина Карагандинского бассейна

Разработан и утвержден в установленном порядке технический проект демонстрационного конвертора шахтного метана в технический углерод

Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на научно-технической конференции «Проблемы разработки мощных, пологих и наклонных пластов угля подземным способом (Караганда, 1987г), Всесоюзной научно-технической конференции «Интенсивные и безотходные технологии разработки месторождений угольной и сланцевой промышленности (Караганда, 1989г), научных симпозиумах «Неделя горняка-2000-2005гг», на научно-практических конференциях «Экспо-Уголь» (2004-2005гг), а также на заседаниях ученых советов КНИУИ и научных семинарах и заседаниях кафедр ИЗОС и АОТ МГГУ

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 29 печатных работах, в том числе в 22 научных статьях, в 4 авторских свидетельствах СССР и 3 патентах Республики Казахстан

Объем и структура. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, списка литературы из 103 наименований, содержит 100 рисунков, 82 таблицы

Автор выражает глубокую благодарность чл -корр. РАН Пучкову Л А , научным консультантам докторам техн наук Презенту Г.М. и Сластунову

к т и Швецу И А

за

С В , а также доктору техн наук Баймухаметову С К и поддержку, организацию работ по данному направлению, ценные научные консультации и практическую помощь при проведении исследований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Угольные месторождения в значительном количестве содержат метан, который заключен в природном сорбенте и отличается высокой химической чистотой, что обусловливает возможность его энергетического использования и химической переработки Технико-экономическая эффективность извлечения метана из углегазовых месторождений, не связанного с добычей угля, пока еще проблематична для большинства горногеологических условий залегания угольных пластов В Карагандинском угольном бассейне на стадии геологоразведочных и в процессе ведения горных работ до настоящего времени не обнаружены промышленно

значимые поступления газа из локальных скоплений не техногенного происхождения Эмиссия шахтного метана обусловлена его извлечением средствами вентиляции и дегазации, причем ее величина достигает 25-40 м3 на тонну добытого угля

В странах СНГ современная комплексная дегазация угольных шахт создана трудами сотрудников ННЦ ГП - ИГД им А Л Скочинского, ВостНИИ, МакНИИ, ИПКОН РАН, МГГУ, ПечорНИИпроекта, КНИУИ и других научно-исследовательских, проектно-конструкторских и учебных институтов и является неотъемлемым условием обеспечения метанобезопасности высокопроизводительной добычи угля Большой вклад в разработку этих способов внесли А Т Айруни, И В Сергеев, Н В Ножкин, А М Морев, С К Баймухаметов, О И Касимов, В С Забурдяев, В А Садчиков и др

В мировой практике на угольных шахтах используется до 70 % метана, извлеченного дегазацией (Англия, Германия и др ) В странах СНГ основным способом утилизации шахтного метана является сжигание в шахтных котельных Экологическая эффективность такого использования достигается замещением сжигания угля на газ, извлеченный дегазацией Шахтные котельные имеют сезонный характер работы, и максимальная нагрузка приходится на зимний период В области промышленной утилизации метана образовался большой разрыв между практикой и научными разработками Новые технические решения по использованию шахтного метана созданы такими учеными, как Серов В И, Ельчанинов Е А , Ярулин С А , Красюк Н Н , Королева В Н и др Но в практику угольной промышленности эти новые технологии внедряются медленно Это обусловлено недооценкой экологической и экономической эффективности промышленного использования шахтного метана По данным МТЭА для стабилизации содержания парниковых газов необходимо сокращение выделения метана в атмосферу на 15 %

Эмиссию угольного метана отличает локальность, что позволяет обеспечить его эффективную утилизацию С учетом перспектив угольной отрасли актуальность этой проблемы будет возрастать В республике Казахстан уже в настоящее время до 30% антропогенной эмиссии приходится на метан углегазовых месторождений Поэтому задача снижения

эмиссии угольного метана в атмосферу становится важной составляющей при решении глобальной проблемы потепления климата Земли

Исследования параметров техногенных коллекторов угольной шахты, эмиссии и извлечения метана из этих источников

Оценка эмиссии метана, исследования газового баланса шахт и структуры метановоздушных смесей выполнены в условиях Карагандинского угольного бассейна Обобщенные данные исследований газового баланса на полях шахт им Ленина, им Костенко, «Саранская» и «Абайская» представлены в табл 1

Таблица 1 Исследования газового баланса при комплексной дегазации

Шахта, лава Нагрузка т/сут Съем вентиляцией, м3/мин Съем метана, м 3/мин Газообильность, м 3/мин Эффективность дегазации %

Выраб пр-во Пл СКВ ЗДП

Костенко 28-к ,о -Ю 15001800 10-12 14-16 - - 24-28 50-55

Им Ленина 303-д6-1В 19002100 15-16 16-18 2-3 5-6 41-46 65-70

Абайская 321-Кю -С 21002800 9-11 40-50 2-3 - 53-66 65-80

Саранская 62-к,0-1В 36005600 24-30 60-68 4-6 - 90-104 60-75

Эффективность дегазации выработанного пространства подземными скважинами в условиях шахты им Костенко составляет 55% При отработке столбов по падению эффективность дегазации вертикальными скважинами с поверхности составляет 60-70% при стабильном дебите газа с концентрацией метана в извлекаемой смеси 50-80% Применение комплексной дегазации, включающей вертикальные скважины с поверхности, подземные скважины и дренаж газа из-за перемычек обеспечивает эффективность дегазации выработанного пространства до 75-80 %

Анализ динамики извлечения газа пластовой дегазацией показывает, что при глубинах свыше 400-500 метров съем газа ограничен его

содержанием в свободном состоянии к но превышает уровня 2 м3/т, что определяется снижением газопроницаемости угля с увеличением глубины залегания угольных пластов. Основное количество газа извлекается из техногенных коллекторов. Обобщенные результаты исследований представлены динамикой снижения газоносности различных типов техногенных коллекторов метана при их дегазации (рис. I).

А) Ь)

0( 2 3 4 5 Т,лет 0 20 40 60 80 100 120 140

Рисунок 1. Динамика снижения газоносности А) - но времени: 1-выработанное пространство лавы; 2-угольный массив с пластовыми скважинами; 3-зоны гидрорасчленения (средние значения), 4-зона скв. ГРП-6; Б) - па различных расстояниях от скважины ГРП

Рассмотрим извлечение метана из выработанного пространства, где основным источником газа является оставляемая часть пласта мощностью до 2 метров. Этот коллектор разбит системой эксплуатационных трещин и в значительной мере разгружен от горного давления. ¡В лабораторных условиях, на раздробленном угле, сорбционно-десорбционные процессы имеют продолжительность, измеряемую часами. В реальном коллекторе процессы перехода газа из структуры угля в свободное состояние длятся более полугода. Даже при достаточно эффективной разгрузке остается «барьер», препятствующий интенсивному переходу метана в свободное состояние. Процессы преодоления этого «барьера» связаны с активным воздействием на энергетические связи метана со структурой угольного вещества. Техногенные коллекторы, формирующиеся в выработанном пространстве и представляющие собой практически единую газопроводущую систему, являются наиболее продуктивными для извлечения метана.

Свойства этого коллектора изменяются во времени Наиболее эффективно извлечение газа из участков, прилегающих к границам зон сдвижения пород, где газопроводящие трещины сохраняются в течение более длительного периода времени, чем в центре свода

Для условий пласта Дб на поле шахты им Ленина (при расстоянии между вертикальными скважинами 80 м) расчетный объем газа составит 850000, а фактический его съем одной вертикальной скважиной в среднем составляет 725000 м3 Обсадные колонны скважин гидрорасчленения обладают более высокой устойчивостью по сравнению с обычными вертикальными скважинами, что обеспечивает их работоспособность на протяжении до года и более За тот же период из 32 обычных скважин работоспособность сохранили только 3

Техногенный газовый коллектор, сформированный в зоне гидрорасчленения пласта (ГРП), можно условно разделить на прискважинную часть (0-60 м от скважины), периферийную часть и область увлажнения, расположенную на границе, где гидрорасчленение вырождается в фильтрацию Натурными исследованиями установлено, что ширина области увлажнения составляет 10-20 м Прискважинная часть коллектора, сформированного в зоне гидрорасчленения, характеризуется развитой системой трещин с зиянием 0,2-2,0 мм Для оценки параметров трещиновато-блочной структуры разработана методика, базирующаяся на результатах исследований газовыделения в прогнозные шпуры с использованием математического аппарата исключения промахов Размеры блоков, определяющих величину и динамику газовыделения из скважин, в зонах ГРП- 4,5,6 составили соответственно 14,4, 18 и 11,1 м Для условий пласта дб потенциал извлечения газа из скважины оценивается в 1,5 - 2,0 млн м3 метана, или в 50 % от его общего количества Дебит скважины определяется выражением

_кУ

Чст= 1 . , (1)

(---+ &)

Хпр - Хост

где V - объем запасов угля в пределах радиуса обработки, / - время с начала работы скважины, к — параметр газоотдачи, зависящий от трещинно-блочной структуры и перетока газа из бчока в трещины

Естественная проницаемость пласта д5 составляет (10-50) 10"4 мД После гидрорасчленения, в процессе извлечения рабочей жидкости и газа свойства созданного техногенного коллектора изменяются Вначале его фазовая проницаемость по газу для трещин и блоков сопоставима и составляет порядка 0 01 мД При освобождении трещин от воды угольный пласт приобретает свойства трещиновато-пористой среды и трещинная проницаемость повышается до 0,2 мД По мере съема газа трещинная проницаемость увеличивается еще на порядок (до 1,5-2,0 мД) Дегазация блоков угля трансформирует угольный пласт из неоднородно-трещиноватой среды в трещиноватую и сопровождается дальнейшим повышением трещинной проницаемости до 8-10 мД Важно отметить, что свойства техногенного коллектора, сформированного в зоне гидрорасчленения, отличаются не только образованием системы трещин, разбивающих массив на отдельные блоки, но и глубокими изменениями угольного пласта внутри этих блоков, где эффективная (фильтрационная) пористость угля в 2-3 раза превышает исходную

На основании проведенных исследований установлены зависимости продуктивности извлечения газа при применении отдельных способов дегазации, функции распределения концентрации метана в извлекаемых этими способами смесях, а также намечены пути снижения эмиссии метана и повышения интенсивности его извлечения из техногенных коллекторов

Снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений В основу снижения эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений нами заложены принципы управления газовым балансом шахты на всех стадиях ведения горных работ, включая заблаговременную дегазационную подготовку угольных пластов

Перераспределение газового потока между вентиляционной и дегазационной сетями шахты позволяет управлять снижением эмиссии парниковых газов Усредненные затраты на извлечение одного м3 метана этими системами обеспечения метанобезопасности в стоимостном отношении отличаются несущественно В связи с низкой концентрацией метана в исходящей струе шахт, составляющей 0,10 - 0,25 %, утилизация этого газа осложнена громоздкостью оборудования, требует применения

катализаторов или специальных способов обогащения бедных смесей Наиболее эффективна утилизация высококонцентрированных метановоздушных смесей, извлекаемых средствами дегазации

Необходимость заблаговременного извлечения метана из газоносных и выбросоопасных пластов имеет ряд аспектов Важнейшим аспектом является метановая проблема подготовительных выработок До 40% метана, заключенного в угольном пласте, выделяется при его дренаже подготовительными выработками Эффективное снижение уровня этого метановыделения в атмосферу шахты на современных глубинах разработки возможно только за счет заблаговременного извлечения метана из угольного пласта Другим важным аспектом является обеспечение метанобезопасности очистных забоев Даже при эффективных схемах проветривания забоя и дегазации выработанного пространства, метанобезопасность угледобычи с нагрузкой на очистнои забой свыше 4-5 тысяч тонн в сутки требует заблаговременного снижения газоносности пласта на 5-8 м3/т Заслуживает внимания и аспект газодинамической активности угольных пластов В практике предотвращения выбросоопасности на шахтах Карагандинского бассейна в настоящее время доминирующей является разработанная при нашем участии технология, основанная на бурении опережающих скважин При безусловной эффективности этой технологии, процесс бурения опережающих скважин сопровождается интенсивным газовыделением, вызывающим загазирование забоев В зонах заблаговременной дегазации величина этого газовыделения снижается на 60-75% Два последних аспекта достаточно известны и рассмотрены в работах таких ученых МГГУ, как профессора Ножкин Н В, Васючков Ю Ф , Ярулин С А , Сластунов С В , Коликов К С, а так же в работах карагандинских специалистов - Швеца И А , Ахметбекова Ш У , Тонких В И и других

При обосновании экологического аспекта необходимости заблаговременной дегазации газоносных пластов разработана методология и уточнены формулы аналитического расчета структуры газового баланса шахты по источникам извлечения и выделения метана из различных техногенных коллекторов, отличающиеся учетом таких факторов, как требуемые нагрузка на очистной забой и снижение газоносности угольного пласта Требуемые по фактору обеспечения метанобезопасности работы очистных забоев заблаговременный съем метана из пласта {¿К) и

коэффициент эффективности его дегазации (К*д3пб.т) определяются выражениями

лХ= (Хгр-Хос„*) -СО,, /100 А * Р), м3/мин, (2) Р=К„[1+(1-Кдвп)(^^+г)], (лХ> 0), К*Дзабл^лХ/Хпр.

та

Далее аналитический расчет структуры газового баланса шахты определяется по следующей методологии

1 Ко чичество метана, извлекаемого заблаговременной дегазацией Ом забл А * ХПр К*Дзабл Кнт / т„, м /мин, (3) 2 Интенсивность выделения метана в выработанное пространство очистного забоя <23 пр= А *Р(Хпр - Х„ст) , м3/мин, (4) 3 Количество метана, извлекаемого дегазацией из техногенного коллектора, формирующегося в выработанном пространстве О двп = КДви дв„ г, ,м3/мин, (5)

4 Количество метана, выделяющегося в вентиляционную сеть шахты

при очистных работах О в уЧ=А*Кт[Хт(1-КДпр)-Хост] + (1-КдВП )£)впр, м3/мин, (6)

5 Количество метана, выделяющегося в вентичя11ионную сеть шахты

при подготовительных работах Оч подг ~~ А *[Хпр (I-К*д)-Хост]КИ2В;Ч, у/ «V, /1, те,}~0м борт, мЗ/мин, (7) 6 Количество метана, извлекаемого дегазацией подготовительных забоев Ом борт = А* Хпр Кн Ь т т К*Дборт /Ь0 те,, м3/мин (8) В уравнениях (2) — (8) приняты обозначения С - допустимая концентрация метана в исходящей струе участка, %, О в - проектное количество воздуха, подаваемого в лаву, м3/мин, (без учета воздуха, подаваемого на подсвежение исходящей), А*- нагрузка на лаву, т/мин, г — коэффициент, учитывающий газовыделение га вмещающего массива в выработанное пространство, Р -коэффициент суммарного газовыделения в выработанное пространство, К - коэффициент несоответствия количества подготовительных и очистных забоев(к =1,1-1,4), Кц — коэффициент несоответствия вынимаемых и подготавливаемых площадей пласта, К*Дзадч, КдВП, К*д борт — коэффициенты эффективности дегазации соответственно заблаговременной, выработанного пространства и бортовой

В соответствии с этой методологией проанализирована возможность управления газовым балансом шахты и эмиссией парниковых газов путем извлечения метана из целенаправленно формируемых техногенных коллекторов и его утилизации (табл 2) Для условий разрабатываемого пласта Дб, проанализированы три варианта без дегазации, дегазация выработанного пространства (ДВП), заблаговременная дегазационная подготовка (ЗДП) с дегазацией выработанного пространства лавы (уровень заблаговременного съема метана 5 и 8 м3/т)

Таблица 2 Снижение эмиссии парниковых газов путем заблаговременного извлечения метана

Ед изм Без ЗДП + ДВП

Показатели дега- ДВП съем м3/т

зации 5 8

Нагрузка на лаву т/сут 4000

Метановыделение м3/мин 93,6 (100%)

Выброс в атмосферу Млн м3 49,2 31,5 22,6 18,7

Извлечение дегазацией в год - 17,7 26,6 30,5

(%) (36%) (54%) (62%)

Эмиссия метана в экв СОг Тыс т/год 688 476* 368* 322*

*- при факельном сжигании метановоздушных смесей

Абсолютная газообильность при нагрузке на выемочный участок 4000 т/сут составляет 93,6 м3/мин, а относительная - 33,7 м3/т Средствами дегазации извлекается при втором и третьих вариантах соответственно 36, 54 и 62 % метана выделяющегося на угольной шахте Таким образом, снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений достигается направленным перераспределением газового баланса шахты путем увеличения доли утилизируемого потока метана за счет его заблаговременного извлечения Причем уровень снижения эмиссии метана определяется величиной его заблаговременного съема Для снижения эмисии мегана на 60-70% его заблаговременный съем должен составлять 8-10 м3/т

В Казахстане уровень эмиссии угольного метана за период с 1990 по 2002 год снижен с 62,9 до 34,1 млн т в эквиваленте СОг В основном это обусловлено реструктуризацией угольной отрасли Однако доля шахтного метана в его общей эмиссии снижена с 26,0 до 13,5% За это же время доля эмиссии метана, выделяющегося при открытой добыче угля, возросла с 12,7 до 15,0% Возможности заблаговременного извлечения метана для снижения эмиссии при открытой добыче угля рассмотрим на примере уникального Экибастузского бассейна, где разрабатываются сближенные пласты 1-3 суммарной мощностью свыше 160 м и глубиной залегания до 700 м Газоносность угольных пластов на глубине 500-700 м достигает 20 м3/т угля По данным геологоразведочных работ прогнозные значения ресурсов метана в Экибастузском бассейне оцениваются величиной порядка 75 млрд м3 Глубина действующих разрезов «Богатырь» и «Северный» составляет 200210 м, что значительно ниже зоны газового выветривания В настоящее время основной поток эмиссии метана обусловлен разгрузкой массива от горного давления подвигающимися рабочими бортами разреза Основные направления миграции метана из подрабатываемого массива могут быть перекрыты зонами скважин гидрорасчленения, располагаемыми по фронту подвигания рабочего борта разреза на определенном расстоянии от верхнего породного уступа При таком расположении скважин часть метана извлекается заблаговременно и на пути миграции метана с помощью вакуумирования создается техногенный барьер При разгрузке созданного сформированного коллектора надвигающимися горными работами эффективность извлечения метана будет даже возрастать Причем скважины ГРП нужно использовать и после их подсечения породными уступами

Следует отметить, что при открытой добыче угля альтернативы этому способу снижения эмиссии метана нет

В настоящее время по заданию ТОО «Богатырь Аксес Комир» разработан Пилотный проект на 3 скважины гидрорасчленения на участке разреза «Северный», предназначенные для изучения газоотдачи пластов 1 -3 Экибастузского бассейна Обоснованы параметры заложения и обработки скважин, которые определяются производством процесса гидрорасчленения в нетронутом угольном массиве В частности, объем закачки рабочей жидкости (0, темп закачки (д) и расстояние от скважины гидрорасчленения до верхнего породного уступа (¿) определяются формулами

, , ~ 65 \nhmт , , ,

£ = KuKR2hmD, м3, 9 = ^-J^2-M3/c,L = R3+fftga,M, (9)

где /г - мощность обрабатываемой части пласта, м, m-j - фильтрующая пористость пласта, Кн - коэффициент, учитывающий потери жидкости на фильтрацию (Кн=1,35-1,60), R-j- радиус обработки, м, Н-глубина залегания кровчи пласта, м, а - угол разгрузки рабочим бортом

При реализации проектов заблаговременной дегазационной подготовки основным сдерживающим фактором являются значительные капитальные затраты, отложенные во времени на период до 10 лет Поэтому необходимо совершенствование технологии с повышением интенсивности газовыделения, особенно в первые годы эксплуатации скважин

Совершенствование технологии заблаговременной дегазации с гидрорасчленением угольного пласта

Для повышения эффективности извлечения метана необходимо совмещать процесс раскрытия техногенных трещин в радиусе до 150 м от скважины с активным воздействием на энергетические связи метана с угольным веществом В соответствии с этим разработан и теоретически обоснован механизм, а также определены параметры обработки угольного пласта вспенивающимися растворами Эта новая технология основана на реакции взаимодействия растворов сильных кислот и веществ, содержащих группы СОз или НСОз, сопровождающейся интенсивным выделением углекислого газа Причем реакция этих веществ происходит внугри раскрываемых трещин и осуществляется непосредственно в процессе закачки рабочего агента в расчленяемый угольный пласт Лабораторными исследованиями установлено, что основное количество углекислого газа образуется в течение первых двух минут после смешивания реагентов Таким образом, в [.течение СОг при закачке раствора в скважину определяется темпом закачки

Разработанная при непосредственном участии автора технология доведена до стадии промышленной реализации Технология расчленения вспенивающимися жидкостями и химически активными газами (углекислый газ) включает гидрорасчленение пласта по обычной технологии при темпах закачки воды до 80 л/с в объеме до 3000 м3, заполнение первоначально

созданной сети трещин соляной кислотой, закачку с темпом до 80 л/с

концентрированного теплого раствора (32-40°С) соды пищевой Гидрорасчленение вспенивающимися растворами по пласту д6 в соответствии с

разработанным проектом произведено через скважину ГРП-30 на поле шахты «Казахстанская»

При реализованных параметрах нагнетания раствора соды в скважину темп внедрения рабочего агента в пласт увеличен на 12-15 л/с и составил около 102-110 л/с в течение 30-50 минут

На рис 2 представлены полученные зависимости темпа и давления нагнетания рабочих агентов, свидетельствующие об увеличении давления в 1,31,5 раза

А) Б)

Дав- Деби!

1>штр мотят м /\тп

0 2 0 40 6 0 80 Темп, л/с 0 4 8 12 16 20 Т,мсс

Рисунок 2 Зависимости давления на устье скважин от темпа нагнетания рабочей жидкости (А) и динамика дебита метана (Б) 1- при гидрорасчленении (скв 23,24,31), 2- разновидность технологии, предусматривающая использование геоэнергии (скв 25,27,29), 3- разновидность технологии, предусматривающая выдержку рабочей жидкости (скв 28), 4- при расчленении вспенивающимся раствором (скв 30)

В отличие от других скважин, интенсивное истечение метана из техногенного коллектора, сформированного в зоне скважины ГРП-30 (см рис 2), началось сразу после запуска станка-качалки, а дебит метана в первый год освоения в 2-3 раза выше, чем на других скважинах Достигнутая на скважине ГРП-30 эффективность извлечения метана позволяет сделать вывод о перспективности разработанной технологии

Обеспечение метанобезопасности горных работ путем заблаговременной дегазационной подготовки выбросоопасных угольных пластов Вопросы обеспечения безопасности горных работ путем заблаговременной дегазационной подготовки (ЗДП) достаточно изучены В частности, им посвящены диссертационные работы С А Ярунина, Г М Презента, К С Коликова, В И Тонких и А И Швеца Поэтому остановимся только на двух важных аспектах ЗДП - на ее влиянии на газовый баланс высокопроизводительных очистных забоев и на механизме предотвращения газодинамических явлений

Влияние ЗДП на метанобезопасность очистных забоев рассмотрим на примере отработки лавы 305-дб-1В (поле шахты им Ленина) Комплексная дегазация включала заблаговременное извлечение метана, пластовую дегазацию и извлечение метана из выработанного пространства лавы вертикальными скважинами Скважины гидрорасчленения №1-14 на поле этой шахты закладывались с учетом отработки очистных забоев по простиранию Но схема ведения горных работ была изменена на отработку столбами по падению. Исследования извлечения метана пластовой дегазацией подтвердили факт, что в зонах гидрорасчленения, даже при заблаговременном съеме метана на уровне 3-5 м3/т, извлечение метана пластовой дегазацией существенно возрастает В частности, съем метана пластовыми скважинами в блоке №1 составил 2,1, а в блоке №2 - 0,8 м3/т Результаты исследований газового баланса очистного забоя приведены в табл 3 Абсолютная газообильность блока №1 составила 43,8 м3/мин, а блока Ла2, который расположен на 50 м глубже - 46,1 м3/мин

Таблица 3 Структура газового баланса очистного забоя 305-д6-1В

№ Газовый баланс очистного забоя Газовы-

бло Съем Съем дегазацией, м3/мин деление

-ка вентиля- здп Пл скв Выраб пр-во Итого в забое,

цией, м3/мин м3/мин

1 17,9(41%) 5,5 3,7 16,7 25,9 2,2

2 21,0(46%) - 1,2 23,9 25,1 4,8

Газбвьделение.из , пласта- -'Hfl У

^ Ш

Гззав t делений из . ■ nnatsr о [ "ы/т

■ Гззоъщешме -Щ-: Ji.lу'

Газообнль иость очистного забоя лавы 305-д<г1В, характеризующая интенсивность газовыделения и : вынимаемой части пласта, в зонах скважин ГР11-2 и ГРП-10 снижена на 54-60 %. Для объяснения этого рассмотрим структуру газовыделения из угольною пласта при различных вариантах снижения его газоносности (рис.2).

Газоносность

Ост ЭТОЧНЗЯ

эзоносиость угля

6.0 мЗ/т

Ост g т оч на я

ЗОНРСМОСТЬ угля ■

6.0 ы'Л/т

Рисунок 2. Структура газовыделения из угольного пласта

При определении эффективности дегазации мы традиционно рассматриваем снижение газоносности угольного пласта относительно природной. Однако уголь характеризуется остаточной газоносностью, т.е. количеством газа, которое может быть извлечено только в лабораторных условиях нагрева измельченного угля и глубокого вакуумировакия. С учетом остаточной газоносности угля, выдаваемого за пределы выемочного участка, при уровне извлечения метана в 8 м'/т (44% от природной газоносности) реальное газ овы деление из пласта снижается в 3 раза. В зонах заблаговременной дегазационной подготовки (за счет снижения газоносности оставляемой часта пласта) газовыделение в выработанное пространство лавы снижено н J,2-1,3 раза, что отразилось на некотором уменьшении абсолютной величины извлечения метана вертикальными скважинами. Однако эффективность дегазации куполов обрушения при этом осталась на прежнем уровне (49-54%). Проведенные исследования позволили уточнить для условий пласта значения коэффициента (г=1,3-1,4) в формуле (3).

Другим важнейшим фактором гидрорасчленения является увеличение Природной проницаемости пласта на 3-4 порядка (с 12-50 10"' мД до 10 мД), а также увеличение эффективной (фильтрующей) пористости угля. 31о нашему Мнению, процесс формирования вы бросо опасной ситуации в забое Подготовительной выработки носит техногенный характер. В соответствии с разработанными методиками проведены исследования состояния

призабойной части подготовительной выработки. Этими исследованиями установлено, что на фактически в ыбросо опасных участках изменение начальной скорости газовыделения по длине прогнозного шпура носит специфический характер (рис.3). Газовыделение в шпур на интервале 0,5-1,5 м снижается до «О». При выброеоопасной ситуации проницаемость краевой части пласта резко снижается, я в непосредственной близости от забоя возникают опасные градиенты газоносности и газового давления, то есть необходимые условия развития внезапного выброса.

О,

Рисунок 3. Динамика начальной скорости газовьшеления по длине прогнозного шпура: 1- при выброеоопасной ситуации, 2 - при неопасной ситуации, 3- в зонах освоенных скважин ГРП

На неопасных участках вне зон ЗДП {кривая 2) величина начальной скорости газовыделения с увеличением глубины шпура плавно снижается. Снижение газодинамической активности пласта при его ЗДП определяется повышением фильтрующей пористости угля в 2-3 раза. Это обеспечивает эффективный дренаж метана из призабойной части подготовительной выработки и надежно предотвращает саму возможность формирования выброеоопасной ситуации. Дополнительная эффективность гидрорасчленения обеспечивается заблаговременным съемом метана. Начальная скорость газовыделения в прогнозный шпур в зонах гидрорасчленения в среднем снижена на 40 - 50 %, а прирост газовьшеления при работе комбайна снижен на 50 — 70 %. Для пласта д6

локальным способом предотвращения внезапных прорывов газа с динамическим разломом почвы выработки служит бурение газодренажных скважин 0 250 мм в почву забоя выработки. Вне зон гид рорасч деления прирост газовыделения при бурении газодренажных скважин составил 1,95 ± 0,55

м3/мпн, а в зоне скважины ГРП-6 он равнялся 0,3 ± 0,1 м3/мин, то есть снижен на 85 % Проведенные исследования свидетельствуют, что гидрорасчленение оказывает влияние как на верхнюю ненарушенную часть пласта д6, так и на его нижнюю перемятую пачку В результате снижения выбросоопасности и газоносности пласта темпы проходки в зонах влияния скважин гидрорасчленения увеличиваются Так, в зоне влияния скважин гидрорасчленения ГРП-5 и ГРП-12 темп проходки составил 65 м/мес, а вне зон ЗДП из-за сложной газовой обстановки темпы проведения выработки составляли всего 10-30 м/мес

В настоящее время в угольном департаменте АО «Миттал Стил Темиртау» снижение эмиссии парниковых газов и обеспечение метанобезопасности горных работ путем заблаговременной дегазационной подготовки угольного пласта внедряется на шахте «Казахстанская», где создан и эффективно функционирует комплекс из 15 скважин гидрорасчленения, обеспечивающий снижение газовыделения в очистном забое на 7-9 м3/т

Несмотря на тривиальность факельного сжигания шахтного метана, этот способ снижения его эмиссии весьма эффективен, так как сжигание 1000 м3 метана снижает выброс парниковых газов практически на 13 т в эквиваленте С02 Поэтому факельное сжигание используется в настоящее время на всех скважинах гидрорасчленения Работа комплекса скважин позволила обеспечить заблаговременное извлечение и утилизацию 32% метана от его съема дегазационной сетью шахты «Казахстанская» Кроме блокирования метана в порах и микротрещинах угольного пласта из скважин ЗДП ежегодно извлекается и утилизируются 2,2 млн м3 метана, что снижает эмиссию ПГ в эквиваленте СО2 на 28,6 тыс т Отметим, что если экологическая эффективность в значительной мере достигается сжиганием метана, то экономическая эффективность определяется технологией его использования При этом дополнительный уровень снижения эмиссии парниковых газов определяется разницей в удельном выбросе углекислого газа на единицу получаемой энергии при сжигании метана и угля

Апробация энергетического использования метана в газотурбинной установке ПАЭС-2500 Работы по созданию технологии энергетического использования шахтных метановоздушных смесей в установке ПАЭС-2500 были начаты в Карагандинском бассейне по инициативе А А Шенбергера В дальнейшем создание технологии, монтаж комплекса и проведение испытаний проводились под научным руководством С К Баймухаметова, Р В Мерцалова, И А Швеца и М В Шмидта Передвижная автоматизированная газотурбинная электростанция ПАЭС-2500 номинальной мощностью 2,5 МВт изготавливается Запорожским производственным объединением «Моторостроитель» Она оснащена газотурбинным двигателем ТВД-АИ-20, генератором и агрегатами с аппаратурой синхронизации и включения в параллельную работу с энергосистемой любой мощности Утилизатор-шумоглушитель электростанции ПУШ-4М, производительностью по тепловой энергии 4,66 МВт, использует тепловую энергию продуктов сгорания, выбрасываемых турбиной авиадвигателя с температурой до 650 °С Установка состоит из отдельных модулей-блоков и рассчитана на расход смеси свыше 24 м3/мин с концентрацией метана 40-70% Для обеспечения требований серийно выпускаемого оборудования к качеству газа были разработаны газоподготовительный модуль, обеспечивающий очистку газа от механических примесей и влаги, компрессорный, электротехнический и газосборный модули

Энергетический комплекс был возведен на поле шахты «Кировская» Запуски двигателя АИ-20 ДКЭ электростанции ПАЭС-2500 осуществляли при концентрации метана в смеси 40-72% и давлении газа на входе установки 0,75-0,82 МПа Установлено, что минимальная концентрация метана, обеспечивающая пуск в работу камеры сгорания газотурбинного двигателя, составляет 47% Исследования (рис 4) показали, что при концентрации метана до 55% и давлении на входе менее 0,8 МПа использование ПАЭС-2500 серийного изготовления нецелесообразно, так как в этих условиях активная мощность генератора близка к нулю При концентрации метана в смеси 56-86% активная мощность электростанции изменяется от 100 до 1250 кВт, что ниже номинальной на 48%

50 60 70 80 90 СЦ,

Рисунок 4 Мощность установки ПАЭС-2500 в зависимости от концентрации метана в смеси 1,2,3- теоретическая соответственно при давлении 1,2, 1,0 и 0,78 МПа, о - фактическая при давлении 0,78 МПа

Для повышения производительности газотурбинных двигателей теоретически обоснована и разработана система дополнительной подачи обедненных метановых смесей на их воздушный вход Это техническое решение обеспечивает возможность комплексной утилизации метана, извлекаемого как дегазацией, так и вентиляцией Газотурбинный двигатель всасывает до 1000 м3/мин воздуха, причем его конструкция позволяет направить часть исходящей шахтной вентиляционной струи на вход турбокомпрессора В корпусе газотурбинного двигателя эта струя разделяется на две части, одна из которых поступает в камеру сгорания, а вторая в кольцевой канал между жаровой трубой и корпусом камеры сгорания На выходе из камеры сгорания эти части смешиваются и несгоревший метан дожигается перед рабочим колесом турбины Утилизация горючих компонентов исходящей струи позволяет на 20-25% увеличить мощность двигателя В соответствии с этими направлениями, совместно с ЗПО «Моторостроитель» разработана и согласована технологическая схема дополнительной подачи метановоздушной смеси на воздушный вход авиадвигателя АИ-20 Совместно с сотрудниками ЗПО «Моторостроитель» (Карпенко Н П, Ищенко Ф И, Гавриленко А П и др ) аналитически обоснованы параметры работы газотурбинных двигателей на шахтных метановоздушных смесях Расход газа, сжигаемого двигателем, определяется зависимостью

где Мкр - постоянная величина, определяемая показателем адиабаты, К -газовая постоянная, Дж,/кг К, g — ускорение, м/с2, Е(х), у(л) -газодинамические функции, Р- ночное и статическое давление соответственно, МПа,Р- площадь поперечного сечения потока газа, см2, Г*- температура газа, К°,

а полученные аналитические уравнения, определяющие работу двигателя на метановоздушной смеси, имеют вид

Г Та * П{Я) = 1 + 1,2438 (1 - 0,44613 Чм) У2 (лж) (11)

1 МороГ(Я0) = —(12)

См пр — См^!Тм_ _ приведепный расход метана в подаваемой смеси Рг*

Результаты совместных решений уравнений (11) и (12) для условий подачи топлива при Ра= 1,2, 1,0, и 0,78 МПа (см рис 4) показали хорошее совпадение расчетных и фактических значений Установлено, что подача метановоздушной смеси с концентрацией метана 0,5% увеличивает выходную мощность ПАЭС-2500 на 100-350 КВт (при ее работе на основной смеси с содержанием метана 60-80%) Подача на воздушный вход авиадвигателя смеси с концентрацией метана 1,3% позволяет повысить входную электрическую мощность установки на 400-820 кВт Областью применения данной технологии является использование шахтных метановоздушных смесей с концентрацией свыше 60 %

Разработка технологии и оборудования энергетической переработки шахтного метана в форкамерных энергоустановках Высокой технико-экономической эффективности можно достичь при использовании для сжигания шахтного метана котлоагрегатов, специально спроектированных для этого специфического вида топлива с параметрами, меняющимися в широком диапазоне Для реализации этого направления разработана конструкция форкамеры Ф-01

Метановоздушная смесь подается на 8 горелочных устройств по их трубной обвязке Воздух на охлаждение стенок конструкции и на сгорание

МВС подается вентилятором типа ВМ-6 и проходит внутри двойной стенки корпуса форкамеры, охлаждая стенки камеры сгорания жаротрубного типа Часть нагретого воздуха может отводиться отдельно и подаваться потребителю Схемой контроля и автоматики форкамеры Ф-01 предусмотрена типовая защита Исследования параметров сжигания шахтных МВС в форкамере Ф-01 проведены на поле шахты «Кировская» При этом концентрация метана в смеси была свыше 25 %, а ее расход изменялся от 16,8 до 32 м3/мин Результаты этих исследований послужили основой для создания на базе форкамеры нагревателя шахтного воздуха и мобильного энергоблока выработки пара, конструкция которого защищена патентом Республики Казахстан

В конечном итоге в любых двигателях и энергоустановках сжигание газовой смеси осуществляется при содержании углеводородов, близком к стехиометрическому составу Нецелесообразно обогащать некондиционные смеси, чтобы затем в энергоустановках их разбавлять воздухом Для переработки некондиционных метановоздушных смесей с содержанием метана 10-25% разработана газовая взрывобезопасяая горелка и специальный огнепреградитель, который обеспечивает дополнительную защиту газопроводов, транспортирующих шахтные метановоздушные смеси При проведении испытаний ставилась задача определения надежности конструкции горелочного устройства и исследования параметров горения обедненных метановоздушных смесей Доказано, что метановоздушная смесь с концентрацией метана свыше 10 % может эффективно использоваться в качестве топлива энергетических установок, оснащенных специальными горелочными устройствами с использованием эффекта гашения пламени щелями критического диаметра Разработаны рекомендации по обеспечению безопасности сжигания и методические основы аналитического расчета параметров специальных устройств для сжигания некондиционных метановоздушных смесей

Рисунок 5 Схема к аналитическому расчету взрывобезопасных горелок

Условие обеспечения безопасности сжигания метановоздушеых смесей

Мощность теплового потока, передаваемого теплопроводностью = (13)

Мощность теплового потока, передаваемого теплообменом от стенок капилляров метановоздушной смеси

= + -Т„\Вт, (14)

Дкг V Л >\)

Мощность теплового потока, выносимого нагретой метановоздушной

смесью

йг = <1смРшссм (Тв ~ Тш )>Б,п> (15)

где Бц- площадь сечения горелки, м , к*- коэффициент заполнения этой площади капиллярами, I - длина насадка горелки, м, А- удельная теплопроводность, Вт/(м К), Тф, Тв, Таг температура, соответственно адиабатическая в факеле, взрыва смеси и допустимая на входе горелки, К, к-коэффициепт потерь на тепловое излучение, Дкр- критический диаметр каналов капилляров, м, с/Схг расход смеси, м3/с, р(Л1 - плотность смеси, кг/ м3, саг удельная теплоемкость смеси, Дж/кг К

Эти специальные устройства имеют важное самостоятельное значение, так как их применение позволяет утилизировать практически все смеси, извлекаемые средствами дегазации шахт Но и в созданных энергоустановках блочно-модульного исполнения, использованы горелочные устройства, технически позволяющие работать на метановоздушных смесях с концентрацией метана свыше 10 %

Для энергетического использования метана предлагаются мобильные нагреватель шахтного воздуха и энергетический комплекс КЭИМ-П, состоящий из блочных паровых котлоустановок, серийных блочных турбогенераторов, оснащенных устройствами конденсации пара

Разработанные нагреватели воздуха использовались в течение ряда лет на шахтах «Кировская», «Сокурская» и им Ленина

Экологические аспекты энерготехнологической переработки метана

Под энерготехнологической переработкой углеводородов понимается совмещение в едином технологическом цикле процессов энергетики (получение горячей воды, пара, электроэнергии) с химическими процессами переработки этого сырья К такой переработке можно отнести переработку метана в технический углерод (сажу) и тепловую энергию с последующим преобразованием тепловой энергии пара в электроэнергию С учетом известных способов получения сажи разработан и запатентован способ переработки метана, отличающийся тем, что в едином энергоблоке основная часть метана разлагается на сажу и водород, при сгорании которого не только поддерживается температурный режим, требуемый для процесса разложения, но и в виде пара отводится энергия

При соотношении потоков метана, направляемых на сгорание и на разложение 1 1, одна половина метана сгорает по классической схеме и 0,5 кМоль СН, выделяет 402,5 МДж тепла, другая половина метана при ее контакте с поверхностью, разогретой до 1200 -1500°С, разлагается по схеме

СН< С + 2Нг - 71,1 МДж/кМоть, (16)

на что затрачивается 35,55 МДж тепла При сгорании 1 кМоля водорода выделяется 252,15 МДж тепла Суммарное выделение тепловой энергии из 1 кМоля метана по этой схеме составит 619,1 МДж, т е оно на 23% меньше, чем при сжигании метана по классической схеме (805 МДж/кМоль) По мере разогрева установки соотношение потоков можно изменять с увеличением доли метана, направляемого на разложение В общем виде уравнение реакции при этом имеет вид

СН4 +(2-а) Ог = а С + (1-а)С02 + 2 Н20 + (805-371,8«) МДж/кМоль, (3 7) где а- доля метана, разложившегося на углерод и водород и составляющая 0,5-0,9

При реализации термического разложения метана по предлагаемой схеме в качестве отхода этого производства получаются продукты сгорания (С02 и Н20) с температурой до 1300-1600 С, что теплообменом позволяет преобразовать эту энергию в энергию пара Таким образом, конвертор метана в технический углерод одновременно является парогенератором

Изменяя соотношение метана в потоках, направляемых на сжигание и на разложение, можно снизить выброс углекислого газа на 35-50% и на 2026

25% снизить потребление кислорода на выработку единицы полезной энергии Такого экологического эффекта не может обеспечить ни одна из известных технологий промышленной энергетики на углеводородном сырье Снижение на 23-25% количества полезной тепловой энергии, получаемой из перерабатываемого метана, компенсируется стоимостью технического углерода Исследования процесса разложения метана проведены на экспериментальной установке, смонтированной на скважине ГРП-26 шахты «Казахстанская»

На основании расчета параметров процесса теплообмена в рекуперативном теплообменнике принята противоточная схема и определены основные параметры теплообменника для характерных расходов метана скважин заблаговременной дегазационной подготовки

В результате проведенных исследований определены режимы сжигания метановоздушных смесей, обеспечивающие разогрев камеры разложения до температуры 1200-1500°С, режимы подачи метана в камеру разложения, обеспечивающие конверсию метана на углерод и водород и стабилизацию сажегазовой смеси для последующего выделения сажи С учетом этих параметров разработана и утверждена основная технологическая документация на мобильный комплекс энерготехнологической переработки шахтного метана

Оптимизация технологической схемы извлечения и использования

метана по экологическим и экономическим факторам Разработанная блок-схема оптимизации извлечения и использования метана на угольной шахте представлена на рис 6 и включает выбор технологии использования метана, ее согласование с извлечением газа, оптимизацию параметров схемы дегазации с использованием предложенного алгоритма, и эколого-экономическую оценку эффективности Методологию оптимизации рассмотрим на примере шахты им Ленина При выборе технологии использования шахтного метана рассмотрены готовые к применению энергетические комплексы (табл 4)

*- комплекс по варианту ЭИМ-Д, состоящий из оборудования газоподготовки и дизельной газомоторной установки фирмы "Катер-пиллар" (США), производительностью 1 Мет по электрической и 1 Гкал/час по тепловой энергии,

ОПТИМИЗАЦИЯ Алгорнгм:

1 ЛХздп +ДХгш> ДХмб

2 AQnr^max, QV Q*2->min

3 Эц-^max, cM_>mm, при

3 1 Qm-> const 3 2 QM> Qmh 3 3 СН4м> СН4МИ

Нагрузка па лав} ( A*)

Д—

Схема дегазации шахты (подготавливаемого и разрабатываемого выемочного участка)

Заблаговременной дегазационная подготовка (^vw)

Qjjfr=A*F„; CH4 l\ С3дп

Подготови-

_тельные ш

работы

Q * г Fj (Л ")

Пласю^ан дегазации ------—

Q.m> CHim; С/77

Qni 1

Извючспие венппяциси (эмиссия метана)

Очистные рататы

Lji тв Дегазация куполов обрушения

Резервный источник

Q*r; сп4Р

0\(рссия СО; при \ш1излцин и ис1ю lb ¡овлнин 4

AQnr

.Снижение эмиссии парниковых газов эффект от продаж квот-—

П панируемый объем извлечения метана (Интегральная мстановоздушная смесь ((^м; СН4 м; с^)

СОГЛАСОВАНИЕ НО МОЩНОС1И

(НЫКОР) ТЕХНОЛОГИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Планируемый объем использования метана, Ом и ; СН4 м и

ni^iii

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ (Эц , дС,)

Рисунок 6 Алгоритм и блок-схема оптимизации параметров схемы дегазации и использования метана

*- комплекс по варианту ЭИМ-ГТ, состоящий из оборудования газоподготовки, компрессорной станции, установки ПАЭС-2500 и утилизатора ПУШ-4М,

*- комплекс по варианту ЭММ-П, производительностью по электрической энергии 1 Мет, и состоящий из оборудования газоподготовки мобильных паровых установок и серийного блочного турбогенератора с блоком конденсации пара

Таблица 4 Анализ экономических критериев выбора технологии использования шахтных метановоздушных смесей

Значения при варианте технологии

Показатели и критерии ЭИМ-Д ЭИМ-ГТ ЭИМ-П ЭТПМ

Использование метана, тыс м3/мес 250 600 310 430

Производство электроэнергии,МВт 1,00 1,40 1,00 1,0

тепловой энергии, МВт 1,16 4,00 2,50 2,5

технического углерода, т/сут - - - 1,5-2,0

Кпд по электроэнергии, % 29,3 16,7 23,2 16,7

общий с учетом теплоэнергии, % 63,3 64,5 81,0 58,5

Стоимость продукции,

производимой из 1000 м3, у е 59,91 39,58 53,33 74,46

в том числе электроэнергии 53,43 30,46 42,30 30,46

теплоэнергии 6,48 9,12 11,03 8,00

технического углерода - - - 36,00

Стоимость извлечения и использования 1000 м3, у е 54,70 49,45 51,40 49,1

Объем инвестиций, тыс у.е 1030 590 440 525

Срок окупаемости, месяц 96 35 36 23

По суммарной стоимости полезной продукции, производимой из 1000 м3 метана, технология ЭИМ-П менее эффективна, чем вариант ЭИМ-Д Но инвестиционные затраты на создание энергетического комплекса одинаковой мощности по производимой электроэнергии при варианте ЭИМ-П в 2,2 - 2,4 раза меньше, чем при варианте ЭИМ-Д, а срок возврата инвестиций в

зависимости от мощности турбогенератора (1-2 МВт) составляет 23 - 36 месяцев против 76 - 96 месяцев при варианте ЭИМ-Д Технология ЭИМ-ГТ обладает более низкой стоимостью полезной продукции, производимой из 1000 м3 метана (40 у е ), срок возврата инвестированных средств составляет 35 месяцев Но применение этой технологии ограничено высокой концентрацией мегана (более 60-70 %) Вариант энерготехнологической переработки (ЭТПМ) рассмотрен на перспективу (при выходе технического углерода в 120 кг из 1000 м3 метана и его стоимости в 300 у е за тонну)

Выбор технологии использования метана определяет уровень снижения эмиссии парниковых газов и требования к количеству и качеству интегральной метановоздушной смеси, извлекаемой дегазацией Для внедрения может быть рекомендована технология энергетического использования метана по варианту ЭИМ-П с использованием метана в объеме 930 тыс м3/мес (СН4 > 25%) комплексом в составе 3 блочных парогенераторов и 3 турбогенераторов, мощностью по электрической энергии 1 МВт каждого Оптимизация параметров технологической схемы извлечения, включающей заблаговременное извлечение метана, пластовую дегазацию и дегазацию выработанного пространства, ведется в соответствии с алгоритмом, включающим факторы метанобезопасности (ДХ3дп + ДХпл> ДХмб), снижения эмиссии парниковых газов (Д(3Пг->тах) и себестоимости извлечения кубометра интегральной метановоздушной смеси (см-»тш) Блок-схема включает также оптимизацию параметров лавы, оказывающих влияние на величину метановыделения и газовый баланс, -длины лавы и мощности вынимаемого первым слоя (при двухслоевой выемке), а так же промежуточную оценку эффективности отдельных способов извлечения метана В частности, в рассматриваемом примере при величине затрат на сооружение одной скважины ЗДП 40-50 тыс. у е срок окупаемости этих затрат составляет 8-9 лет, а эффективность извлечения и переработки 1000 м3 метана составляет 1,8 у е Для увеличения этого показателя необходима интенсификация дебитов метана в 1,5-2 раза, особенно в первые годы эксплуатации скважины Экономический эффект от извлечения и переработки газа, извлекаемого пластовой дегазацией, составляет 13,9 у е на 1000 м3 Но об экономической эффективности при пластовой дегазации можно говорить условно, так как концентрация извлекаемой смеси, как правило, некондиционна При затратах на

сооружение одной вертикальной скважины на пласт Дб в 7300 у е и сроке окупаемости этих затрат 1,5 месяца с начала извлечения экономический эффект от использования метана комплексом КЭИМ-П достигает 24,6 у е на 1000 м3 газа На завершающем этапе рассматриваются результаты оценки снижения себестоимости угледобычи за счет реализации энергетического потенциала используемого метана (табл 5)

Таблица 5 Снижение себестоимости угледобычи

Показатели Виды дегазации Всего

двп Пласт здп

Объем извлечения метана, тыс м3/мес 740 150 70 960

Кап затраты на дегазацию, тыс у е /год 129,1

Эксп затраты на дегазацию, тыс у е /год 57,4

Использование метана, тыс м3/мес (3 блочных ТГ по 1 МВт) 930

Затраты на использование, тыс у.е /год 152,9

Стоимость продукции, тыс у е /год 595,1

Экономический эффект, тыс у е /год 255,7

Снижение себестоимости угледобычи,% (за вычетом затрат на дегазацию) 5 (2,1)

Стоимость добытого угля - 12000 тыс у е в год

В рассматриваемом варианте снижение себестоимости добычи угля за счет использования метана, извлекаемого по пласту дб, может составить до 5%, что позволяет не только полностью окупить затраты на его извлечение, но и дополнительно снизить себестоимость угледобычи на 2,1%

Экологический эффект (табл 6) достигается сокращением выбросов в атмосферу парникового газа - метана, выбросов двуокиси углерода и других загрязняющих веществ

При развитии системы торговли квотами на выбросы парниковых газов и интегрировании в эту систему выбросов метана экологическая эффективность использования шахтного метана начинает выражаться в денежном эквиваленте В частности, дополнительный экономический эффект от продажи квот при использовании метана тремя комплексами ЭИМ-П, мощностью 1 МВт каждый, может составить до миллиона уев год При этом снижение себестоимости угледобычи может составить уже 10,5%

Таблица 6 Снижение выбросов

Показатели Нагреватель Комплекс

воздуха ЭИМ-Щ1)

Объем утилизированного метана, млн м3 в год 2,50 3,72

Объем замещенного угля, т/год 2280 4600

Сокращение эмиссии парниковых газов, т/год (в пересчете на СО2), в том числе снижение эмиссии метана снижение эмиссии С02 при замещении угля 36200 30000 6200 57290 44640 12650

Сокращение других выбросов, т/год 68 131

в том числе частиц золы и угольной пыли 57 117

частиц серы (в пересчете на БОг) 7 14

Цена тонны эквивалента С02, у е 6

Дополнительный экономический эффект, у е 217000 343700

Использование нагревателя воздуха на шахте им Ленина за счет снижения эмиссии парниковых газов на 36200 т в год могло бы принести дополнительный экономический эффект в размере 220 тыс у е При развитии системы торговли квотами на выбросы парниковых газов может быть обеспечена финансовая основа для реализации проектов использования шахтного метана

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложено научное обоснование эффективных технических и технологических решений, обеспечивающих максимальное снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений с энергетическим использованием извлекаемого метана, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в угольной промышленности

Основные выводы по диссертации заключаются в следующем 1 На основе установленных закономерностей извлечения газа из различных техногенных коллекторов, формируемых при подготовке и отработке угольных пластов, установлены параметры извлечения метана, научно обоснованы и разработаны технические решения по снижению его

эмиссии и определены направления совершенствования способа заблаговременной дегазационной подготовки

2 Доказано, что снижение эмиссии и метанобезопасной разработки углегазовых месторождений достигается направленным перераспределением газового баланса шахты за счет заблаговременного извлечения метана При открытой разработке газоносного угля снижение выбросов парниковых газов обеспечивается применением заблаговременного извлечения метана с установленными параметрами расположения ряда скважин вдоль фронта подвигания рабочего борта разреза

3 Теоретически обоснован механизм, разработана и внедрена технология активного воздействия на угольный пласт, основанная на интенсивном образовании двуокиси углерода в пластовых условиях непосредственно в процессе расчленения, что увеличивает радиус воздействия и смещает равновесие в системе уголь - связанный газ, интенсифицируя газовыделение из скважины

4 Доказано, что предотвращение выбросоопасности достигается увеличением фильтрационных характеристик образованной при расчленении структуры техногенного коллектора, обеспечивающей эффективный дренаж метана из призабойной части проводимой выработки и исключающей возможность формирования выбросоопасной ситуации

5 На основе аналитического обоснования разработаны параметры новых технических решений энергетического использования шахтного метана в комплексе ПАЭС -2500, нагревателе шахтного воздуха и комплексе КЗИМ-П Доказана взрывобезопасность сжигания метановоздушных смесей с концентрацией 10-25%

6 Обоснован механизм переработки метана в технический углерод, применение которого позволяет сократить выбросы углекислого газа и потребление кислорода при выработке тепловой энергии

7 Разработаны блок схема и алгоритм оптимизации технологической схемы извлечения и использования метана на угольной шахте, обеспечивающие максимальное снижение эмиссии парниковых газов при требуемом уровне метанобезопасности разработки углегазовых месторождений

8 Определена экологическая и экономическая эффективность извлечения и энергетического использования шахтного метана, которая

позволяет при снижении уровня эмиссии парниковых газов на 50-60% полностью окупить затраты на дегазацию и дополнительно снизить себестоимость угледобычи на 2-10 %

9 Снижение эмиссии метана с заблаговременным извлечением метана реализуется на двух шахтах Карагандинского бассейна Из скважин ЗДП ежегодно извлекается и утилизируются 2,2 млн м3 метана, что снижает эмиссию ПГ в эквиваленте С02 на 28,6 тыс т Разработанная технология расчленения вспенивающимися растворами реализована на поле шахты «Казахстанская» Энергетический комплекс ПАЭС-2500 промышленно апробирован на поле шахты «Кировская» Нагреватели воздуха промышленно применены на шахтах «Кировская», «Сокурская», им Ленина Карагандинского бассейна и позволяют снизить эмиссию метана на 36,2 тыс. т в год в эквиваленте С02

Основные положения диссертации опубликованы в следующих научных

работах

1 Сласт>нов СВ, Швец ИА, Коликов КС, Шмидт М В Заблаговременная дегазационная подготовка на шахтах Карагандинского бассейна// ГИЛБ, тематическое приложение "Аэрология", - М, изд-во МГТУ, 2005, с 222-230

2 Шмидт М В Снижение эмиссии угольною мегана при разработке хазоносных пластов// ГИАБ, тематическое приложение "Аэрология", - М, изд-во МГГУ, 2005, с 283290

3 Шмидт М В Снижение эмиссии угольного метана путем заблаговременной дегазации при открытой разработке угля// ГИАБ, тематическое приложение "Меган", М , изд-во МГТУ, 2005, с 283-290

4 Сластунов С В , Коликов К С, Шмидт М В Некоторые проблемы развития рынка углеродных кредитов и утилизация шахтного метана// Научные сообщения ННЦ ГПИГДим А А Скочшгского Выпуск №324/2003, с 99-104

5 Счаступов СВ, Коликов КС, Шмидт МВ Технолошя расчленения вспенивающимися растворами//ГИАБ,-М, изд-во МГГУ, 2004, № 8 , с 38-39

6 Баклашов И В , Коликов К С , Шмидт М В Оценка величины донолнитетьных напряжений на границах области гидрообработки угольного пласта// ГИАБ, -М, изд-во МГГУ 2004, № 8 , с 110-113

7 Шмидт М В Экологическая эффективность переработки мегана//ГИАБ,-М , изд-во МГГУ, 2004, № 8 , с 46-48

8 Ножкин Н В , Гладкий Н Л , Шмидг М В Эффективность гидрорасчленения при проведении подготовительных выработок// Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело -М ЦНИЭИуголь,1979, № 2, с 15-19

9 Васючков Ю Ф , Брынько А Ф , Шарипов Н X, Шмидт М В Исстедование влияния гидрорасчленения на снижение выброеоопасных свойств мощного потогого пласта// Техника безопасности, охрана труда и I орноспасательное дело -М ЦНИЭИу!оль, 1977, № И, с 15-19

10 Шмидт МВ Контроль эффективности способов борьбы с внезапными выбросами по величине удельного газовыделения из разрушаемого угля// Научные основы создания автоматизированных и комплексно-механизированных шахт -М , МГИ, 1980, с 15-18

11 Бирюков Ю М, Шмидт М В и др Внедрить технологию проведения подготовительных выработок по особо выбросоопасному пласту Дб поля шахты им В И Ленина с использованием газодренажных скважшт/ Научи - техн реф сб ЦНИЭИуголь // Техника беадпасности, охрана труда и горноспасательное дело, -М , 1983, №6

12 Шарипов НХ, Ли КД, Шмидт МВ Исследование газодинамической активности пласта на границах зон гидрорасчленения// Проблемы разработки мощных пологих и наклонных угольных пластов подземным способом -Кара1апда, КНИУИ, 1984, с 58-60

13 Шевченко В Ф , Атыгаев Р К , Шмидт М В Эффективность использования комплексной схемы дегазации на шахтах Карагандинского бассейна// Научные труды КНИУИ -Караганда, КНИУИ, 1985, с 101-106

14 Усенбеков М С , Хамиев М X , Шмидт М В Установление рациональных параметров гидрорасчленения на шахтах Карагандинского бассейна// Проблемы разработки и комплексной механизации угольных пластов Карагандинского бассейна -Караганда, КНИУИ, 1986, с 96-102

15 Трухин ПМ, Шарипов НХ, Гладкий НЛ, Шмидт МВ Использование попутного метана при разработке угольных месторождений// Научно-технические проблемы комплексного использования полезных ископаемых -Караганда, КНИУИ, 1986, с 108-110

16 Ножкин НВ, Шмидт МВ, Ли КД Эффективность гидрорасчленения по снижению газообильности подготовительных выработок// Снижение выбросоопасносги угольных пластов путем их гидрорасчленения - М МГИ, 1978, с 36-40

17 Шмидт М В , Шарипов Н X, Ли К Д Иссчедования газопроявлений и выбросоопасности при проведении подготовительной выработки в зоне гидрорасчленения пласта Дб// Совершенствование технологии и повышение эффективности разработки угольных пластов Карагандинского бассейна - Караганда, КНИУИ,1988, с 154-164

18 Шмидт МВ, Тонких В И, Коликов КС Оценка эффективности гидрорасчленения мощных выброеоопасных пластов при их отработке с прямоточной схемой проветривания выемочного участка // ГИАБ, -М , изд-во МГГУ, 2000, №7, с 231233

19 Шмидт М В , Тонких В И Опыт использования скважин гидрорасчленения для извлечения метана из выработанного пространства очистного забоя// ГИАБ, -М , изд-во МГГУ, 2000, №7, с 215-216

20 Шмидт МВ, Тонких В И, Швец А И Исстедование структуры 1азового баланса подго1автиваемою и разрабатываемого выемочного участка// ГИАБ, -М, изд-во МГГУ, 2002, №6 ,с 107-108

21 Шмидт М В Анализ технологий переработки шахтного метана // ГИАБ, -М , изд-во МГГУ, 2002, № 6 , с 163-165

22 Баймухаметов С К, Швец И А, Шмидт М В Опыт реализации научно-технических разработок использования шахтного метана // ГИАБ, -М, изд-во МГГУ, 2002, № 6 , с 116-117

23 А с СССР №909212 Способ дегазации угольного пласта и предотвращения газодинамических явлений / Ярунин С А , Шмидт М В и др Б из № 8, 1982

24 А с СССР №1365796 Устройство для имнутьсного нагнетания жидкости в горный массив / Шарипов ИХ, Шмидт М В и др Б из № 3,1988

25 А с СССР №1500792 Способ дегазации угольных пластов / Шарипов НХ, Шмидт М В и др Б из №30,1989

26 Ас СССР №1790954 Способ огнепреграждения газопроводов с горючими смесями / Баймухаметов С К , Шмидт М В и др Б из № 4, 1993

27 Предварительным патент РК №11340 Способ дегазации и добычи метана из угольного пласта / Шмидт М В , Сластунов С В , Коликов К С - Опубл в бюл №3, 2002 г

28 Предварительный патент РК № 12880 Паровая котлоустановка газовая в модульном исполнении /Шмидт М В - Опубл в бюл №3,2003 г

29 Шмидт М В , Сластунов С В , Котиков К С Способ термической переработки газообразных углеводородов Заявка на патент РК № 2002/1025 1 от 02 08 2002 г

Подписано в печать 18 05 2006 г Формат 60><90 х 16

Объем 2 п ч Тираж 100 экз заказ № /2 0

Типография Московского государственного горного университета

Ленинский проспект, д 6

Содержание диссертации, доктора технических наук, Шмидт, Михаил Викторович

Введение.

1. Состояние проблемы, цель и задачи исследований.

1.1. Анализ экологической проблемы угольного метана

1.2. Оценка запасов и состояния метана в угольном месторождении Карагандинского бассейна.

1.3. Проблема обеспечения метанобезопасности средствами дегазации при работе угольных шахт.

1.4. Анализ технологий утилизации шахтного метана

1.5. Анализ возможностей повышения экологической и экономической эффективности угледобычи за счет использования шахтного метана.

1.6. Цель, идея и задачи исследований.

Выводы.

2. Исследования параметров техногенных коллекторов угольной шахты, эмиссии и извлечения метана из этих источников.

2.1. Эмиссия метана при подготовительных горных работах на шахтах Карагандинского бассейна.

2.2. Современные представления о формировании техногенного коллектора в выработанном пространстве очистного забоя.

2.3. Исследования техногенных коллекторов метана, формируемых при гидрорасчленении угольных пластов.

2.4. Исследования эмиссии и извлечения метана из очистных забоев Карагандинского угольного бассейна.

Выводы.

3. Снижение эмиссии метана и обеспечение метанобезопасности горных работ путем заблаговременной дегазационной подготовки углегазовых месторождений

3.1. Принципы управления эмиссией шахтного метана.

3.2. Снижение эмиссии шахтного метана его заблаговременным извлечением.

3.3. Снижение эмиссии метана при открытой добыче угля.

3.4. Обеспечение метанобезопасности горных работ путем заблаговременной дегазационной подготовки угольных пластов.

3.4.1. Анализ эффективности заблаговременной дегазационной подготовки по снижению газообильности очистных забоев.

3.4.2. Механизм предотвращения выбросоопасности угольного пласта при его гидрорасчленении.

3.5. Результаты внедрения заблаговременной дегазационной подготовки и снижения эмиссии метана на шахте «Казахстанская».

Выводы.

4. Совершенствование технологии заблаговременной дегазации.

4.1. Технологические схемы заблаговременной дегазационной подготовки газоносных угольных пластов.

4.2. Совершенствование технологии расчленения угольных пластов на основе использования вспенивающихся растворов и химически активных газов.

4.3. Разработка технологии циклического гидропневмовоздействия с использованием геоэнергии.

4.4. Совершенствование способов извлечения рабочей жидкости и газа при заблаговременной дегазации.

Выводы.

5. Энергетический комплекс утилизации шахтного метана на базе установки ПАЭС-2500.

5.1. Аналитико-теоретическое обоснование работы установки ПАЭС - 2500 на шахтных метановоздушных смесях.

5.2. Технические решения, используемые в конструкции комплекса.

5.3. Результаты испытаний ПАЭС-2500 на шахтных метановоздушных смесях.

5.4. Направления совершенствования энергетического комплекса ПАЭС-2500.

Выводы.

7.Разработка новых технологий сжигания шахтных метановоздушных смесей в форкамере жаротрубного типа и в факеле.

6.1. Технология сжигания шахтных метановоздушных смесей в форкамере жаротрубного типа.

6.2. Теоретические основы факельного сжигания метановоздушных смесей взрывоопасных концентраций и разработка газовых горелок для прямого сжигания метановоздушной смеси с концентрацией метана свыше 10 %.

6.3. Конструкция энергетических установок с форкамерой жаротрубного типа.

6.4. Результаты исследований и промышленной эксплуатации энергоустановок с форкамерой жаротрубного типа.

Выводы.

7. Разработка технологии переработки шахтного метана в технический углерод, электрическую и тепловую энергию.

7.1. Экологические аспекты энерготехнологической переработки газообразных углеводородов.

7.2. Исследования процесса переработки шахтного метана в технический углерод на экспериментальной установке.

7.3. Аналитическое обоснование параметров конвертора шахтного метана.

7.4. Комплекс энерготехнологической переработки шахтного метана.

Выводы.

8. Оптимизация технических решений по снижению эмиссии парниковых газов и себестоимости угледобычи за счет использования энергетического потенциала извлекаемого метана

8.1. Методология и алгоритм оптимизации параметров схемы дегазации угольной шахты с учетом использования метана.

8.2. Методология выбора технологии переработки шахтного метана.

8.3. Оценка экономической эффективности отдельных способов извлечения метана.

8.4. Оценка резерва снижения себестоимости угледобычи за счет использования энергетического потенциала извлекаемого метана на примере шахты им. Ленина

УД АО «Миттал Стил Темиртау».

8.5. Экологическая эффективность использования шахтного метана.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений с энергетическим использованием метана"

Экологическая составляющая проблемы шахтного метана приобретает все большую значимость. Это определяется резким усилением общественного внимания к сохранению озонового слоя и глобальному потеплению климата. В ряду парниковых газов метан занимает второе место после углекислого газа по степени опасности для окружающей среды. В настоящее время основное количество метана, извлекаемого при разработке угольных пластов в странах СНГ, выбрасывается в атмосферу.

В структуре эмиссии в атмосферу метан угольных шахт не превышает 3 %. Но, в отличие от других источников эмиссии этого парникового газа, шахтный метан выделяется локально, с прогнозируемым и достаточно стабильным дебитом, что принципиально позволяет его эффективную утилизацию.

Анализ структуры газового баланса современных очистных забоев Карагандинского бассейна показывает, что относительная газообильность превысила значение в 30 м3 на тонну добываемого угля, а современный уровень эмиссии метана составляет около 330 млн. м3 в год. Из них до 25% извлекается средствами дегазации.

Проблема обеспечения метанобезопасности горных работ продолжает являться приоритетной. По оценке специалистов, при авариях, связанных со взрывами и внезапными выбросами метана, в минувшем веке погибло около 100000 шахтеров.

Метанобезопасность отработки пластов с нагрузками на лаву более 4-5 тысяч тонн в сутки обеспечивается комплексной дегазацией добычного участка с эффективностью 75- 85%. Уровень извлечения метана дегазацией в среднем по Карагандинскому бассейну составляет 7,1 м3 на тонну добываемого угля, а в очистных забоях с эффективной комплексной дегазацией, достигает 20 м3/ т или 75% общего газовыделения.

Обеспечение метанобезопасности требует значительных затрат энергии. В частности, энергозатраты на добычу тонны угля составляют до 140 МДж, а из них до 65% - это энергозатраты на вентиляцию и дегазацию. Однако, извлекаемый газ является ценным энергоносителем. При его энергетической переработке коэффициент полезного действия по электроэнергии может составить 0,20-0,35. С учетом полезной энергетической ценности одного кубометра метана в 10 МДж, видно, что при уровне дегазации с энергетической переработкой газа свыше 15 м3 на тонну добываемого угля, этот технологический процесс может быть превращен в коммерчески эффективную, экологичную и комплексную разработку углегазовых формаций.

В настоящее время основное количество метана, извлекаемого при разработке угольных пластов в странах СНГ, выбрасывается в атмосферу. В Карагандинском угольном бассейне шахтный метан в объемах до 25 млн. м3 в год утилизируется сжиганием в котельных, что составляет до 20% газа, извлеченного дегазацией. Экономическая эффективность такой переработки достигается только замещением угля на газ и не превышает 19,4 у.е. на 1000 м3 метана, что не покрывает затрат на его извлечение, в среднем по бассейну составляющих 37,7 у.е. Невостребованность новых технологий утилизации метана, снижающих уровень выбросов этого парникового газа угольными шахтами, обусловлена рядом объективных причин, к которым можно отнести:

- отсутствие экономической заинтересованности во внедрении технологий переработки шахтного метана;

- высокий уровень инвестиций на внедрение новых технологий;

- укоренившееся представление о дегазации, как о вспомогательном процессе горного производства;

- недостаточный уровень и не проработанность технических решений по утилизации метана;

- отсутствие взаимоувязки новых технологий переработки метана с реальными параметрами и объемами его извлечения дегазационными сетями шахт.

Разработка научных основ и создание новых технических решений по извлечению и энергетическому использованию угольного метана, обеспечивающих снижение эмиссии парниковых газов, является актуальной научной задачей.

Методы исследований. В диссертации использовались анализ отечественного и зарубежного опыта, литературных и фондовых материалов, аналитические методы, методы теории вероятностей и математической статистики, лабораторные и натурные исследования с применением апробированных методик.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Экологическая эффективность метанобезопасной разработки углегазовых месторождений достигается направленным перераспределением газового баланса шахты за счет заблаговременного извлечения метана. .

2. Снижение эмиссии метана при открытой разработке газоносного угля может достигаться на основе применения технологии заблаговременной дегазационной подготовки, что обеспечивается установленными параметрами расположения ряда скважин вдоль фронта подвигания рабочего борта разреза.

3. Разработан и теоретически обоснован механизм, а так же определены параметры обработки угольного пласта вспенивающимися растворами, обеспечивающие интенсификацию газоотдачи из трещиновато-блочной структуры техногенного коллектора, сформированного в процессе расчленения.

4. Предотвращение выбросоопасности угольного пласта достигается повышением его проницаемости в результате расчленения, обеспечивающей эффективный дренаж метана из призабойной части проводимой выработки и исключающей возможность формирования выбросоопасной ситуации.

5. Аналитически обоснованы параметры работы газотурбинных двигателей на шахтных метановоздушных смесях и механизм подачи обедненных метановых смесей на воздушный вход двигателя.

6. Аналитически обоснованы параметры горелочных устройств, обеспечивающих взрывобезопасность сжигания метановоздушных смесей с концентрацией 10-25%.

7. Обоснован механизм переработки метана в технический углерод, применение которого позволяет сократить выбросы углекислого газа и потребление кислорода при выработке тепловой энергии.

8. Проектирование метанобезопасной разработки углегазовых месторождений необходимо вести с учетом разработанного алгоритма оптимизации технологической схемы извлечения и использования метана на угольной шахте.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

• удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными (погрешность менее 10%);

• представительным объемом наблюдений за параметрами извлекаемых метановоздушных смесей при различных способах дегазации;

• представительным объемом шахтных исследований по оценке эффективности дегазационной подготовки;

• положительными результатами апробации разработанных технологий и оборудования для энергетического использования шахтного метана.

Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:

• научно обоснованы и разработаны технические решения по снижению эмиссии метана с его извлечением из техногенных коллекторов при подземной и открытой добыче угля;

• установлены закономерности эмиссии и извлечения метана из различных типов техногенных коллекторов;

• установлены закономерности формирования техногенных коллекторов методом расчленения угольного пласта активно вспенивающимися растворами;

• установлен и обоснован механизм предотвращения выбросоопасности угольных пластов при их гидрорасчленении.

Научное значение работы заключается в научном обосновании и разработке новых технических и технологических решений, обеспечивающих максимальное снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений подземным и открытым способом с энергетическим использованием извлекаемого метана.

Практическое значение работы: разработаны технологические проекты и апробированы новые технологии и оборудование энергетического и энерготехнологического использования шахтного метана; разработан алгоритм оптимизации параметров технологической схемы извлечения и использования метана на угольной шахте; разработан технологический проект и апробирована новая технология извлечения метана, основанная на использовании интенсивного образования двуокиси углерода непосредственно в пласте в процессе его расчленения специальными рабочими агентами.

Реализация результатов работы. Снижение эмиссии метана с заблаговременным извлечением метана реализуется на двух шахтах Карагандинского бассейна (им. Ленина и «Казахстанская»). Разработанная технология расчленения вспенивающимися растворами реализована на поле шахты «Казахстанская» при обработке особовыбросоопасного пласта Дб. На поле шахты «Кировская» промышленно апробирован энергетический комплекс ПАЭС-2500. Созданные энергетические установки с форкамерой жаротрубного типа промышленно применены на шахтах «Кировская», «Сокурская», им. Ленина Карагандинского бассейна.

Разработан и утвержден в установленном порядке технологический проект энерготехнологической переработки шахтного метана.

Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации докладывались на научно-технической конференции «Проблемы разработки мощных, пологих и наклонных пластов угля подземным способом (Караганда, 1987), Всесоюзной научно-технической конференции «Интенсивные и безотходные технологии разработки месторождений угольной и сланцевой промышленности (Караганда, 1989), научных симпозиумах «Неделя горняка-2000-2005», на научно-практических конференциях «Экспо-Уголь» (2004-2005), а также на заседаниях ученых советов КНИУИ и научных семинарах и заседаниях кафедр ИЗОС и АОТ.

Объем и структура. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, списка литературы из 103 наименований, содержит 349 страниц текста, в том числе 109 рисунков, 88 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Шмидт, Михаил Викторович

Выводы:

1. Проектирование метанобезопасной разработки углегазовых месторождений необходимо вести с учетом разработанного алгоритма оптимизации технологической схемы извлечения и использования метана на угольной шахте.

2. Разработаны методология, блок схема и алгоритм оптимизации технологической схемы извлечения и использования метана на угольной шахте, обеспечивающие максимальное снижение эмиссии парниковых газов при требуемом уровне метанобезопасности разработки углегазовых месторождений.

3. Разработана методология выбора наиболее эффективной технологи использования шахтного метана, основанная на комплексном учете технологических и экономических критериев

4. Доказана экономическая и экологическая эффективность новых технических и технологических решений, обеспечивающих максимальное снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений подземным и открытым способом с энергетическим использованием извлекаемого метана.

5. Определена экологическая и экономическая эффективность извлечения и энергетического использования шахтного метана, которая позволяет при снижении уровня эмиссии парниковых газов на 50-60%, полностью окупить затраты на дегазацию и дополнительно снизить себестоимость угледобычи на 2-10 %.

6. Оценена экологическая эффективность энергетического и энерготехнологического использования метана. Показано, что финансовая основа для широкомасштабной реализации проектов по утилизации этого ценного природного сырья может быть обеспечена при развитии системы торговли квотами на выбросы парниковых газов и интегрировании в эту систему выбросов метана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе установленных закономерностей извлечения газа из различных техногенных коллекторов, формируемых при подготовке и отработке угольных пластов, установлены параметры извлечения метана, научно обоснованы и разработаны технические решения по снижению его эмиссии и определены направления совершенствования способа заблаговременной дегазационной подготовки.

2. Доказано, что снижение эмиссии и метанобезопасной разработки углегазовых месторождений достигается направленным перераспределением газового баланса шахты за счет заблаговременного извлечения метана. При открытой разработке газоносного угля снижение выбросов парниковых газов обеспечивается применением заблаговременного извлечения метана с установленными параметрами расположения ряда скважин вдоль фронта подвигания рабочего борта разреза.

3. Теоретически обоснован механизм, разработана и внедрена технология активного воздействия на угольный пласт, основанная на интенсивном образовании двуокиси углерода в пластовых условиях непосредственно в процессе расчленения, что увеличивает радиус воздействия и смещает равновесие в системе уголь-связанный газ, интенсифицируя газовыделение из скважины.

4. Доказано, что предотвращение выбросоопасности достигается увеличением фильтрационных характеристик образованной при расчленении структуры техногенного коллектора, обеспечивающей эффективный дренаж метана из призабойной части проводимой выработки и исключающей возможность формирования выбросоопасной ситуации.

5. На основе аналитического обоснования разработаны параметры новых технических решений энергетического использования шахтного метана в комплексе ПАЭС -2500, нагревателе шахтного воздуха и комплексе КЭИМ-П. Доказана взрывобезопасность сжигания метановоздушных смесей с концентрацией 10-25% .

6. Обоснован механизм переработки метана в технический углерод, применение которого позволяет сократить выбросы углекислого газа и потребление кислорода при выработке тепловой энергии.

7. Разработаны блок схема и алгоритм оптимизации технологической схемы извлечения и использования метана на угольной шахте, обеспечивающие максимальное снижение эмиссии парниковых газов при требуемом уровне метанобезопасности разработки углегазовых месторождений.

8. Определена экологическая и экономическая эффективность извлечения и энергетического использования шахтного метана, которая позволяет при снижении уровня эмиссии парниковых газов на 50-60%, полностью окупить затраты на дегазацию и дополнительно снизить себестоимость угледобычи на 2-10 %.

9. Снижение эмиссии метана с заблаговременным извлечением метана реализуется на двух шахтах Карагандинского бассейна. Из скважин ЗДП ежегодно извлекается и утилизируются 2,2 млн. м3 метана, что снижает эмиссию ПГ в эквиваленте СОг на 28,6 тыс. т. Разработанная технология расчленения вспенивающимися растворами реализована на поле шахты «Казахстанская». Энергетический комплекс ПАЭС-2500 промышленно апробирован на поле шахты «Кировская». Нагреватели воздуха промышленно применены на шахтах «Кировская», «Сокурская», им. Ленина Карагандинского бассейна и позволяют снизить эмиссию метана на 36,2 тыс. т в год в эквиваленте СОг.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Шмидт, Михаил Викторович, Москва

1. Инвентаризация парниковых газов в республике Казахстан. Координационный цент по изменению климата РК. - Алматы.2000, с. 102.

2. Алексеев Ф.А., Войтов Г.Й. Лебедев B.C., Несмелова З.Н. Метан. -М.: Недра, 1978,-310 с.

3. Соколов В.А. Геохимия природных газов. М.: Недра, 1971,-334 с.

4. Bainbridge А. Е., Suess Н.Е., Fridman J. Isotopic Composition of Atmospheric Hydrogen and Methane. Nature, v. 192. № 4803.1961. p.648-649.

5. Lomontagne R.A., Swinnerton J.W., Linnenbom V.J., Q-C4 hydrocarbons in the North and South Pacific.- "Tellus", v. 26 № 1,1974, p. 71-77.

6. Сластунов C.B., Презент Г.М., Швец И.А. Метанообильность угольных шахт как основная проблема угольного метана. В кн. Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, ИАЦ ГН, 1999, с.56-60.

7. Малышев Ю.М., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментальные и прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. -М.: Изд. Акад. горных наук, 2000,-519 с.

8. Айруни А.Т., Садчиков В.А. Перминов И.И. Комплексное освоение метаноносных угольных пластов Карагандинского бассейна. М. : ЦНИЭИуголь, 1990,-31 с.

9. Саламатин А.Г. Подземная разработка мощных угольных пластов. М.: Недра, 1997, -437 с.

10. Нефедов П.П., Красюк Н.Н. Интенсивное комплексное освоение газоносных угольных месторождений.- Караганда, 1996, -245 с.1.. Голицын М.В. и др. Газоугольные бассейны России и мира. М.: МГУ-2002, -250 с.

11. Газоносность угольных месторождений СССР. (Под ред. А.И.Кравцова) Т. 1 -3. М.:Недра, 1979-1980, -1299с.

12. Газообильность каменноугольных шахт СССР (Под ред. Г.Д. Лидина) М.: Наука 1990,-216 с.

13. Эттингер И.Л. Газоемкость ископаемых углей. М.:Недра, 1966,-223 с.

14. Эттингер И.Л., Лидин Г.Д. Влияние влажности на сорбцию метана каменными углями. Изв. АН СССР. Отд.техн.наук, 1950, № 8, с. 1198 -1203.

15. Эттингер И.Л., Шпильман Н.В. Распределение метана в порах ископаемых углей. М.: Наука, 1975, - 112 с.

16. Твердохлебов В.Ф. и др. Количественная оценка газа угольных месторождений. Уголь,-1986, № 4, с 33 - 35.

17. Голицын М.В. Объем метаморфогенного газообразования в Карагандинском бассейне ./Изв. АН СССР. Сер. геол-1975 № 9, с. 112-114.

18. Садчиков В.А., Баймухаметов С.К., Абдрахманов Б.А., Швец И.А. Дегазация, добыча и использование метана в Карагандинском бассейне. Горн.инф.-анал. Бюлл. М.: МГГУ 1997, № 6, с.56 - 59.

19. Айруни А.Т. и др. Газообильность каменноугольных шахт СССР. Комплексное освоение газоносных угольных месторождений. -М.:Наука, 1990,-216 с.

20. Сагинов А.С. Проблемы разработки шахт Карагандинского бассейна.- Алма-Ата,: Наука, 19766 330 с.

21. Калиев С.Г. Преображенская Е.И. и др. Управление газовыделением наугольных шахтах. -М.: Недра,1980, -196 с.

22. Тарасов Б.Г., Колмаков В.А. Газовый барьер угольных шахт. -М.: Недра,1878,196 с.

23. Бирюков Ю.М. Газодинамическая активность на шахтах Карагандинского угольного бассейна. Караганда, ДНТИ УД ОАО «Испат-Кармет», 1996,114 с.

24. Преображенская Е.И. Основные итоги предварительной дегазации одиночного мощного пологопадающего пласта Верхняя Марианна и дальнейшая перспектива развития дегазации ./Научн.труды КНИУИ, вып 7, Гогортехиздат, 1963, с. 49 69.

25. Проектирование, монтаж и эксплуатация дегазационных участков (практическое пособие) Е.И.Преображенская и др. М: Недра, 1966,- 128 с.

26. Мясников А.А., Рябченко А.С., Садчиков В.А. Управление газовыделением при разработке угольных пластов. М.: Недра, 19870, 374 с.

27. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. Дисс. докт. техн. наук. М.: МГИ, 1971,453 с.

28. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. -М.: Недра, 1979,271 с.

29. Васючков Ю.Ф. Способы интенсификации извлечения метана из угольных пластов. Обзор ЦНИЭИуголь, - М., 1981, вып.5, 34 с.

30. Сластунов С.В. Управление газодинамическим состоянием угольного пласта через скважины с поверхности. М.: МГУ, 1991, -213 с.

31. А.с. СССР № 1548463. Способ дегазации угольного пласта/ Н.В.Ножкин, С.В.Сластунов, В.М.Карпов. Опубл. в БИ 1990 №91.

32. Сластунов С.В. Проблемы угольного метана и их технологические решения. В кн. Современные проблемы шахтного метана. -М.; МГГУ, 1999, с.50-61.

33. Пучков JI.A. Проблема метана в современном горном производстве. В кн. Современные проблемы шахтного метана. - М.; МГГУ,1999, -320 с.

34. Rice D.D. et al. Is "unconventional" gas a sustainable energy source // US Geol.Surv.Circ.-1995, №1108.-p.l0-12.

35. Scott A.A. modified approach to extimating coal-gas resources: Example from the Sand Wash Basin, Colorado// AAPG Bull.-1995, -79, № 9, p.1330-1336.

36. Ножкин H.B., Шмидт M.B., Ли К.Д. Эффективность гидрорасчленения по снижению газообильности подготовительных выработок. В кн. Снижение выбросоопасности угольных пластов путем их гидрорасчленения.- М.: МГИ, 1978, с.36-40

37. Ножкин Н.В., Гладкий Н.Л., Шмидт М.В. Эффективность гидрорасчленения при проведении подготовительных выработок. Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. М.: ЦНИЭИуголь, 1979, № 2, с. 15-19.

38. Шмидт М.В. Контроль эффективности гидрорасчленения при проведении подготовительных выработок. Тез. докл. Областной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. Караганда, КНИУИ, 1982, с. 45.

39. Ржевский В.В., Бурчаков А.С., Ножкин Н.В. К вопросу о механизме внезапных выбросов угля и газа в шахтах. Уголь, 1976, №10, с.13-19.

40. Ржевский В.В., Бурчаков А.С., Ножкин Н.В. О результатах заблаговременной дегазации гидрорасчленением пласта. Уголь, 1974, №7, с.51-54.

41. Ярунин С.А., Дмитриев A.M., Бухны Д.И. Управление газовым состоянием угольного пласта. Обзор ЦНИЭИуголь. -М.: 1981, вып.5,34 с.

42. А.с. СССР № 909212. Способ дегазации угольного пласта и предотвращения газодинамических явлений./ Ярунин С.А., Шарипов Н.Х., Шмидт М.В. и др. Опубл. в БИ № 8,1982.

43. Васючков Ю.Ф. Физико-химические способы дегазации угольных пластов. М.: Недра, 1986,-255 с.

44. Шмидт М.В. Исследование призабойной части выбросоопасного пласта с целью разработки критерия контроля за эффективностью гидрорасчленения. Дисс.канд.техн.наук. - М.: МГИ, 1982,187 с.

45. Васючков Ю.Ф., Брынько А.Ф., Шарипов Н.Х, Шмидт М.В. Исследование влияния гидрорасчленения на снижение выбросоопасных свойств мощного пологого пласта. Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. М.: ЦНИЭИуголь,1977, № 11, с. 15-19.

46. Шмидт М.В. Контроль эффективности способов борьбы с внезапными выбросами по величине удельного газовыделения из разрушаемого угля. В кн. Научные основы создания автоматизированных и комплексно-механизированных шахт. -М.: МГИ, 1980, с. 15-18.

47. А.с. СССР № 1070312. Способ борьбы с внезапными подцутиями почвы пласта / Н.А.Дрижд и др. Опубл. в БИ № 4,1989.

48. Шевченко В.Ф., Атыгаев Р.К., Шмидт М.В. Эффективность использования комплексной схемы дегазации на шахтах Карагандинского бассейна. В кн. Научные труды КНИУИ. Караганда, КНИУИ, 1985,с. 101106.

49. Шмидт М.В., Тонких В.И. Опыт использования скважин гидрорасчленения для извлечения метана из выработанного пространстваочистного забоя.: В кн. Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, ИАЦ ГН, 2000, с.215-216.

50. Айруни А.Т., Слепцов В.И. Использование каптируемого метана на угольных шахтах за рубежом./ Экспр. инф. ЦНИЭИуголь, Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. М.: ЦНИЭИуголь, 1974,-49 с.

51. Чураков В.Н., Топтыгин М.М., Филиппов Г.Д. К вопросу об утилизации шахтного метана. Состояние и перспективы. Уголь, 1989, №1, с. 14-17.

52. Каталог научно-технических разработок.-М.: МГГУ, 1999, 202 с.

53. Гуревич Ю.С. Извлечение кондиционного метана при подземной разработке угольных месторождений и технологические решения по его использованию: Дисс.докт.техн.наук., М., 1990,497 с.

54. Пучков JI.A., Красюк Н.Н. и др. Технология отработки участков шахтных полей с добычей и утилизацией метана. Учебное пособие. Часть 1.: М, МГГУ,1995, -122 с.

55. Н.Н. Красюк. Повышение эффективности работы шахт на основе промышленного использования метана: Дисс.докт.техн.наук. М: МГГУ, 1992,-412 с.

56. Серов В.И.,. Виноградов В.П. Энергетическое использование каптированного метана. Горный информационно-аналитический бюллетень. М: МГГУ, 2000, № 7, с. 203-205.

57. Трухин П.М. т др. Эффективность концентрации и технического перевооружения на угольных шахтах. М.: Недра, 1977,192 с.

58. Забурдяев B.C. Перспективные объекты РФ для утилизации угольного метана. Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.; МГГУ, 2001,№5, с.35-41.

59. Чепенко А.В. Каротаж и использование шахтного метана в Украине. В сб. Геотехническая механика, Вып. №17,- Киев,2000, с.52-56.

60. Ш.А.Болгожин, Ф.И.Клиновицкий. Геомеханические условия охраны подготовительных выработок при отработке угольных пластов. Алматы, Наука, 1984.-86 с.

61. Методическое руководство по определению параметров газовых коллекторов при отработке пологих угольных пластов. Алматы, 1984,126

62. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. -Алматы,1992. 285 с.

63. Шмидт М.В., Тонких В.И., Швец А.И. Исследование структуры газового баланса подготавливаемого и разрабатываемого выемочного участка. Горный информационно-аналитический бюллетень. М.:МГГУ. 2002, №6, с.107-108.

64. Фернандез P.JI. Углеродные кредиты и шахтный метан//Сокращение эмиссии метана.: доклады II Международной конференции. Новосибирск, - Изд-во СО РАН, 2000.-С.614-621.

65. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.А. Инженерная экология. Т.1.- М.: "Высшая школа", 1996.-637с.

66. Пал М.Х. Энергия и защита окружающей среды. Падерборн: Изд-во FIT-Verlag. 1996.-449с.

67. А.с. СССР № 609917. Способ дегазации угольных пластов/ Н.В.Ножкин. Опубл. в БИ 1978 №21.

68. Ножкин Н.В., Карпов В.М., Соколов А.Б. Углубление дегазации угольных пластов путем пневмовоздействия. Сб. трудов МГИ,- М.: МГИ, 1988, с. 28-36.

69. Пучков Д.А., Сластунов С.В., Баймухаметов С.К. Проблемы извлечения метана из угленосной толщи на полях действующих шахт для повышения безопасности горных работ. Уголь, 2001, № 11, с.56-60.

70. Ржевский В.В., Братченко Б.Ф., Бурчаков А.С., Ножкин Н.В. Управление свойствами и состоянием угольных пластов с целью борьбы с основными опасностями в шахтах. М.: Недра, 1984, -327 с.

71. Шарипов Н.Х., Ли К. Д., Шмидт М.В. Исследование газодинамической активности пласта на границах зон гидрорасчленения. В кн. Проблемы разработки мощных пологих и наклонных угольных пластов подземным способом, Караганда, КНИУИ, 1984, с. 58-60.

72. А.с. СССР №1365796. Устройство для импульсного нагнетания жидкости в горный массив./ Шарипов Н.Х., Шмидт М.В. и др. Б.из № 3, 1988.

73. А.с. СССР №1500792. Способ дегазации угольных пластов. / Шарипов Н.Х., Шмидт М.В. и др. Б.из № 30,1989.

74. Коликов К.С. Повышение безопасности разработки угольных месторождений и комплексное освоение их ресурсов на основе заблаговременного извлечения метана. Дисс.докт.техн.наук. -М : МГГУ. 2002,- 305 с.

75. Баклашов И.В., Коликов К.С., Шмидт М.В. Оценка величиныдополнительных напряжений на границах области гидрообработки угольного пласта. Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.:МГГУ. 2004, № 8 , с. 110-113.

76. Сластунов С.В., Коликов К.С., Шмидт М.В. Технология расчленения вспенивающимися растворами. Горный информационно-аналитический бюллетень.-М.:МГГУ. 2004, № 8, с. 38-39.

77. Баймухаметов С.К., Швец И.А., Шмидт М.В. Опыт реализации научно-технических разработок использования шахтного метана. Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.:МГГУ. 2002, № 6 , с. 116117.

78. Ильясов Р. Пути и эффективность утилизации метана в Карагандинском угольном бассейне. Комплексное использование минерального сырья. Караганда, 1983. № 8, с.64-70.

79. Трухин П.М., Шарипов Н.Х., Гладкий Н.Л., Шмидт М.В. Использование попутного метана при разработке угольных месторождений. В кн. Научно-технические проблемы комплексногоиспользования полезных ископаемых. -Караганда, КНИУИ, 1986, с. 108110.

80. Гуревич Ю.С., Шарипов Н.Х., Шмидт МБ. Добыча и использование метана угольных месторождений. Тез. докл. научн.-техн. конф. -Караганда, КНИУИ, 1987, с. 63.

81. Рыжов П.А. Математическая статистика в горном деле. М.: Высшая школа, 1973,-286 с.

82. Шаулов Ю.П. Распространение пламени через пористые среды. -Баку: Изд АН Аз. ССР,1954, -95 с.

83. Льюис Б.; Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы газа. М.: Мир, 1968,-592 с.

84. ГОСТ 21204-83 «Горелки газовые промышленные».

85. А.с. СССР №1790954.Способ огнепреграждения газопроводов с горючими смесями/ С.К.Баймухаметов, М.В.Шмидт и др. Б.из № 4, 1993.

86. Теплотехника. Учебник для ВУЗов под ред. А. П. Баскакова. -М.: Энергоиздат,1982, -264 с.

87. Предварительный патент РК №12880. Паровая котлоустановка газовая в модульном исполнении. / М.В.Шмидт. Опубл. в бюл.№3, 2003 г.

88. М.В. Шмидт, С.В. Сластунов, К.С. Коликов. Способ термической переработки газообразных углеводородов. Заявка на патент РК № 2002/1025.1 от 02.08.2002 г.

89. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Учебник для вузов, изд.З-е, перераб. и доп. М., Энергия, 1975,488с.

90. Шмидт М.В. Анализ технологий переработки шахтного метана. Горный информационно-аналитический бюллетень. М.:МГГУ. 2002, № 6, с. 163-165.

91. Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах производительностью до 30 т/ч.-М.: Гидрометеоиздат, 1985. 23 с.

92. Сластунов С.В., Коликов К.С., Шмидт М.В. Некоторые проблемы развития рынка углеродных кредитов и утилизация шахтного метана. Научные сообщения ННЦ ГП ИГД им. А.А. Скочинского. Выпуск №324/2003, с.99-104.

93. Шмидт М.В. Экологическая эффективность переработки метана. Горный информационно-аналитический бюллетень. М.:МГГУ. 2004, № 8, с. 46-48.

Информация о работе

Шмидт, Михаил Викторович
доктора технических наук
Москва, 2006
ВАК 25.00.36

Диссертация

Снижение эмиссии парниковых газов при метанобезопасной разработке углегазовых месторождений с энергетическим использованием метана - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы