Шахтный метан

По оценкам мировых и российских специалистов, одним из перспективных, местных источников энергии является шахтный (угольный) метан - высококачественный и экологически чистый энергоноситель. Многие ассоциируют шахтный метан как опасный спутник добычи угля. Действительно главной опасностью для горняков, был и остается шахтный метан. Взрывы и выбросы метана являются причинами наиболее крупномасштабных аварий на угольных предприятиях во всем мире. Однако, при правильной утилизации шахтный метан становится перспективным и ценным видом топлива. Интересно, что шахтный метан уже используется во всем мире, превращаясь из проблемы, связанной с безопасностью, в ценный источник энергии.

Этот газ имеет много названий: шахтный газ, рудничный газ, угольный метан и др. На самом деле речь идет об одном и том же газе, который выделяется из угля или содержащих его пород. Наиболее распространенное его название – шахтный метан. Этот газ бесцветен, не имеет запаха, с воздухом образует взрывоопасные смеси. Кроме метана в шахтный газ также могут входить углекислый газ, азот, кислород и другие элементы.

Существуют две наиболее распространенные версии происхождения метана: первая — процесс превращения органического материала в уголь под действием температуры, давления и компонентов магмы, вторая — термодинамическая модель формирования газового потока.

Согласно первой концепции, базирующейся исключительно на физических процессах, можно выделить четыре типа формирования метановых залежей: абсорбция (поглощение), адсорбция (концентрация), растворенный газ и свободный газ.

Термодинамическая гипотеза связана с тем, что молекулярного метана в природе не существует, а есть исходные элементы (водород и углерод), которые при определенных условиях трансформируются в молекулу метана. Такое формирование происходит в гиперсреде при высоком давлении и выделении энергии.

Один и тот же пласт в различных местах порой может проявлять совершенно разную способность отдавать газ. По мнению специалистов, непредсказуемые газодинамические явления происходят из-за нарушения пластов при подземной выработке. Когда лава, под тяжестью слоев, лежащих выше, уходит, пласты расслабляются, образуются трещины, в которые из околоугольных пород выделяется газ. Он и поступает в шахты. Объемы выделяемого газа зависят от способа добычи угля, дальности нахождения от выработки газоносных массивов, геологических и физических свойств пластов. Так, зона газового выветривания (где метана в угольных пластах почти нет) составляет 150–200 м. А дальше содержание метана очень велико – до 30 куб. м на тонну угля.

Шахтный газ является прекрасным энергетическим топливом. Однако, его теплотворная способность в значительной степени зависит от концентрации в нем метана. В настоящее время существует несколько методов добычи метана из угольных пластов.

Первый - дегазация угольных шахт, снижающая объемы выделения метана в горные выработки и обеспечивающая безопасность работ в метанообильных шахтах. В этом случае каптированный газ с разной концентрацией метана является попутным полезным ископаемым, снижающим себестоимость угля. Содержание метана в шахтном газе колеблется от 10 до 98%.

В случае использования каптируемого шахтного газа необходимо предусмотреть отделение метана от воздуха, для чего могут быть использованы сорбционные и кристаллизационные процессы.

Вторым методом добычи шахтного метана является добыча вне полей действующих шахт путем бурения специальных скважин с применением искусственных методов повышения газопроницаемости угольных пластов. В этом случае газ, извлекаемый из угольных пластов (вне зон влияния горных работ) по технологиям углегазового промысла, представлен, в основном, метаном (95-98%) с примесью азота (3-5%) и диоксида углерода (1-3%).

Последнее направление весьма перспективно для широкого применения в народном хозяйстве.

Кстати, по своему составу шахтный газ, полученный этим способом, зачастую лучше природного газа, поскольку содержит меньше примесей и состоит, в основном, из чистого метана.

Третьим методом добычи шахтного метана является добыча из закрытых шахт. Так добывают этот газ в угольных бассейнах Нор-Па-де-Кале (Франция), Эно (Бельгия) и Остравско-Карвинском (Чехия). Из закрытых шахт добывается газ, содержащий от 50 до 80% метана, что позволяет использовать его на ТЭС и ТЭЦ.

В последнее время активно обсуждается еще один способ добычи шахтного метана – комбинированный. Чтобы дегазация шахт была действенным способом борьбы за безопасность труда горняков, ее необходимо проводить предварительно, перед пуском шахты, а не во время работы. Предполагается, что в таком случае удастся откачать до 70% объема газа метана в шахте. Поэтому, сначала в пласт будут буриться скважины для извлечения метана, а через несколько лет на этих участках начнется добыча угля.

Говоря о шахтном метане, необходимо отметить еще одно очень важное свойство. Шахтный метан принадлежит к группе парниковых газов (способствует удержанию тепла в атмосфере) и по своему влиянию на глобальное потепление в двадцать один раз превосходит углекислый газ. При этом, за последние два столетия концентрация метана в атмосфере Земли увеличилась более чем вдвое.

Мировые запасы метана угольных плаcтов превышают запасы природного газа и оцениваются в 260 трлн. кубометров. Наиболее значительные ресурсы сосредоточены в Китае, России, США, Австралии, ЮАР, Индии, Польше, Германии, Великобритании и Украине.