Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке
Запропонована схема комплексного освоєння складного за гірничо-геологічних умов родовища.
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53998 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке / В.Г. Стратов, И.А. Стежко, Е.В. Гончаров, А.Т. Карманский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 26-32. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-53998 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-539982014-01-30T03:11:10Z Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке Стратов, В.Г Стежко, И.А. Гончаров, Е.В. Карманский, А.Т. Запропонована схема комплексного освоєння складного за гірничо-геологічних умов родовища. The chart of the complex mastering of deposit difficult on горно-геологическим terms is offered. 2012 Article Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке / В.Г. Стратов, И.А. Стежко, Е.В. Гончаров, А.Т. Карманский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 26-32. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53998 622.324.5:553.94(477.61.62) ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Запропонована схема комплексного освоєння складного за гірничо-геологічних умов родовища. |
| format |
Article |
| author |
Стратов, В.Г Стежко, И.А. Гончаров, Е.В. Карманский, А.Т. |
| spellingShingle |
Стратов, В.Г Стежко, И.А. Гончаров, Е.В. Карманский, А.Т. Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке Геотехническая механика |
| author_facet |
Стратов, В.Г Стежко, И.А. Гончаров, Е.В. Карманский, А.Т. |
| author_sort |
Стратов, В.Г |
| title |
Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке |
| title_short |
Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке |
| title_full |
Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке |
| title_fullStr |
Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке |
| title_full_unstemmed |
Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке |
| title_sort |
комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53998 |
| citation_txt |
Комплексное освоение угольных месторождений, содержащих пласты крутого падения с их дегазацией и газификацией участков не пригодных к шахтной отработке / В.Г. Стратов, И.А. Стежко, Е.В. Гончаров, А.Т. Карманский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 26-32. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT stratovvg kompleksnoeosvoenieugolʹnyhmestoroždenijsoderžaŝihplastykrutogopadeniâsihdegazaciejigazifikaciejučastkovneprigodnyhkšahtnojotrabotke AT stežkoia kompleksnoeosvoenieugolʹnyhmestoroždenijsoderžaŝihplastykrutogopadeniâsihdegazaciejigazifikaciejučastkovneprigodnyhkšahtnojotrabotke AT gončarovev kompleksnoeosvoenieugolʹnyhmestoroždenijsoderžaŝihplastykrutogopadeniâsihdegazaciejigazifikaciejučastkovneprigodnyhkšahtnojotrabotke AT karmanskijat kompleksnoeosvoenieugolʹnyhmestoroždenijsoderžaŝihplastykrutogopadeniâsihdegazaciejigazifikaciejučastkovneprigodnyhkšahtnojotrabotke |
| first_indexed |
2025-07-05T05:23:00Z |
| last_indexed |
2025-07-05T05:23:00Z |
| _version_ |
1836783218883297280 |
| fulltext |
26
УДК 622.324.5:553.94(477.61.62)
Инженеры В.Г. Стратов, И.А. Стежко
(ОАО «Гипрошахт),
Е.В. Гончаров, А.Т. Карманский
(ОАО ВНИМИ)
КОМПЛЕКСНОЕ ОСВОЕНИЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ,
СОДЕРЖАЩИХ ПЛАСТЫ КРУТОГО ПАДЕНИЯ С ИХ ДЕГАЗАЦИЕЙ И
ГАЗИФИКАЦИЕЙ УЧАСТКОВ НЕ ПРИГОДНЫХ К ШАХТНОЙ
ОТРАБОТКЕ
Запропонована схема комплексного освоєння складного за гірничо-геологічних умов ро-
довища.
INTEGRATED DEVELOPMENT OF COAL DEPOSITS WITH SEAMS
STEEP DROP FROM DEGASSED AND GASIFICATION AREAS NOT FIT
FOR MINING SHAFT
The chart of the complex mastering of deposit difficult on горно-геологическим terms is of-
fered
Перспективы комплексного освоения угленосных месторождений были до-
казаны авторами в 90-х годах прошлого века на примере месторождений Кара-
гандинского и Печорского бассейнов. Однако конъюнктурные особенности
прошедшего времени не позволили внедрить и рассмотреть перспективы дан-
ного вопроса, который актуален для ряда месторождений Кузнецкого бассейна,
Восточной Сибири и Центрального района Донбасса. В настоящее время авто-
рами выполнена технико-экономическая оценка комплексного освоения уголь-
ного месторождения в Восточной Сибири, полностью соответствующая идео-
логии авторов на освоение месторождений, включающих крутопадающие
угольные пласты.
В настоящее время идет бурное развитие геотехнологических методов до-
бычи полезных ископаемых в целом ряде стран. Если иметь ввиду добычу угля
и сопутствующую горным работам добычу метана то, прежде всего, необходи-
мо упомянуть такие страны как США, Китай, Австралию, Южно-Африканскую
Республику. В ряде стран методы на основе подземной газификации развива-
ются, но разработки не носят характер повторения опыта и разработок специа-
листов вышеперечисленных стран. Для Республики Украины необходимо от-
метить инициативу и опыт д.т.н. Гайко Г.И, проф, д.т.н. Заблодского Н. (ДГТУ,
Алчевск), к. геол-минерал. наук Поливцева А.В.
В технологиях извлечения метана из угольных пластов преобладают тен-
денции предварительного инициирования трещиноватости, прежде всего про-
ведением гидроразрывов с последующим откачиванием жидкости (воды) и
подключением скважин к системам ваакумирования. Наиболее известный
успешный опыт такого подхода является разработка газоугольного месторож-
дения Сан-Хуан в США. В настоящее время усиленно предлагается добывать
сланцевый газ с применением этой же технологии, но положительные результа-
ты таких промышленных испытаний авторам не известны Более интересный и
разнообразный опыт достигнут в Карагандинском бассейне группой исследова-
27
телей под руководством Ножкина Н.В., Сластунова С,В., Коликова К.С., где
кроме гидрозрывов, для интенсификации метанопритоков применялось пнев-
мотепловое воздействие. Однако значительные и стабильные результаты деби-
тов метана достигнуты не были. Тем не менее, этот опыт нами проанализирован
и будет учтен при планирования экспериментальных исследований.
Для условий Кузнецкого бассейна и некоторых других месторождений,
например Апсатского, необходим комплексный подход к освоению, включаю-
щий и управление напряженно-деформированным и термодинамическим состо-
янием угленосной свиты предварительной отработкой, включая средства под-
земной газификации. Авторы имеют опыт в проведении геомеханических ис-
следований и экспериментов при подземной газификации угля. Эта технология
развивалась нами с 90-х годов прошлого века и именно как важный элемент
технологии комплексной отработки угольных месторождений с извлечением
метана газоносных пластов пригодных для последующей шахтной добычи.
Так, например:
добыча метана из угля (дегазация) в зонах влияния горных работ скважина-
ми, пробуренными из подземных выработок либо с земной поверхности. Дега-
зация велась и ведется для обеспечения безопасности, высоких темпов проход-
ки подготовительных выработок и нагрузок на очистной забой, а извлекаемый
метан в незначительных объемах каптируется и сжигается либо в шахтных ко-
тельных, либо в специальных энергетических установках;
добыча метана из угольных пластов высокоугленосной толщи горных пород
скважинами, пробуренными с поверхности вне влияния горных работ (в насто-
ящее время не эффективна ни при каких схемах гидравлического воздействия).
В этом случае предполагается использование метана для тепло- и энергоснаб-
жения либо химической переработки. Однако, поскольку ранее не удавалось
стабильно по времени извлекать значительные (более 15 м
3
/мин) объемы газа,
упомянутые работы не имели собственного значения и велись с учетом после-
дующего развития горных работ, чтобы обеспечить благоприятные условия
проведения последних;
извлечение газа методом подземной газификации угля, включая запасы бу-
рого угля и запасы, некондиционные для традиционных (открытых и подзем-
ных работ) средств добычи. Эти методы успешно развивались до 70-х годов.
Накоплен большой опыт. Метод незаслуженно забыт вследствие низких цен на
газ и электроэнергию в 60–80-е годы. На территории России Южно-Абинская
станция закрыта в 90-х годах. На территории Узбекистана в настоящее время
успешно работает Ангренская станция ПГУ (АООТ «Еростикгаз»). Метод поз-
воляет получать плановые объемы газообразного топлива калорийностью 800–
3000 ккал/м
3
.
Вопросами добычи метана из пор и трещин в угле (дегазация), кооптирова-
нием его в зонах влияния горных работ, из надрабатывамых и подрабатывае-
мых углесодержащих толщ наиболее успешно занимались в России ИГД им.
А. А. Скочинского, ИПКОН АН РФ, ВНИМИ, ВостНИИ. Именно с участием
данных институтов были созданы нормативные документы, регламентирую-
щие мероприятия по дегазации, включая выбросоопасные пласты. Разработки
28
ОАО ВНИМИ имеют международное признание. В 1996 г. пакет патентов
был удостоен бронзовой медали выставки изобретений в Брюсселе «Еврика-
96».
В настоящее время авторами завершена разработка упомянутого технико-
экономического обоснования по одному из крупных месторождений Восточ-
ной Сибири. При этом, на весьма продуктивных и газоносных крутопадающих
пластах не целесообразно было организовывать дегазацию скважинами, пробу-
ренными с поверхности и был разработан комплекс шахтной дегазации, кооп-
тирования и утилизации метана с использованием получаемой энергии для
нужд освоения месторождения.
Подземную добычу угля, при отработке свиты крутопадающих пластов,
предполагается начать с отметки +1150 метров. Прогнозная природная метано-
носность с этой отметки начинает интенсивно увеличиваться и на отметке +550
м достигает 20-25 м
3
на тонну. При этом предлагается использовать технологи-
ческие схемы дегазации угольных пластов через скважины, пробуренные из
подземных выработок. Для заблаговременной дегазации предусмотрена подго-
товка специального дегазационного горизонта, построенного в увязке с приня-
той этажной схемой вскрытия шахты, т.е. высота этажа дегазационного гори-
зонта равна высоте этажа добычного горизонта. Дегазационные скважины бу-
рят из выработок, пройденных по пластам и использующихся впоследствии,
для очистной выемки (см. Рис. 1).
Рис. 1 - Дегазационные скважины из выработок, пройденных по пластам и
используемые, для очистной выемки.
Газоносность угольных пластов возрастает при раскрытии в них трещин.
Метановые ресурсы, заключенные непосредственно в угольных пластах на 90%
находятся в сорбированном состоянии. В первую очередь в скважину поступает
свободный метан и по мере снижения пластового давления и формирования
техногенного коллектора метан из связанного состояния переходит в свобод-
ное. Каптаж метана в данных условиях протекает в режиме самоистечения. Для
большей эффективности целесообразно применение технологических меро-
приятий по интенсификации притоков к скважинам метана с применением ме-
29
тода пневмогидровоздействия в комплексе с нагнетанием разогретого воздуха и
применением сейсмоакустического воздействия на этапе освоения и осушения
дегазационных скважин. По аналогии с другими регионами, где имеется не-
большой опыт дегазации пластов, извлечение метана на рассматриваемом ме-
сторождении из пластов, не разгруженных от горного давления, прогнозируется
на уровне 5-10 м
3
в минуту. При использовании современных станций по пере-
работке метана в электрическую и тепловую энергию, этого количества метана
будет достаточно для того, чтобы работа участка была экономически эффек-
тивна.
Для обеспечения стабильной откачки и подготовки метана для сжигания в
ГПТЭС, ВНС оборудованы современным оборудованием. На ней устанавлива-
ются ротационные воздуходувки немецкой фирмы Aerzener GM 240 S. Произ-
водительность ВНС по объему откачиваемой МВС – 450 м
3
/мин. Газопоршне-
вые теплоэлектростанции укомплектовываются газопоршневыми электроагре-
гатами или когенерационными установками. Двигатели работоспособны в диа-
пазоне концентрации метана 25- 60% . Единичная мощность электроагрегата
при работе на шахтном газе с концентрацией метана 40 % составляет 1 932 кВт.
Для выработки электрической энергии в течении года в количестве Е=36 632
МВт/час и тепловой энергии в количестве Н = 127 669 Гдж на ГПТЭС необхо-
димо поступление метана в количестве примерно 11 млн. м
3
или 22 м
3
/мин.
Для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на соб-
ственные нужды каптированный шахтный метан перерабатывается на газомо-
торных станциях (когенерационных установках).
На основании анализа горно-геологических условий газо-угольного место-
рождения, с учѐтом приведенных выше наработок и рекомендаций, можно сде-
лать вывод о том, добыча метана в промышленных объѐмах на месторождении,
технически осуществима. Высокая газоносность пластов месторождения, боль-
шое количество пластов, которые одновременно можно поставить под дегазацию
и длительный срок, в который можно осуществлять дегазацию (4-5 лет, пока ве-
дѐтся отработка запасов угля на верхнем горизонте), позволяют сделать следую-
щий прогноз. Дегазационные горизонты обеспечат суммарную добычу газа ме-
тана в объѐме 240 млн. м
3
/год. При сжигании этого объѐма газа в мини ТЭС
можно выработать порядка 420 млн. кВт часов электрической энергии. Технико-
экономические расчѐты показали, что реализация этого решения будет коммер-
чески выгодным, а кроме того, позволит создать безопасные условия труда при
переходе добычных работ на горизонты с высокой газоносностью пластов.
При этом для разработки крутопадающих газоносных пластов предложена
совершенно оригинальная технологическая схема на основе применения совре-
меннейшего бурового оборудования – разработка тонких, средней мощности и
мощных пластов в этаже по простиранию методом выбуривания вертикально-
наклонными скважинами с применением буровой установки (см. Рис. 2).
По технологической схеме, с вентиляционного горизонта выемочного блока
бурится пилотная скважина малого диаметра до откаточного горизонта. С по-
мощью специальных расширительных головок, скважина разбуривается до не-
обходимого диаметра, в зависимости от мощности разрабатываемого пласта
30
снизу вверх. Таким образом, уголь под действием гравитационных сил падает
на почву откаточного штрека. Последовательно выбуривая скважины рядами,
становится возможным применять данную систему на крутых пластах любой
мощности. Пласты в свите являются весьма сближенными. Для избегания про-
цессов над- и подработки, управление горным давлением в выработанном про-
странстве предусматривается полной закладкой. В качестве закладочного мате-
риала используются вскрышные породы угольного разреза, подаваемые на вен-
тиляционный горизонт шахты после предварительной подготовки (дробление
до кл. –100 мм), с дробильно-сортировочного комплекса, расположенного на
поверхности.
Рис. 2 - Технологическая схема на основе применения современнейшего бурового
оборудования – разработка тонких, средней мощности и мощных пластов в этаже по
простиранию методом выбуривания вертикально-наклонными скважинами с применением
буровой установки.
Группу пологозалегающих высокозольных пластов, добыча угля из которых
открытым и подземным способом экономически не эффективна, предлагается
отработать способом подземной газификации углей. Выгазовывание угля осу-
ществляется под действием высокой температуры (1000-2000° С), создаваемой
подаваемыми под давлением окислителей (как правило воздуха, водяного пара,
или О2, реже – СО2). Подвод дутья и отвод газа при газификаци, осуществляют
через скважины, расположенные в определенном порядке и образующие под-
земный генератор (см. рис. 3).
31
Рис. 3 – Технологическая схема подземного газогенератора.
Конструктивная схема подземного газогенератора предполагает создание
скважинами с поверхности первоначальных каналов газификации в пласте. В
соответствии с геологическими условиями, бурят вертикальные, наклонные и
криволинейные скважины до встречи с пластом. Скважины обсаживаются тру-
бами, затрубное пространство цементируется.
Базовый процесс подземной газификации угля состоит из бурения двух экс-
плуатационных скважин, первая из которых служит для закачки кислорода, вто-
рая – для выведения горючего газа на поверхность. Из газоотводящих скважин
газ поступает в газовые коллекторы с магистральным газопроводом. Далее газ
подается в циклоны для удаления пыли и твердых частиц. Пройдя циклон, газ
по магистральному газопроводу поступает в скрубберы, где очищается допол-
нительно от пыли и смолы. Газ из скрубберов поступает в электрофильтры для
окончательной очистки от тонкой пыли. При наличии в газе большого количе-
ства сероводорода газ поступает в цех сероочистки и затем подается потребите-
лю (см. рис. 4).
1 – компрессор, 2 – турбовоздуходувка, 3 – цикл условно чистых вод, 4 – воздух на
сбойку, 5 – воздух на газификацию, 6 – газопровод, 7 – скруббер, 8 – градирня, 9 – свеча,
10 – газ к потребителю.
Рис. 4 - Технологическая схема поверхностного комплекса.
32
Получение электрической и тепловой энергии предусмотрено на специаль-
ных теплоэлектростанциях путѐм сжигания горючего газа, получаемого из под-
земного газогенератора. Мини теплоэлектростанции могут быть укомплектова-
ны, к примеру, газопоршневыми электроагрегатами немецкой фирмы «MWM».
Установленная тепловая мощность при 100% нагрузке на ГПТЭС составляет 1
990 кВт. Электрический КПД - 42%. Тепловой КПД - 43%. Например, ГПТЭС
из 3-х электроагрегатов будут иметь максимальную электрическую мощность 3
× 1 932 = 5 796 кВт и тепловую мощность 3 × 1 990 = 5 970 кВт. За счет утили-
зации тепла обеспечивается подача тепловой энергии от ГПТЭС – до 6,0 МВт
(5,1 Гкал/час).
Сравнение приведенных затрат на систему ПГУ с используемым углем для
котельной калорийность которого определена в 6 000 ккал/кг, позволяет рас-
считать экономический эффект при переводе котельной на газ ПГУ (1 тут. = 7 ×
10
6
ккал.). Технологическая себестоимость 1 кВт электрической энергии выра-
батываемой электростанцией, составляет около 1,25 рубля, без учета стоимо-
сти тепла. Годовой экономический эффект: 1,4 млн. руб. в год.
Таким образом, в энергетическом отношении технология ПГУ примерно
вдвое выгоднее, чем применение твердого топлива в котельных агрегатах, даже
без учета условий экологии и безопасности ведения работ. Возможные погреш-
ности выполненного технико-экономического анализа вряд не могут изменить
основного вывода - предлагаема технология ПГУ может конкурировать с лю-
быми новыми решениями по энерготехнологии, является перспективной и за-
служивает внедрения и дальнейшей разработки и совершенствования.
Экономическая оценка предложенной схемы комплексного освоения слож-
ного по горно-геологическим условиям месторождения (крутое падение сбли-
женных пластов, их высокая газоносность, высокая зольность пластов в поло-
гой части поля), показала, что развитие добычи на месторождении будет эко-
номически эффективным. При этом достаточно высокую эффективность будут
иметь все принятые технологии: добыча угля открытым способом, со склади-
рованием большей части вскрышных пород в выработанном пространстве под-
земной добычи; добыча угля подземным способом с использованием техноло-
гической схемы основанной на разработке тонких, средней мощности и мощ-
ных пластов методом выбуривания вертикально-наклонными скважинами с
применением буровой установки; заблаговременная дегазация угольных пла-
стов с использованием современных станций по переработке метана в электри-
ческую и тепловую энергию; подземная газификация высокозольных углей с
получением электрической и тепловой энергии на специальных теплоэлектро-
станциях путѐм сжигания горючего газа.
Предложенная схема комплексного освоения сложного по горно-
геологическим условиям месторождения может послужить аналогом при оцен-
ки целесообразности освоения достаточно широкого перечня сложных место-
рождений России и Украины.
33
УДК 622.324.5:553.94(477.61.62)
Канд. техн.. наук Є.М. Старосельский
(ООО «Єврогаз Україна»)
ХАРАКТЕРНІ РИСИ БАСЕЙНІВ СЛАНЦЕВОГО ГАЗУ ПІВНІЧНОЇ
АМЕРИКИ
Выполнен анализ особенностей бассейнов сланцевого газа Северной Америки.
PERSONAL TOUCHES OF POOLS OF SLATE GAS OF NORTH AMERICA
The analysis of features of pools of slate gas of North America is executed.
Сланцевий газ, відомий в іноземній літературі як «shale gas» в останні роки є
темою багатьох наукових конференцій, публікацій, радіо і відео репортажів. З
ним пов’язують надії на вирішення енергетичної проблеми уряди ряду країн, в
тім числі й України. Цей газ приурочений до глинистих товщ, які характеризу-
ються підвищеним вмістом органічної речовини, малою густиною і проник-
ністю, чорним забарвленням (рис. 1). Сланцевий газ знаходиться в порах і
тріщинах, однак більшість видобувного газу є в порах. Частина газу міститься
також в адсорбованому стані в органічній речовині і мінеральних гранулах.
А.Е. Лукін (2011) в ряді своїх публікацій (Лукін, 2010, 2011) підкреслює, що
«основними джерелами природного газу являються не горючі сланці і сапропе-
літи, залягаючі головним чином в зоні діагенезу-протокатагенезу, а «black
shales» – чорні глини зони мезокатагенеза». В зоні метагенезу зосереджені ос-
новні ресурси нетрадиційного газу, в тім числі вугільного метану (інтервали
МК1-МК4), низькопроникливих колекторів (ПК3-МК4) (Лукін, 2011). Рис. 1
демонструє фотографію сланцевих глин формації Марселус, де знаходиться 1/4
запасів сланцевого газу Північної Америки.
Рис. 1 - Фотографія сланцевих глин формації Марселус
Як видно з рисунку ця глиниста товща розбита серією тріщин північно-
південного простягання. Практика видобутку сланцевого газу говорить про те,
|