Угольный (шахтный) метан

Угольный (шахтный) метан (УМ) может уже в ближайшие годы стать заметной прибавкой к газовой составляющей энергетического баланса, повысить эффективность малой и водородной энергетики, обеспечить транспорт дешевым и экологически чистым топливом. И что особенно важно — повысить безопасность шахтёрского труда. Выбросы УМ составляют около 10% от всех антропогенных поступлений метана в атмосферу. Мировые запасы УМ распределены по странам, как показано на рис. 5.1. Только российские предприятия угольной отрасли ежегодно высвобождают из угольных пластов более 2 млрд м³ УМ.

Рис. 5.1 .Распределение объёмов выбросов УМ среди угледобывающих стран (по состоянию на 2000 г.).

УМ выделяется либо при добыче угля (его концентрация в вентиляционных выбросах составляет 0,5−2,0 об. %), либо при дегазации угольных пластов (концентрация метана 30−90 об. %). В общей массе выбросов основной вклад принадлежит вентиляционным выбросам. Соответственно, добыча УМ из каменноугольных месторождений осуществляется по двум схемам: а) извлечение УМ как попутного газа при добыче угля, б) добыча УМ как самостоятельного вида продукции из специально пробуренных в угольном массиве скважин.

Главной задачей при реализации первой схемы является повышение безопасности шахтерского труда. Вторая схема обеспечивает предварительное и более полное извлечение УМ и также существенно уменьшает вероятность взрыва при добыче угля. Газ откачивается насосами. Длительность работы скважин не уступает сроку службы скважин на традиционных газовых месторождениях. Эта схема давно реализуется в США, Канаде, Великобритании, Австралии, Китае, Германии и некоторых других странах (добыча УМ в США составляет примерно 35−40 млрд м³). В этих странах УМ подастся в магистральные газопроводы, используется для совместного сжигания с углем в котельных, а также в двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах. В США приняты жесткие законы, обязывающие собственников шахт проводить обязательную дегазацию угольных пластов еще до начала добычи. Благодаря этому в США гибель горняков в угольных шахтах — редкое событие.

Прогнозные запасы УМ в России могут превосходить 84 трлн м' Однако его использование находится на начальной стадии, хотя добыча метана из угольных месторождений имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами его добычи:

• • большинство угольных месторождений расположено в уже обжитых районах, имеющих достаточно развитую инфраструктуру, производственную базу и людские ресурсы;
• • угольные пласты в основном расположены на относительно небольших глубинах (до 1000 м);
• • объем разведочного бурения существенно сокращается, т. к. уже известные контуры угольного массива одновременно являются контурами и газового месторождения в толще угольных пластов. Однако на пути широкомасштабной добычи УМ имеются и серьезные препятствия. Основные из них:
• • более сложная технология его извлечения по сравнению с добычей традиционного природного газа. Метан в метаноугольных месторождениях содержится в микропорах и трещинах угольных пластов. Угольный пласт отдает метан только при интенсивных механических воздействиях, как это происходит в шахте или на разрезе при разрушении пласта комбайном или экскаватором, либо гидроударом или взрывчаткой с помощью специально пробуренных для этого скважин (в традиционных газовых месторождениях достаточно пробурить скважину, чтобы обеспечить приток газа просто за счет естественного подземного давления);
• • содержание метана в различных углях неодинаково — в бурых газопроницаемых углях его меньше всего, в низкопроницаемых углях-антрацитах, напротив, много. Перспективными для добычи УМ являются угли, где содержание метана достаточно для промышленной добычи, а проницаемость пластов относительно велика. Такие угли имеются в Кузбассе;
• • большие запасы традиционного природного газа не стимулируют российских газовиков инвестировать средства в эту отрасль.

В России основные выбросы метана происходят при добыче каменного угля в Кузбассе, где при общих запасах метана в угольных пластах около 13,5 трлн м³ ежегодные его выбросы достигают 2 млрд м³.

Руководство Кемеровской области и Газпром начали осуществлять проект добычи угольного метана в Кузбассе. Г азпром создал дочернюю компанию, которая ведет поиск, разведку и добычу метана в угольных пластах, проводит бурение разведочных, опытно-промышленных, эксплуатационных скважин и обустройство промыслов, занимается транспортировкой и реализацией метана на внутреннем рынке.

Это не только расширит ресурсную базу Газпрома, но и даст значительный социально-экономический эффект в виде повышения безопасности труда шахтеров (примерно вдвое), газификации региона и создания новых рабочих мест (для обеспечения внутренних нужд в Кемеровскую область ввозят до 1,5 млрд м³ метана в год, а для теплоснабжения предприятий и жилого сектора эксплуатируют более 2 тыс. котельных на угле).

Вовлечение в хозяйственную деятельность нетрадиционных топливных ресурсов в более крупных масштабах будет способствовать успешному решению нескольких актуальных задач:

• • продление срока жизни нефтяного и газового секторов ТЭК;
• • сдерживание роста цен на углеводороды;
• • уменьшение техногенной нагрузки на биосферу;
• • увеличение числа стран и регионов, имеющих собственное энергетическое сырье.

По технологии добычи и преобразования в электрическую и тепловую энергию практически все виды НТР пока уступают традиционно ному минеральному топливу. Это означает, что правительства стран и руководство энергосырьевых компаний должны оказывать им всестороннюю поддержку, по крайней мере, до тех пор, пока они не станут конкурентоспособными. В странах-экспортерах энергетического сырья логично брать средства на эти цели из сверхдоходов нефтегазовых компаний.

К нетрадиционным топливным ресурсам относятся также горючие бытовые и промышленные отходы (ГБПО). Однако их доля в мировом энергетическом балансе в целом очень мала. Только отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности, а также сельскохозяйственные отходы вносят существенный вклад в общее потребление нетрадиционных возобновляемых энергоресурсов (гл. 10). Утилизация или уничтожение других отходов представляют в основном экологический интерес.

Вопросы и задания

• 1. Назовите страны, владеющие основными запасами традиционных горючих сланцев и битуминозных песков.
• 2. Что сдерживает широкое их использование в энергетике?
• 3. Назовите основные вехи в освоении сланцевого газа и препятствия на этом пути.
• 4. Условия образования и существования газогидратов. Основные опасности крупномасштабной разработки месторождений газогидратов.
• 5. Наиболее перспективные способы утилизации попутного нефтяного газа.
• 6. Наиболее перспективные способы утилизации угольного (шахтного) метана.