Недостаток энергетических ресурсов в Украине способствует повышению интереса к использованию нетрадиционных источников получения топливно-энергетического сырья. Одним из них, к тому же достаточно перспективным, является метан угольных месторождений

Ресурсы метана в украинской части Донбасса оцениваются в 6-13 трлн. м3. Для сравнения: объемы поточных разведанных запасов традиционного природного газа по всей территории Украины, по данным атласа «Геология и полезные ископаемые Украины», составляют 1,3 трлн. м3. Согласно оценкам экспертов компании Energy and Communications Solutions LLC, из недр Донецкого бассейна при условии инвестирования приблизительно в $180 млн. ежегодно можно добывать более 12 млрд. м3 газа, тогда как общая добыча природного газа в нашей стране составляет 20 млрд. м3 в год. То есть при научно обоснованной и рациональной добыче метана Украина могла бы обеспечивать себя альтернативным видом энергетического сырья достаточно длительное время. По крайней мере, перевести на этот газ население Донецкого и прилегающих регионов удалось бы точно.

К тому же метан — усложняющий работу шахт фактор. Так, из 190 действующих шахт 90% опасны по показателям выделения метана. Кроме того, с повышением нагрузки на очистной забой и увеличением скорости продвижения в выработке резко возрастает метановыделение из разрабатываемых и сближенных с ними пластов, т.к. расход воздуха, подаваемого для проветривания лавы, ограничен его скоростью в рабочем пространстве. По мере освоения резервных угольных участков и более глубоких горизонтов происходит дальнейшее закономерное ухудшение горно-геологических условий эксплуатации месторождений, при этом одно из первых мест занимает газоносность угольных пластов и вмещающих пород. При отработке угольных пластов в таких условиях все чаще отмечаются активные газодинамические явления — суфляры, а также выбросы угля, породы и газа. И несмотря на значительное сокращение за последнее десятилетие объемов добычи угля и численности работающих, уровень аварийности и смертельного травматизма не уменьшился.

Поэтому представляется целесообразным и необходимым как можно скорее перейти к комплексному использованию месторождений, добывая уголь и газ, а также уточнить возможности, заложенные в принятых государственных программах «Метан», «Украинский уголь», «Повышение безопасности труда на угольных шахтах», а также в нескольких постановлениях Кабинета Министров Украины по развитию промышленной добычи метана угольных месторождений Донбасса.

История добычи

Первые попытки добывать метан параллельно с углем из донецких недр были сделаны в конце ХХ века. Сначала промышленная установка по утилизации метана была сооружена на шахте им. Засядько. Предприятие вынуждено было прибегнуть к новому начинанию под давлением обстоятельств, т.к. над забоями шахты в подвалах расположенных на поверхности жилых домов и траншеях коммунальных коммуникаций стал скапливаться метан.

Первый сугубо коммерческий проект извлечения метана из угольных пластов предложила в 2001г. американская компания Energy and Communications Solutions LLC. За американцами свои услуги предложила корпорация Sumitomo Corporation (Япония), рекомендовавшая использовать шахтный метан на ТЭС региона для производства электричества на экспорт. Однако в силу как объективных, так и субъективных причин конкретные соглашения с перечисленными потенциальными инвесторами заключены так и не были.

В конце мая 2004г. в г. Дзержинске (Донецкая обл.) началась реализация первого крупного отечественного инвестиционного проекта «Добыча газа метана путем дегазации поля шахты «Торецкая» государственного холдинга «Дзержинскуголь». Инвестор — ЗАО «Компания «Юговостокгаз» — планирует вложить в него свыше $1 млн., которые должны окупиться в течение 10-ти лет. Суть проекта состоит в бурении т.н. сети из нескольких десятков дегазационных скважин на глубину приблизительно 1 км. Далее при помощи мобильных компрессорных станций из угольных пластов будет постепенно отбираться метан, содержащийся в микротрещинах массива каменного угля под большим давлением. Добытый таким образом газ будут сжижать и поставлять на предприятия города. Проектом также предусматривается возможность сооружения АЗС для заправки автотранспорта дешевым горючим и отвод газопровода для обеспечения отопления близлежащих жилых домов. После завершения процесса бурения и проведения дегазационных работ часть шахтного поля шахты «Торецкая» станет пригодной для добычи дорогих марок коксующегося угля. Таким образом проект будет окупаем и откроет новый фронт работ в угольной отрасли.

Коммерческая привлекательность

На сегодняшний день главной преградой на пути реализации коммерческих проектов по добыче шахтного метана является его себестоимость, которая пока существенно превышает цену традиционного природного газа. Реальным путем к ее уменьшению может быть организация добычи, прежде всего — на перспективных угольных полях, чтобы заинтересованные в дегазации шахты доплачивали эту разницу. Да и основные затраты по извлечению метана уже сделаны — за годы угледобычи прорублены многокилометровые выработки. По этой схеме уже начато внедрение нескольких мелких проектов.

Длительное время финансирование угольными шахтами работ по дегазации было невозможным в связи со сложным экономическим состоянием отечественной угольной промышленности, которая традиционно остается дотационной, т.е. зависящей от государственных субвенций. Однако в прошлом году ситуация заметно изменилась. В частности, на данный момент недалеко от г. Красноармейска работает экспериментальный полигон по испытанию образцов техники, предназначенной для метановой дегазации шахт.

Направления работ

Можно выделить 3 перспективных направления т.н. метановых работ в рамках рационального комплексного использования углегазовых месторождений:

• проведение предварительной дегазации шахтных полей и угольных участков первоочередного освоения;

• поиски свободных углеводородных газов;

• дегазация закрытых шахт.

Предварительная дегазация шахтных полей и угольных участков

Предварительную дегазацию за счет бурения с поверхности скважин с применением по мере необходимости методов активизации газопритоков геологи считают наиболее эффективным методом искусственной дегазации породного массива. Изъятый таким образом газ может активно и эффективно использоваться в местном газоснабжении, что будет способствовать снижению зависимости хотя бы одного из регионов Украины от зарубежного энергетического сырья.

В настоящее время в атмосферу выбрасывается около 95% метана, выделившегося в выработки шахт при отработке газоносных угольных пластов. Дегазацию используют только около 45 шахт, а большинство из них (89%) выбрасывает метан в атмосферу вентиляционными системами.

Следует отметить 3 источника извлечения метана:

• из дегазационных скважин (концентрация — 94-97%, дебит — до 30 м3/мин, давление — до 10 МПа);

• в процессе дегазации метановоздушной смеси, содержащей около 15-60% объема метана, его расход — 20-70 м3/мин;

• из вентиляционного шахтного воздуха (включение метана в нем — всего 0,3-1%, но происходит большой расход воздуха — около 10 тыс. м3/мин (т.е. 17 т в сутки) на один вентиляционный ствол).

Наиболее перспективной с сырьевой точки зрения и важной с точки зрения развития угольной промышленности геологи считают отработку технологии предварительной дегазации площади первоочередного освоения на шахте им. Засядько.

В первую очередь работы по дегазации будут проходить на участке Кальмиусский рудник, разведку которого проводит ГРГП «Донецкгеология». В процессе разведки различными методами изучается газоносность угля и углевмещающих пород, ведется пространственное прогнозирование залежей, оконтуривание и количественная оценка возможных скоплений газов на перспективных площадях участка. В дальнейшем планируется добыча и утилизация метана до начала горных работ. Некоторые пробуренные ранее разведочные скважины будут переоборудованы в дегазационные. Все эти работы намечены на 2005г. На данный момент завершено бурение 3-х разведочных скважин, в целом пробурено свыше 560 м.

Одним из наиболее перспективных угледобывающих районов юго-западного Донбасса является интенсивно развивающийся Красноармейский геолого-промышленный район. Кроме того, он еще и главный источник добычи стратегического вида сырья — коксующегося угля. Поэтому работы по предварительной дегазации угольных толщ необходимо проводить на перспективных площадях этого района. Об одном из проектов по бурению дегазационных скважин и изъятию метана на территории Красноармейского геолого-промышленного района, а именно на поле шахты «Торецкая», уже было рассказано выше. Еще одним из участков, где подобные работы наиболее необходимы, является участок Гапеевский-Восточный (резервный блок шахты «Краснолиманская»). Его доразведка, в процессе которой будет оценена газоносность угольной толщи, включена в пообъектный план ГРГП «Донецкгеология» и запланирована на ближайшие несколько лет.

В 2004г. ГП «Центр альтернативных видов топлива» начало опытно-промышленные исследования по выбору рационального комплекса методов добычи метана из угольных месторождений, и уже пробурено около 200 м скважин. Однако это только начало, и, по словам исполнителей работ, было бы соответствующее финансирование, а результат ждать себя не заставит.

В целом на работы по поиску залежей метана, их количественной оценке и изъятию в 2005г. выделено 3 млн. грн., что на 1 млн. грн. больше, чем в прошлом году. Но по мнению рядовых геологоразведчиков, этих средств для работ комплексного характера недостаточно.

Поиск свободных углеводородных газов

Это направление тесно связано с предыдущим, но менее зависит от процесса угледобычи, хотя общая взаимосвязь добычи угля и метана неразрывна. По нему проводится ряд работ, наиболее перспективными из которых являются поиски свободных залежей газа в юго-западном Донбассе. По результатам геологоразведочных работ, осуществленных региональным ГП «Донецкгеология», были установлены залежи метана в рамках геологической структуры Павловский купол и подсчитаны его запасы по категориям С1 и С2 в количестве 98,7 млн. м3, которые расположены в зоне влияния горных выработок угольных пластов шахты «Южно-Донбасская №3» и участка шахты «Южно-Донбасская №4» и могут быть опасными при проведении горных работ. Поэтому дегазация данной территории особо актуальна и должна опережать работы по угледобыче на смежных территориях.

Также ведутся работы по поиску газа в угленосной толще Гришино-Андреевской лицензионной площади Красноармейского углепромышленного района. Эти геологические образования аналогичны структурам Южного Донбасса, на которых еще в 1989-1996 гг. были разведаны и переданы в промышленное освоение газовые залежи (например, Лаврентьевский купол).

Дегазация закрытых шахт

Известно, что после отработки выемочного поля газовыделение из разгруженных от горного давления угольных пластов и пород, постепенно снижаясь, продолжается в течение длительного времени, иногда десятилетиями. То есть выделение метана не прекращается и после окончания работы шахты. Накапливающийся в закрытых шахтах метан в определенных горно-геологических условиях по трещинам в породах и по погашенным выработкам проникает в действующие шахты и на поверхность, накапливаясь в зданиях и сооружениях и создавая взрывоопасную ситуацию, что неоднократно происходило как в нашей стране, так и за рубежом. Дегазация закрытых шахт и отработанных горизонтов не только предотвращает эту опасность, но и позволяет добывать газ, по количеству и качеству пригодный к использованию.

За более чем 200-летний период функционирования основного угольного региона нашей страны было закрыто сотни шахт, выработанные пространства которых заполнены газом с высоким содержанием метана. По данным геологов, из прекративших добычу шахт объемы выхода метана могут составлять до 90,4 т в сутки (23 тыс. т в год) на 1 км выработок.

Например, согласно наблюдениям, в г. Первомайске (Луганская обл.) из выработанных пространств закрытой шахты «Центральная-Первомайская», отработавшей пласт на глубине от 25 м до 300 м, метан выделялся на поверхность после ее ликвидации около 20-ти лет. На подработанной территории за это время произошло 5 взрывов и вспышек метана в жилых и производственных помещениях. По пробуренным для утилизации метана с целью защиты жилых домов скважинам выделилось более 60 млн. м3 газа. Наблюдения были прекращены, но отсасывание проводилось еще некоторое время. Дебит газовой смеси составил 17-20 м3/мин при содержании 24-25% метана и до 5% углекислого газа. Объем метана, выделившегося из ликвидированной шахты, превысил его запасы в сближенных пластах. Следовательно, газ притекал в выработанное пространство из неподработанных пород, что, по словам специалистов, обусловлено их осушением.

Особенность описанных условий заключается в том, что многие из закрытых шахт приурочены к крупным антиклинальным и купольным складкам, где высокая трещиноватость пород обуславливает их большую проницаемость и приток метана в выработанное пространство со значительной площади, а также в наличии больших объемов трещиноватых осушенных пород, примыкающих к выработанному пространству.

Целесообразность утилизации метана из каждой конкретной закрытой шахты зависит от его дебита.

Извлекаемый из закрытых шахт метан по количеству и качеству пригоден для использования при следующих условиях:

• расположение выработанных пространств на антиклиналях и куполах с высокой трещиноватостью пород;

• высокая газообильность шахт в последний год их эксплуатации (более 20 м3/мин);

• короткие сроки ликвидации стволов.

Если 2 предыдущих направления работ по изъятию метана угольных месторождений большинство ученых и производственников считают перспективными, то по поводу 3-го существует очень много споров, т.к. тут требуются более длительные наблюдения, более продолжителен и период окупаемости инвестиций. В случае добычи метана из закрытых шахт необходимы большие инвестиции, поскольку на работающих шахтах существует практически вся необходимая инфраструктура и оборудование, а на закрытых нужно все начинать практически с чистого листа. В целом шахты, которые могут быть потенциальными источниками пригодного для использования газа, составляют не более 15% от планируемого к ликвидации в ближайшие годы их общего количества. Дополнительным препятствием для употребления извлекаемого из закрытых шахт метана является и высокое содержание углекислого газа, что требует в каждом отдельном случае экономического обоснования. Поэтому работы по утилизации метана из закрытых шахт находятся пока только на бумаге.

Но все же и это направление, при условии разработки соответствующих методов добычи, имеет право на жизнь.

Проблемы

Дегазационные системы шахт несовершенны. Содержание метана в смеси, добываемой работающими на шахтах дегазационными системами, в 80% случаев составляет всего 10-25%. В связи с изношенностью оборудования средняя эффективность дегазации за несколько последних лет снизилась с 17% до 13%, а полученные дегазационными системами объемы метана уменьшились с 590 млн. м3 до 230 млн. м3. Практически дегазационные системы не обеспечивают необходимой технической производительности, они требуют реконструкции и обновления.

Устарело и существующее на угольных и геологоразведочных предприятиях оборудование для бурения скважин. В связи с недофинансированием объемы бурения в подземных выработках уменьшились в 8 раз, а с поверхности — в 20 раз.

Остаются актуальными оперативная разработка и внедрение технологий дегазации угольных и породных массивов для использования метана на основе совершенствования известных и разработки нетрадиционных средств и способов его извлечения.

КОММЕНТАРИЙ

Николай Жикаляк,
директор ГРГП «Донецкгеология»

Следует отметить, что опыт дегазации угольных пластов в других странах (например, в США) показывает, что часто эти работы возможны только при условии налоговых льгот со стороны государства. Такое льготное налогообложение имеет 3 цели: улучшение экологического состояния в регионе (снижение выбросов в атмосферу парниковых газов), подготовку площадей для дальнейшей подземной выработки и снижение опасности угледобычи по газовому фактору. В условиях Украины к позитивным сторонам проведения комплексной разработки метаноугольных месторождений следует отнести следующее: частичное улучшение состояния обеспечения энергоносителями за счет дополнительных объемов газа, возможность создания новых рабочих мест на будущем газовом промысле, что очень и очень актуально в свете проведения реструктуризации отрасли и увольнения с работы многих тысяч горняков.

Результаты технико-экономических обоснований возможностей дегазации шахт, над которыми мы сейчас активно работаем, дадут материал, необходимый для создания законодательной базы, которая обеспечит функционирование данного направления горнодобывающей промышленности.