2006-02-22

Газ из угольных казематов

То, что сегодня несет шахтерам беду, можно превратить в национальное богатство

Горючий газ, который Украина покупает у России и Туркмении, содержится во всех угольных пластах Донбасса и окружающих породах. Сегодня он — только нежелательный спутник угля, осложняющий разработку «черного золота».

Газ метан, просачиваясь из угля и пород в выработки, создает опасность взрывов, поэтому мощные вентиляторы нагнетают в забой сотни тысяч кубов воздуха, чтобы разбавить его до безопасной концентрации. А потом с воздухом метан выбрасывается в атмосферу. Он бесполезно рассеивается и поднимается вверх, ослабляя озоновый защитный слой Земли, хотя мог бы обогреть людей, отопив сотни домов.

С глубиной содержание метана растет. Ниже 1000 метров, которых достигли шахтные выработки Донецка и Горловки, запасы газа столь велики, что их стоимость приближается к стоимости запасов угля, а еще глубже — превышает ее. Поэтому пласты Донбасса от глубин более 1000 метров нужно считать не угольными, а комплексными угольно-газовыми месторождениями, где газ — исключительно ценное полезное ископаемое. Вот и следует его добывать в первую очередь, ибо разрабатывать уголь без предварительной дегазации очень опасно.

На глубине, кроме угрозы взрывов в забоях, могут еще произойти внезапные выбросы — это когда газ, сжатый в порах пласта под давлением в несколько сот атмосфер, внезапно прорывается и выбрасывает со скоростью пушечного снаряда сотни тонн угля. Они сметают крепи, вагонетки, электровозы, убивают людей. Ниже 700—800 метров, на которых работают сейчас все старые шахты Донбасса, почти все пласты выбросоопасны.

Причем дегазация пластов короткими скважинами, а их бурят из передовых забоев, на таких глубинах цели не достигает: происходят выбросы газа не только в лавы, где добывают уголь, но и в те самые забои, из которых бурят скважины. Поэтому приходится заранее дегазировать каждый участок угольного пласта, подлежащий отработке. В этом случае скважины пробивают с земной поверхности и выкачивают газ из угля и окружающих углистых пород.

Шахта имени Засядько в Донецке и другие, разрабатывающие уголь на глубинах более 1000 метров, так и поступают, используя зарубежную технологию и импортное оборудование. Но делают они это, исходя не из бережного отношения к запасам энергоносителей в недрах и даже не по экономическим расчетам, а вынужденно, из-за опасности. Газ, который откачивают из скважин, хоть и содержит большие примеси воздуха, но остается горючим, поэтому шахты используют его для своих нужд.

Но почему же, спросит читатель, не ведут промышленную добычу газа таким методом? Может, метана просто мало? Нет, не мало. Дело в другом. В угольных пластах и окружающих их породах газ, словно в казематах: он сжат в замкнутых, не сообщающихся между собой порах. А сквозные трещины, имеющиеся во всех горных породах, сжаты огромным давлением (на глубине 1000 метров оно достигает 250 атмосфер, на глубине 1500 м — 375 атмосфер) и пропускают газ к скважинам только с расстояния от одного до семи метров. Поэтому через каждую скважину можно выкачать газа немного. Причем даже достаточно густая сетка скважин дегазирует пласт не полностью.

Бурное выделение метана из пор начинается только с приближением угольного забоя, поскольку над ним образуется свод естественного равновесия, внутри которого горное давление снижается. И газ, находящийся в сжатом состоянии, начинает проходить через раскрывающиеся трещины из зон концентрации давления в зоны разгрузки. Но сдвижение пород над забоем не только раскрывает трещины, но и разрушает скважины. Газ мимо них прорывается в выработки, и если дегазация была малоэффективной, происходит туда и выброс угля.

Итак, для освобождения газа нужна смена горного давления на каждом участке угольного пласта, содержащего метан. И чтобы добыча была рентабельной, нужен метод искусственного снижения и повышения давления на пласт. Можно, например, взрывами специальных зарядов создавать череду небольших подземных полостей, а природа довершит этот процесс, «окружив» их зонами ослабления и разрежения пород.

Да и сам взрыв вызывает в пласте сначала мощное давление сжатия, а затем идет волна разрежения. Теоретически такое воздействие на пласт приведет к большой отдаче метана, но подтвердить эту гипотезу может только эксперимент.

Другой метод эффективного воздействия на метаносодержащий пласт — подземное сжигание угля в пропластке. В Донбассе разрабатывают только те пласты, толщина которых — более полуметра, и не трогают более тонкие, называемые пропластками, расположенные ниже и выше рабочих пластов.

Уместно вспоминать довоенные эксперименты по подземной газификации. Забой поджигали, подавая ограниченное количество воздуха, чтобы происходило неполное сгорание угля и образовывался горючий газ. Его-то использовали как природный. Те опыты доказали техническую возможность такого получения горючего газа, но их прекратили из-за того, что он показался слишком дорогим. Но, во-первых, ныне реалии изменились, а во-вторых, сейчас мы говорим о сжигании не рабочего пласта, а того самого пропластка.

Что это даст? Горное давление будет меняться вслед за продвижением огневого забоя. Это приведет к активному выделению газа из залегающего выше пласта через заранее пробуренные скважины. А уголь потом можно разрабатывать без опасности взрывов и выбросов. То бишь такой метод позволит не только добывать в Донбассе природный газ, но и сделает более безо-пасной и дешевой добычу угля на глубинах от одного до полутора километров.

Кстати, еще больше метана содержится в пластах на глубине в два-три километра и более. Залегающий там уголь в обозримом будущем разрабатывать не будут, а вот природный газ — вполне можно попробовать.

Безусловно, для этого потребуется отработать методы, сходные с описанными. Конечно, нужны средства. Но они быстро окупятся. И хотя цена добычи такого газа будет выше обычного, но все-таки он будет намного дешевле, чем импортный. Плюс газовая независимость Украины.

КСТАТИ

ЧТО ЗА ЧУДО БИОГАЗ?

В Европе биогаз впервые был получен в 1814 году ученым Дейви при исследовании агрохимических свойств навоза крупного рогатого скота.

В 1895 году для уличных фонарей одного из районов в городе Эксетер (Британия) использовали в качестве источника энергии биогаз, полученный в результате брожения сточных вод.

Швеция в 2005 году представила первый в мире пассажирский поезд, работающий на биологическом газе. Он может преодолевать расстояние до 600 километров без дозаправки, развивая скорость до 130 км/ч. Поезд дорогой, он обошелся компании Svensk Biogas в 10 миллионов крон (1,3 млн. долларов).

В Швеции на биогазе уже работают 779 автобусов, а сотни автомобилей — на смеси бензина с биологическим или природным газом.