Прогноз контролируемой эмиссии метана




Скачать 38.02 Kb.
PDF просмотр
НазваниеПрогноз контролируемой эмиссии метана
Дата04.01.2013
Размер38.02 Kb.
ТипДокументы
УДК 622.81
Алексеев А., член-корреспондент НАНУ,
Гринев В., доктор технических наук,
Стариков Г., доктор технических наук,
Калиущенко Е., старший научный сотрудник
(Институт физики горных процессов НАН Украины)
ПРОГНОЗ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ЭМИССИИ МЕТАНА  
УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ЗАКРЫТЫХ ШАХТАХ
ПРОГНОЗ КОНТРОЛЬОВАНОЇ ЕМІСІЇ МЕТАНУ
ВУГІЛЬНИХ РОДОВИЩ НА ЗАКРИТИХ ШАХТАХ
Викладені особливості досліджень кінетики виходу з вугілля і порід метану вугільних родовищ закритих шахт, 
пов’язані  з  його  фазовим  станом.  Наведено  результати  розрахунків  і  натурних  вимірювань  метану  вугільних 
родовищ на деяких закритих шахтах. Висловлено рекомендації з контрольованої емісії метану.

PROGNOSIS OF THE CONTROLLED EMISSION  
OF METHANE COAL DEPOSITS ON THE CLOSED MINES
The features of researches of kinetics of exit from a coal and breeds of methane of coal deposits of the closed 
mines, related to his phase state, are expounded. The results of computations and model measuring of methane of 
coal deposits on some closed mines are resulted. Recommendations on the controlled emission of methane are given.

Ключові  слова:  метан,  фільтрація,  дифузія,  контрольована  емісія,  закриті  шахти,  вироблений  простір, 
геодинамічні зони.
Ключевые слова: метан, фильтрация, диффузия, контролируемая эмиссия, закрытые шахты, выработанное 
пространство, геодинамические зоны.
Keywords: methane, filtration, diffusion, controlled emission, closed mines, produced space, geodynamic zone.
Поднимая  проблему  использования  в  Украине 
Происхождение  шахтного  газа  изучено  пока  еще 
нетрадиционных  видов  газа,  нельзя  не  говорить  о 
не  достаточно.  Трудности  исследований  метана 
метане  угольных  месторождений  закрытых  шахт. 
угольных месторождений на закрытых шахтах заклю-
Значительная  часть  метана,  ресурсы  которого  оце-
чаются  в  том,  что  кинетика  выхода  метана  из  угля  и 
ниваются специалистами объемом порядка 12 трлн м3, 
породы  непосредственным  образом  связана  с  его 
находится в Донецкой области. Ежегодно в процес-
фазовым  состоянием  (свободный,  сорбированный  в 
се добычи угля в атмосферу выбрасывается свыше 2 
порах, метан в «твердом растворе»). Исходя из анали-
млрд м3 метана. Выделение метана продолжается и 
за существующих взглядов на структуру ископаемого 
после  закрытия  шахт.  Причем  внимательное  изуче-
угля, представляется современным и достаточно об-
ние процесса миграции метана из выработок закры-
щим взгляд на угольное вещество как на сложную по-
тых  шахт  показывает,  что  она  может  быть  во  много 
лимерную систему, основные свойства которой обус-
раз больше, чем выбросы метана в атмосферу дейс-
ловлены пространственным расположением атомов и 
твующими шахтами [1].
атомных групп полимерных цепей, то есть так называ-
Только  в  Донецкой  области  в  стадии  закрытия 
емыми конформациями макромолекул угля.
находятся  больше  60  угольных  шахт.  Более  десятка 
При рассмотрении системы «уголь – газ» мы имеем 
шахт, отнесенных к третьей группе, готовят к ликви-
дело,  если  пользоваться  традиционными  понятиями, 
дации.  В  нашей  стране  практически  нет  опыта  ути-
именно с концентрированными полимерными раствора-
лизации  метана  угольных  месторождений  закрытых 
ми. Это связано с тем, что формулировка «полимерный 
шахт,  но,  учитывая  опыт  других  стран,  можно  ожи-
раствор» отражает ситуацию, когда молекулы полимер-
дать,  что  исследования  по  данной  проблеме  могут 
ного вещества были растворены в мономерном раство-
обеспечить  экономическую  эффективность  приме-
рителе. Ситуация, связанная с такой системой, является 
нения  этого  дополнительного  энергоносителя.  В 
обратной в том смысле, что в роли молекул растворителя 
данном  направлении  важным  является  поиск  воз-
выступают полимерные молекулы угольного вещества, а 
можности определения всех путей миграции метана 
в роли растворенного вещества – мономерные молекулы 
на дневную поверхность с учетом горно-геологичес-
газов. Поэтому слабый полимерный газо-угольный твер-
ких  и  горнотехнических  факторов  для  каждой  конк-
дый раствор является концентрированным полимерным 
ретной закрытой шахты. 
раствором в традиционном смысле [2].
10
ГЕОЛОГ УКРАЇНИ № 2, 2011

На  основе  лабораторных  измерений  кинетики 
метана из блоков в систему открытых пор, каналов и 
десорбции  метана  и  определения  его  количества  в 
трещин, – вполне естественно можно считать коэф-
угле после предварительного насыщения газом при 
фициентом твердотельной диффузии метана.
температуре  угольного  пласта  и  разных  равновес-
Результаты  исследований  кинетики  свободной 
ных  давлениях  была  предложена  модель  переме-
энергии в процессе десорбции метана из угля позво-
щения  метана  из  угольного  пласта  и  разрушенного 
ляют сделать выводы [4]:
угля  в  выработанное  пространство  в  условиях  про-
– в нетронутом горном массиве (равновесное со-
текания  двух  физических  процессов  –  фильтрации 
стояние) степень снижения концентрации метана на 
и диффузии. Согласно данной модели, метан в угле 
углегазовых  месторождениях  (газоносности)  опре-
содержится  в  свободном  газообразном  состоянии 
деляется  в  первую  очередь  уровнем  эффективного 
в  фильтрационном  объеме  (в  открытых  трещинах  и 
коэффициента массопереноса метана в угле;
каналах), а также в виде твердого раствора в блоках 
–  преодоление  энергетического  барьера,  кото-
угольного вещества. Вытекание метана из фильтра-
рый отделяет равновесное состояние с высокой кон-
ционного  объема  в  выработку  осуществляется  за 
центрацией метана от неравновесного с низкой кон-
счет фильтрации, описываемой законом Дарси. 
центрацией метана в угле, достигается изменением 
Особенную  роль  играет  метан,  находящийся  в 
температуры и горного давления.
блоках угля и в закрытых порах, которые не сообща-
Основной практический вывод, следующий из из-
ются  с  фильтрационным  объемом.  В  случае  когда 
ложенного:  на  больших  глубинах  применение  обыч-
метан  находится  в  «твердом  растворе»,  основным 
ных технологий снижения метаноносности угольных 
механизмом его выделения является диффузионный. 
пластов,  основанных  на  бурении  и  вакуумировании 
Метан,  который  находится  в  порах,  выходит  через 
пластовых  скважин,  позволит  извлечь  только  метан 
транспортные  каналы,  при  этом  скорость  эвакуации 
из открытой пористости (для Донбасса ~30%). Пос-
газа  определяется  фильтрационными  характеристи-
кольку  массоперенос  метана  из  блоков  угольного 
ками  каменного  угля.  Скорости  выхода  газа  диффу-
вещества  осуществляется  за  счет  твердотельной 
зионным  и  фильтрационным  путем  сильно  различа-
диффузии,  для  извлечения  основной  части  метана 
ются.  Характер  суперпозиций  этих  двух  механизмов 
(~70%) потребуется много времени (годы). 
разный  для  разных  марок  угля  и  зависит  от  степени 
При  нарушении  равновесия  пласта  в  результате 
метаморфизма,  влажности  и  т.д.  В  зависимости  от 
выемки угля и других видов влияния (например, бу-
того какой механизм является определяющим, можно 
рение  скважин)  начинается  массоперенос  метана, 
прогнозировать скорость и время выхода газа из угля 
его  десорбция  и  вытекание  в  область  сниженных 
данной марки. Тем самым реализуется диффузионно-
давлений.  Традиционные  методы  дегазации,  ос-
фильтрационный механизм массопереноса метана в 
нованные  на  бурении  и  вакуумировании  пластовых 
угле [3]. Согласно общей термодинамической теории, 
скважин, будут эффективны при значениях коэффи-
уровень  свободной  энергии  такой  системы  при  про-
циента массопереноса в пределах 10-4–10-5 м2/с. При 
чих  равных  условиях  определяется  концентрацией 
значении  Df <10-6  м2/с  традиционные  методы  дают 
 
метана в угле – соотношением внутренних и внешних 
возможность  обеспечить  снижение  газоносности 
напряжений, которые обусловлены давлением мета-
угольных  пластов  не  более  чем  на  10–15%.  Для  по-
на в поровой системе и горным давлением.
вышения  их  эффективности  необходимо  применять 
Для количественного описания метановыделения 
методы предварительной разгрузки горного масси-
были  составлены  уравнения,  которые  отображают 
ва от горного давления.
фильтрационно-диффузионный  процесс  вытекания 
Опираясь  на  предварительные  результаты  ис-
метана  из  угля.  Установлено,  что  плотность  потока 
следований,  связанных  с  дренированием  метана 
метана  через  обнаженную  поверхность  пласта  про-
из  выработанного  пространства,  ИФГП  НАН  Украи-
порциональна  обратному  корню  времени  переме-
ны предлагает свой метод оценки миграции метана 
щения и зависит от открытой и закрытой пористос-
угольных  месторождений  из  закрытых  шахт  на  зем-
ти  угля;  характерного  размера  мелкого  угольного 
ную поверхность. 
блока;  начальной  плотности  газообразного  метана 
Результаты  исследований  с  целью  совершенс-
в нетронутом пласте; времени с момента обнажения 
твования  методики  прогнозирования  миграции  ме-
поверхности  угля  и,  наконец,  коэффициента  филь-
тана из выработанного пространства закрытых шахт 
трации метана сквозь уголь в системе открытых пор, 
позволили разработать алгоритм расчета количества 
каналов и трещин (Df, м2/с). Речь идет о выходе плот-
газа (метана), мигрирующего к дневной поверхнос-
ности потока метана с поверхности угля, то есть о ко-
ти, и времени его движения. Было установлено, что 
личестве метана, которое выходит с единицы площа-
существующие представления о миграции метана из 
ди угля в единицу времени.
выработанного пространства к дневной поверхности 
Поскольку  каждая  молекула  метана  перемеща-
не учитывают один важный фактор – геодинамичес-
ется от одного положения равновесия к другому, то 
кое строение горного массива [5]. Изучение процес-
величину D – коэффициент диффузии метана, нахо-
са миграции метана из выработанного пространства 
дящегося в блоке угольного вещества в виде твердо-
конкретных закрытых шахт и замеры количества ме-
го  раствора,  который  определяет  скорость  выхода 
тана в почве вероятных зон его эмиссии свидетельс-
МЕТАН ВУГЛЕГАЗОВИХ РОДОВИЩ
11

твуют о том, что процесс истекания шахтного метана 
мических зон. Такой же анализ провели на закрытой 
на дневную поверхность весьма растянут во времени 
шахте «Кочегарка» (Горловка), его результаты сопос-
и  длится  от  4  до  6  лет.  На  50  из  59  закрывающихся 
тавили с данными по расположению устьев и дебиту 
шахт  процесс  эмиссии  метана  на  поверхность  за-
метана дегазационных скважин. Максимальные зна-
вершился, так как они находятся в стадии закрытия 
чения  дебита  метана  были  зафиксированы  в  сква-
от 13 (ш-та «Красный Октябрь») до 6 лет (ш-та «Запе-
жинах,  пробуренных  в  границах  выделенных  линеа-
ревальная № 2»). 
ментов. Через пять лет после закрытия шахты метан 
Процесс,  который  специалисты  называют  миг-
перестал поступать в эти скважины.
рацией  метана  из  выработанного  пространства  за-
Таким  образом,  результаты  исследований  про-
крытых  шахт,  фактически,  по  определениям  нового 
цесса  выделения  метана  из  выработанного  про-
закона о метане, является неконтролируемой эмис-
странства  закрытых  шахт  с  большой  долей  вероят-
сией  газа  (метана)  угольных  месторождений  в  ок-
ности позволяют сделать следующие выводы:
ружающую  природную  среду,  хотя  она  и  связана  с 
1.  Существующие знания о процессах, происхо-
хозяйственной  деятельностью  человека.  В  качестве 
дящих в горном массиве в пределах горного отвода 
примера  можно  привести  донецкую  шахту  «Куйбы-
закрытой шахты, в которых участвует метан угольных 
шевская». В 2005–2007 гг. среднесуточная добыча на 
месторождений, позволяют рассчитать его количес-
этой шахте составляла 230 тонн угля, соответственно 
тво и период фильтрации к дневной поверхности по 
выброс метана в атмосферу с вентиляционной стру-
известным путям миграции.
ей – порядка 6,5 тыс. м3 в сутки. В 2008 г. произошла 
2.  Результаты расчетов и замеры количества мета-
авария  на  шахтном  водоотливе.  Горняки  не  справи-
на в почве вероятных зон его эмиссии свидетельству-
лись с ситуацией, и шахта была затоплена, ее факти-
ют о том, что процесс фактически не контролируемой 
чески перевели в III группу. 
эмиссии  шахтного  метана  на  дневную  поверхность 
Проведенные расчеты количества и времени вы-
весьма растянут во времени и длится от 4 до 6 лет. 
деления  метана  в  пределах  геодинамических  зон 
3.  Из общего количества закрывающихся донец-
и натурные замеры метана в почве показывают, что 
ких  шахт  на  50  процесс  эмиссии  метана  на  поверх-
при остановке эксплуатации шахты «Куйбышевская» 
ность  завершился,  так  как  они  находятся  в  стадии 
в атмосферу фильтруется порядка 25 тыс. м3 метана 
закрытия от 13 (№ 1, шахта «Красный Октябрь») до 6 
в сутки. И так продолжается в течение трех лет. 
лет (№ 50, шахта «Заперевальная № 2»).
Показательны  результаты  мониторинга  эмиссии 
4.  С точки зрения контролируемой эмиссии (де-
метана  в  пределах  горного  отвода  закрытой  шахты 
газации)  метана  объектом  особого  внимания  долж-
«Заперевальная  №  2»  (Донецк),  где  был  выполнен 
ны  стать  участки  горного  отвода  конкретной  закры-
линеаментный анализ дневной поверхности, а также 
той  шахты,  на  которых  отсутствуют  линеаментные 
проведены натурные исследования содержания газа 
зоны [6],а также общеизвестные пути дренирования 
(метана)  в  грунте  в  пределах  выделенных  геодина-
газа на земную поверхность [7].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.  Гринев  В.Г.,  Сергиенко  А.И.,  Подрухин  А.А.  Исследова-
5.  Гринев  В.Г.,  Сергиенко  А.И.,  Подрухин  А.А.  Исследова-
ние  влияния  геодинамических  зон  на  миграцию  метана  на  земную 
ние  процесса  миграции  метана  из  выработанного  пространства 
поверхность  //  Форум  гірників-2010:  Матеріали  Міжн.  наук.-прак. 
закрытых шахт // Физико-технические проблемы горного производ-
конф. (21–23 жовтня). – Дніпропетровськ, 2010. – с. 237–239.
ства. – Донецк: ИФГП НАНУ, 2009. – №12. – С. 126–135. 
2.  Алексеев А.Д., Зайденварг В.Е., Синолицкий В.В., Улья-
6.  Гринев  В.Г.,  Сергиенко  А.И.,  Подрухин  А.А.  Оценка 
нова Е.В. Радиофизика в угольной промышленности. – М.: Недра, 
эмиссии метана закрытых шахт на дневную поверхность // Підземні 
1992. – 184 с.
катастрофи:  моделі,  прогноз,  запобігання:  Матеріали  Міжн.  конф. 
3.  Алексеев А.Д. Физика угля и горных процессов. – К.: Науко-
(30 вересня–3 жовтня). – Дніпропетровськ, 2009. – с.124–128.
ва думка, 2010. – 422 с.
7.  Защита зданий от проникновения метана. – Макеевка–Дон-
4.  Алексеев А.Д., Стариков Г.П., Чистоклетов В.Н. Прогно-
басс: МакНИИ, 2001. – 61 с.
зирование неустойчивости системы уголь – газ. – Донецк: Ноулидж, 
2010. – 343 с.
12
ГЕОЛОГ УКРАЇНИ № 2, 2011


Похожие:

Прогноз контролируемой эмиссии метана iconТесты для контролируемой самостоятельной работы студентов по оперативной хирургии
Тесты для контролируемой самостоятельной работы: Учеб метод пособие / Жук И. Г., Юрченко В. П., Ложко П. М. – Гродно: Гргму, 2006....
Прогноз контролируемой эмиссии метана icon1 рубль “Регистрирующий орган не отвечает за достоверность информации, содержащейся в данном проспекте эмиссии ценных бумаг, и фактом его регистрации не выражает своего отношения к размещаемым ценным бумагам”
Информация, содержащаяся в настоящем проспекте эмиссии, подлежит раскрытию в соответствии с законодательством Российской Федерации...
Прогноз контролируемой эмиссии метана iconПроспект эмиссии ценных бумаг открытого акционерного общества “Инвест” Вид размещаемых ценных бумаг: обыкновенные именные акции. Форма размещаемых ценных бумаг: бездокументарная. Количество: 150 000 (Сто пятьдесят тысяч) штук
Регистрирующий орган не отвечает за достоверность информации, содержащейся в данном проспекте эмиссии и фактом его регистрации не...
Прогноз контролируемой эмиссии метана iconИнститут народнохозяйственного прогнозирования анализ и прогноз производства товарных групп
В настоящем материале представлен анализ и прогноз натуральных показателей производства во взаимодействии с ключевыми макропоказателями...
Прогноз контролируемой эмиссии метана iconИнститут народнохозяйственного прогнозирования анализ и прогноз производства товарных групп
В настоящем материале представлен анализ и прогноз натуральных показателей производства во взаимодействии с ключевыми макропоказателями...
Прогноз контролируемой эмиссии метана iconИнститут народнохозяйственного прогнозирования анализ и прогноз производства товарных групп
В настоящем материале представлен анализ и прогноз натуральных показателей производства бензина, дизельного топлива и топочного мазута...
Прогноз контролируемой эмиссии метана iconПровинции гуандун кнр новые источники энергии
Технологии изделий, использующих солнечную энергию; производство метана из органических отходов
Прогноз контролируемой эмиссии метана iconПаспорт программы 2 Введение 4 Информационная справка о школе 5 Анализ состояния и прогноз тенденций изменения внешней среды школы 15
Анализ состояния и прогноз тенденций изменения социального заказа на образование 17
Прогноз контролируемой эмиссии метана iconУказатель за 2010 год памятные даты
Использование природного цеолита – клиноптилолита для создания катализаторов углекислотной конверсии метана в синтез-газ
Прогноз контролируемой эмиссии метана icon2. Решение 1 Расчет объема метана
Найдем nH2 = m/M; nH2 =10/2=5моль; сколько же молекул, содержится в кислороде массe, которого: m(о2)-Мr ·n, Mr (02)=16·2=32 m (02)...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница