Михайлов В.А., Курило М.В. та ін. Горючі корисні копалини України

Подождите немного. Документ загружается.

Розділ 4. Розділ 4. Метан і супутні гази вугленосних товщ

292

Всього 214,2 118,4

44,1

Як бачимо з таблиць, сумарні ресурси ВВ-газів у вугільних пластах і

прошарках Донбасу становлять 645,3 млрд м

, у тому числі на ділянках

розвідки – 352,6 млрд м

, на шахтних полях – 292,7 млрд м

. Ці ресурси

близькі до геологічних запасів природного газу найбільшого в Україні

Шебелинського газового родовища, що відноситься до категорії уніка-

льних, проте, їх видобуток є досить складною проблемою.

Таким чином, можна зробити наступні висновки:

• Донбас є унікальним газовугільним регіоном з ресурсами вугле-

водневих газів 645,3 млрд м

, у тому числі на ділянках розвідки –

352,6 млрд. м

, шахтних полях – 292,7 млрд м

;

• промислові або потенційно можливі, запаси ВВ-газів становлять

268 млрд м

або 40 від усіх ресурсів%.

Таблиця 4.5

Ресурси ВВ-газів у вугільних пластах і прошарках

на ділянках розвідки в Донбасі

Ресурси і запаси, млрд м

в супутниках

Геолого-промисловий район

у вугіллі

усіх потужністю 0,3 м

1.Павлоградсько-Петропавлівський 4,4 5,8 2,3

2. Червоноармійський 20,6 9,6 3,9

3. Донецько-Макіївський 42,9 14,8 4,6

4. Центральний 17,3 4,7 2,0

5. Чистяково-Сніжнянський 17,2 11,5 4,6

1. Лисичанський 2,1 13,4 5,0

2. Алмазно-Мар’їнский

15,8 15,7 6,0

3. Луганський 2,0 2,0 0,7

4. Краснодонський 10,1 18,7 7,0

5. Селезнівський

і Боково-Хрустальний

23,0 41,1 19,5

Всього по шахтах Донбасу 155,4 157,3

51,6

Разом по ділянках розвідки

і шахтних полях Донбасу

389,6 255,7

95,7

Розрахунки ресурсів метану проведені виходячи з наступних осно-

вних положень:

• метаноносність вугільних пластів змінюється відповідно до глибини їх

залягання і ступеня метаморфізму;

• об'єктом підрахунку є вугільні пласти;

Розділ 4. Метан і супутні гази вугленосних товщ

293

• маса органіки, що сконцентрована в пропластах і породах вугленосної

товщі, в 1,5–2 рази перевищує масу органіки вугільних пластів, харак-

теризується тими ж значеннями метаноносності, що й вугільні пласти

на відповідній глибині й ступені метаморфізму;

• кількість вільного й водорозчинного метану вугленосної товщі співста-

вима з масою метану в органічній речовині вугільних

прошарків і роз-

сіяній органіці.

Розділ 4. Розділ 4. Метан і супутні гази вугленосних товщ

294

Проблеми утилізації метану вугільних товщ України

Метан вугільних родовищ можна використовувати як енергетичну

сировину. За різними оцінками в процесі вуглефікації від бурого ву-

гілля до антрациту утворюється від 280 до 350 м

метану на 1 т кін-

цевої вугільної маси. Відповідно і сумарні кількості метану

пов’язаного з вугіллям вельми значні. Так вугіллям родовищ Східноєв-

ропейської платформи утворено 6720 х 10

метану, з яких зараз

збереглось не менше 670 трлн м

, що значно переважає потенційні

ресурси вільного газу в покладах всієї території колишнього СРСР.

Одним з перспективних напрямків утилізації метану є виробницт-

во електроенергії з використанням газогенераторів і газових турбін

потужністю від десятків кіловат до декількох мегават. Це дозволить

використовувати метан для покриття власних потреб вугільних шахт

в електроенергії, постачати її

надлишки іншим споживачам. Можли-

вим є також використання метану як газомоторного палива у зрідже-

ному стані на базі існуючих систем станцій газової заправки і газоба-

лонного обладнання. З огляду на високу вартість дизельного палива,

шахтний метан може також використовуватися як паливо для кар'є-

рних маневрових тепловозів з переобладнанням їх у

газотепловози на

базі двох паливних газодизелів. Як показує світовий досвід, економі-

чно найефективніше використовувати шахтний метан як паливо на

теплоелектростанціях разом з вугіллям. У Кузбасі, наприклад, є п’ять

великих теплових електростанцій і 200 котелень, де може бути засто-

сований метод комплексного спалювання вугілля і метану. Переве-

дення котелень і ТЕС

на цей перспективний метод вимагає створення

умов для підготовки метано-повітряної суміші і системи контролю і

керування. Безумовно позитивним наслідком стане при цьому змен-

шення забруднення атмосфери. Шахтний метан усе більш використо-

вується в карбюраторних і дизельних двигунах внутрішнього згорян-

ня на шахтах і заводах Великої Британії, Німеччини, Чехії, інших кра

їн.

Таким чином, необхідність, можливість і економічна доцільність ве-

ликомасштабного видобутку метану з вугільних пластів підтверджу-

ється досвідом ряду країн. На думку американських експертів цей

напрямок буде неухильно розвиватися і до 2020 р. світовий видобу-

ток метану з вугільних пластів досягне 78 млрд м

за рік.

Самостійною корисною копалиною можуть бути малі скупчення і

мікропоклади, які можуть розроблятися самостійно, без відпрацю-

вання вугільних ділянок. Вони можуть використовуються для задово-

лення власних енергетичних потреб шахт і для місцевого газопоста-

Розділ 4. Метан і супутні гази вугленосних товщ

295

чання. Розрахунки показують, що вартість газу вугільних розрізів до-

рівнює вартості газу нафтогазоносних районів ДДЗ.

Видобуток метану може здійснюватись з пасток і з техногенних по-

кладів. Вугільні родовища є глобальними газовими пастками. Підви-

щення газопроникності і газовіддачі вугільних пластів гідророзчлену-

ванням і пневмодією буде сприяти завчасному вилученню газу з товщ

через

свердловини з поверхні, надаючи видобутку економічну ефек-

тивність. Оцінка ресурсів ВВ-газів (645 млрд м

) з урахуванням двох

способів видобутку: шахтного (на базі дегазаційних систем шахт) і

безшахтного (автономний видобуток газу через поверхневі свердло-

вини, які буряться на віддалі від шахтних полів) при геологічних ре-

сурсах ВВ газів показує, що з вугільної товщі Донбасу можна вилучи-

ти безшахтним способом 84 млрд м

, а шахтним – 77 млрд м

Практичні спроби отримання метану вже здійснюються в Донець-

кій та Луганській областях, де на 3 полігонах впроваджується техно-

логія дегазації вуглепородного масиву з використанням ефекту част-

кового розвантаження при його дегазації спрямованими свердлови-

нами. Планується буріння 4–5 кущів свердловин з використанням гі-

дророзриву в якості методу активізації газовіддачі пластів.

Вельми перспективною є

також технологія попередньої дегазації

шахтних полів до їх будівництва. Внаслідок самовитоку метана і від-

качування вакуум-насосами попереднє гідророзчленування підвищує

середній дебіт свердловин в 1,9 раз, середню тривалість їх роботи – в

1,5 раз і об’єм метану, що вилучається – в 2,9 раз. Свердловинами з

поверхні вилучається до 30 % газу, який міститься в цьому об’

ємі,

приблизно стільки ж каптується підземними свердловинами.

За розробками Донецького інституту гірничотехнічної механіки та

маркшейдерії НАН України (УкрНДМІ) на шахті імені Засядька ство-

рена одна із діючих станцій, на яких використовується газ, що вика-

чується з шахти. Київський інститут ВНІПІТРАНСГАЗ як генеральний

проектувальник підприємства з видобутку метану бере участь у спі

льному проекті з Казахстаном щодо використання метану. В якості

модельних використовуються технології компанії Enron (США), яка у

вугільному басейні Сан-Хуан впровадила технологію кавітаційного

методу створення каверн у вугільних пластах через свердловини.

Аналіз наявних методів спалювання низькоконцентрованих мета-

нових сумішей та утилiзацiї отриманої енергії [10] свідчить про перс-

пективність використання

технологій, що ґрунтуються на каталітич-

ному спалюванні екологічно шкідливих сумішей у штучно створюва-

них нестаціонарних умовах. Технiко-економiчний аналіз впроваджен-

ня установок для знешкодження газів показує, що проблема полягає в

Розділ 4. Розділ 4. Метан і супутні гази вугленосних товщ

296

раціональному використанні отриманої при цьому енергії вiдповiдно

до інфраструктури регіону.

Енергетичною стратегією України до 2030 р. передбачено, що голо-

вними напрямками збільшення використання позабалансових джерел

енергії є видобуток та утилізація шахтного метану, споживання якого

для виробництва тепла та електроенергії забезпечить заміщення бли-

зько 1 млн т умовного палива в 2010 р., 5,8 млн

т – в 2030 р., що

складатиме 10 % від загальних об’ємів використання природного газу

у 2030 р. (56,9 млн т умовного палива) і водночас поліпшить екологіч-

ний стан і стан безпеки у вуглевидобуванні.

Отже, ресурси метану вугленосних товщ Донбасу складаються:

• з метану, який утримується органічною масою вугільних пластів, розсі-

яною органікою в породах, головним чином, у сорбованому стані;

• етану у вільному стані у вугільних пластах, породах вугленосної товщі,

особливо в пісковиках катагенетично змінених у присутності метану в

різного роду пастках;

• водорозчиненого метану, як у вугіллі, так і в

породах. На жаль, сього-

дні немає однозначного підходу до визначення його кількості як в ор-

ганічній масі, так і в породах.

Розподіл метану в гірських породах не має таких чітких закономір-

ностей, як його розподіл у вугільних пластах. Умови формування га-

зового складу порід, що вміщують вугілля, відрізняються від умов

утворення газової зональності у вугільних пластах. Щодо цього особ-

ливо важливу роль відіграють колекторські властивості гірських по-

рід. У районах розвитку вугілля

низькометаморфізованого потужні

пачки пісковиків, які мають високу пористість і газопроникність,

значно насичені водою, зона активного газо- і водообміну розміщена

глибше, ніж у вугільних пластах; гази перебувають у вільному стані й

розчинені у воді. На таких площах значні кількості вуглеводневих га-

зів можуть накопичуватись тільки в сприятливих умовах різного типу

пасток.

Гірничими виробками на глибині 100 м часто розкривалися

окремі пастки, газ із яких у вигляді суфлярів виділявся з великим де-

бітом протягом тривалого часу.

Пастками в Донбасі є переважно флексуроподібні перегини, купо-

льні чи тектонічно екрановані зони, які часто примикають до насувів.

Колектором є поровий або тріщинно-поровий простір пісковиків, ву-

гільних

пластів, вапняків. Зі збільшенням глибини залягання колекто-

рів і тиску газу зростає частота й інтенсивність прояву суфлярів. З

підвищенням ступеня метаморфізму вугілля колекторські властивості

пісковиків, особливо їх газо- і водопроникність, погіршуються. Цим,

очевидно, пояснюється наявність метану під гідростатичним тиском у

пісковиках, у яких при проходці виробок трапляються викиди порід і

Розділ 4. Метан і супутні гази вугленосних товщ

297

газу. Такі явища спостерігаються в зонах розвитку вугілля середнього

ступеня метаморфізму.

Запитання та завдання для самоперевірки

1. Назвіть форми локалізації метану у вугленосних товщах?

2. Якгенезис метану вугленосних товщ?

3. Де і як видобувається у світі метан вугленосних товщ?

4. Скільки метану міститься у вугленосних товщах України?

5. Який об’єм метану сконцентрований у вугільних товщах Донбасу?

6. Як сапе можна використовувати метан вугільних родовищ?

Які існують проблеми утилізації метану вугільних товщ України?

8. Які програми видобутку метану розроблені в Україні?

Література

1. Алексеев А.Ф., Войтов Г.И., Лебедев В.С., Несмелова З.Н.. Метан.

– М.: Недра, 1978.

2. Анциферов А.В. и др. Газоносность угольных месторождений

Донбасса. – К., 2004.

3. Брижанев А.М., Галазов Р.А. Перспективы эксплуатации Донбас-

са как крупнейшего газоугольного месторождения Украины //

Экотехнологии и ресурсосбережение, 1993. – № 6. – С. 15–21.

4. Булат

А.Ф. О фундаментальных проблемах разработки угольных

месторождений Украины // Уголь Украины, 1997. – № 1. – С. 14.

5. Гладун В.В. Нафтогазоперспективні об’єкти України. Дніпрово-

Донецький авлакоген. – К.: Наук. думка, 2001.

6. Дмитриев А.М. и др. Проблемы газоносности угольных месторо-

ждений. – М.: Недра, 1982.

7. Забигайло В.Ю., Караваев В.Я., Иванцив О.Е. Особенности

рас-

пространения и ресурсы метана угленосных отложений Львовс-

ко-Волынского бассейна // Экотехнологии и ресурсосбережение,

1994. – № 1. – С. 69–74.

8. Карп I.М., Бабiєв Г.М. Ресурсна база паливно-енергетичного

комплексу // Енергетична безпека України: чинники впливу,

тенденції розвитку. – К.: УЕЗ, 1998. – С.17–22.

9. Касимов О.И., Буханцев А.И., Касьянов В.В., Брюханов А

.М. До-

быча метана при дегазации шахт скважинами, пробуренными с

поверхности //Экотехнологии и ресурсосбережение, 1994. – № 1.

– С. 61–65.

Розділ 4. Розділ 4. Метан і супутні гази вугленосних товщ

298

10. Кононенко М.О., Колесник В.В., Орлик В.М. Знешкодження та

утилiзацiя викидiв шахт // Уголь Украины, 1997. – № 12. – С.

25–26.

11. Лукін А.Е. Литого-динамические факторы нефтегазонакопления

в авлакогенных басейнах. – К.: Наук. думка, 1997.

12. Малышев Ю.Н., Айруни А.Т. Комплексная дегазация угольных

шахт. – М.: Академия горных

наук, 1999.

13. Пудак В.В. Комплексное использование энергетических ресурсов

недр//Уголь Украины, 1995. – № 8. – С. 3–5.

14. Храпкин С.Г., Голубев А.А., Нашкерский Л.А., Овчаренко В.А.,

Задара Г.З., Лукманов М.М. Ресурсы углеводородных газов Дон-

басса и их промышленное освоение // Экотехнологии и ресурсо-

сбережение, 1994. – № 1. – С. 21–29.

15. Шидловський А

.К., Ковалко М.П., Вишневський І.М. та ін. Пали-

вно-енергетичний комплекс України на порозі третього тисячо-

ліття. – К.: Українські енциклопедичні знання, 2001.

Розділ 5. Горючі сланці

298

РОЗДІЛ 5

ГОРЮЧІ СЛАНЦІ

Загальні відомості

Горючі чи піробітумінозні сланці – осадові гірські породи глинисто-

го, мергелистого чи кременистого складу, що містять від 10 до 50 %

(зрідка до 60 %) сингенетичної осадконакопиченню органічної речо-

вини (керогену), вихідним матеріалом якої була біомаса нижчих водо-

ростей (сапропелеві компоненти) і вищих рослин (гумусові компонен-

ти), частково – тваринних організмів. За співвідношенням останніх

горючі сланці поділяються

на сапропеліти (Прибалтика, Волзький ба-

сейн, Болтиське родовище) і сапрогуміти (менілітові сланці Карпат).

Для горючих сланців характерним є коричневе, коричнево-жовте,

сіре, маслиново-сіре забарвлення, листвувата чи масивна текстура,

смугаста структура. Вони здатні запалюватися від сірника, виділяю-

чи при цьому специфічний запах палаючої гуми, за нагрівання до 500

С виділяють нафтоподібну смолу, підсмолену воду і горючі гази.

Органічна речовина горючих сланців (кероген) зазвичай накопичу-

ється в донних осадках при нормальному режимі кисню, характери-

зується високим вмістом вуглецю (56–82 %), водню (7–10 %), значним

– кисню (9–10 %), сірки (1,5–9 %) і азоту (1–6 %), великим виходом ле-

тких при термічній переробці (до 90 %), високою питомою теплотою

згоряння (до 29–37 МДж/кг).

У різних співвідношеннях можуть бути

присутнім мікорокомпоненти груп вітриніту, ліптиніту, фюзиніту.

На відміну від вугілля горючі сланці характеризуються наявністю

значного (до 70 %) мінерального баласту; високою теплотою згоряння

горючої маси (25–40 МДж/кг) завдяки високого вмісту водню (8–

10 %) в органічній масі (хоча робоча маса більшості сланців має теп-

лоту згоряння всього 4–9 МДж/кг); високим (

до 80 %) виходом летких

компонентів і підвищеним вмістом сірки.

Розділ 5. Горючі сланці

299

Галузі використання та вимоги до сировини

Розробка проблем використання низькосортного твердого палива,

зокрема горючих сланців, є надзвичайно актуальною, враховуючи їх

значні ресурси. Зазвичай у термічних методах переробки горючих

сланців на паливо використовують їхній піроліз. В результаті одер-

жують висококалорійне моторне і котельне паливо, горючий газ, деякі

дефіцитні хімічні продукти тощо.

Промислове використання горючих сланців в енергетиці

більшості

країн світу дуже обмежене за винятком Естонії і Росії, хоча промис-

лово-дослідні роботи проводяться в Бразилії, Австралії, США та інших

країнах.

На базі середньокалорійних (теплота згоряння 8–9 МДж/кг) горю-

чих сланців Прибалтики працюють Естонська і Прибалтійська ГРЕС,

ТЕЦ Ахтме, ТЕЦ Кохтла-Ярве. Проектна потужність енергоблоків Ес-

тонської і Прибалтійської

ГРЕС складає 200 МВт, проектна витрата

палива – 409 г у.п./кВт.ч, що відповідає КПД всього 30 %.

Технологічна переробка горючих сланців зазвичай здійснюється

напівкоксуванням у шахтних генераторах з метою одержання слан-

цевої смоли і фенолів, а також коксуванням у камерних печах для ви-

робництва побутового газу. Смола використовується як рідке паливо,

компонент

шпалопросочувальної олії, для виробництва електродного

коксу, а феноли – для виробництва синтетичних дубителів, клею, ла-

ків, мастик, модифікаторів гуми, тампонажних матеріалів та ін. Тве-

рді відходи виробництва (зола, кокс та ін.) використовуються для ви-

робництва мінеральної вати, портландцементу, силікатної цегли, ав-

токлавних виробів, у дорожньому будівництві, для вапнування ґрун-

тів. Деякі різновиди

горючих сланців характеризуються промисловим

вмістом Cu, Mo, U, Pb, Zn, V і можуть бути сировиною для цих і інших

металів.

Незначне використання горючих сланців в якості палива для елек-

тростанцій пояснюється низькою ефективністю їх спалювання у ви-

гляді пилу, несприятливими екологічними показниками таких енерго-

установок, значними експлуатаційними труднощами. Однак останнім

часом розвиваються технології спалювання палива у “

киплячому” ша-

рі при атмосферному тиску, які дозволяють використовувати горючі

сланці будь якої калорійності із задовільними екологічними показни-

ками.

Особливо перспективною є піролітична технологія переробки горю-

чих сланців. Її суть полягає у наступному. Роздроблений і висушений

сланець перемішується з високотемпературним (800–850

С) теплоно-

сієм, яким є його власна зола, і подається в реактор піролізу, що обер-

Розділ 5. Горючі сланці

300

тається. Там він нагрівається за умови відсутності кисню до темпера-

тури 460–490

С, із нього виділяється парогазова суміш, яка утримує

пари вуглеводнів, H

, CO, N

, H

S, CH

та ін. і коксозольний залишок.

Парогазова суміш відводиться в конденсаційний пристрій, де пари

вуглеводнів конденсуються, утворюючи сланцеву смолу з теплотою

згоряння від 25 до 38 МДж/кг залежно від якості сланцю. Дизельна

фракція сланцевої смоли може використовуватися як газотурбінне

паливо. Напівкоксовий газ, що не конденсується, має теплоту згорян-

ня від 25 до 48 МДж/

та може використовуватися і як газотурбін-

не, і як котельне паливо. Коксовий залишок спалюється.

Загальноприйнятої промислової класифікації і вимог до горючих

сланців як паливно-енергетичної сировини немає. Вважається, що

для промислового використання придатні сланці з питомою теплотою

згоряння не менше 10–15 Мдж/кг (наприклад, прибалтійський сланці

для пилоподібного спалювання мають теплоту

згоряння 10,3 Мдж/кг,

для шарового спалювання – 1,7 Мдж/кг, для переробки на газ і смолу

– 13,8 Мдж/кг). За розміром шматків сланці, що видобуваються в

Прибалтиці, поділяються на два сорти – енергетичні (до 25 мм) і тех-

нологічні (25–125 мм). Зазвичай для характеристики горючих сланців

визначають їх хімічний склад, вміст органічної речовини (ОР), вихід

смоли,

хімічний склад золи, співвідношення органічної, уламкової і

карбонатної складових.

Економічні відомості

Світові ресурси горючих сланців оцінюються в 450 трлн т (550

млрд т, якщо перерахувати на сланцеву смолу). За оцінками вчених

тільки в розвіданих сланцевих родовищах світу утримується біля 630

млрд т еквівалентної нафти (у тому числі в колишньому СРСР – 120

млрд т), що значно більше розвіданих запасів нафти.

Родовища горючих сланців зосереджені переважно в

штатах Коло-

радо, Юта, Вайомінг, Іллінойс у США (близько 430 трлн т), Бразилії

(Іраті, Параїба), КНР (Фушунь), відомі в Болгарії (Гурково, Боровдол),

Великій Британії (Стаффордшир), Німеччині (Брауншвейг, Мессінг),

Франції (басейни Паризький, Франш-Конте), Іспанії (Пуертольяно, Ко-

імбра), Австрії (Херінг, Зефельд), Канаді (Форт-Норман, Мелвілл), Авс-

тралії (Камувіл, Рандл), Італії (Молларо, Кієті

), Швеції (Рамстад, Гот-

ланд) та ін. Ресурси Прибалтійського басейну оцінюються в 21,1 млрд

т, Волзького, РФ – 29,7 млрд т, Вичегодського, РФ – 28 млрд т, Тімано-

Печорського, РФ – 6 млрд т, Сирдарьїнського – 24,6 млрд т, Амударь-

їнського – 22,3 млрд т. Ресурси найбільшого родовища України, Бол-

тиського, складають 4,5 млрд т.