Главная / Аналитика / Утилизация особых газов / Мировой и отечественный опыт утилизации сбросного потенциала шахтного газа

Мировой и отечественный опыт утилизации сбросного потенциала шахтного газа

Свойства и происхождение шахтного газа

Процессы добычи угля приводят к высвобождению метана, который содержится в угольном пласте и окружающих породах. Этот шахтный газ несет опасность для шахтеров, поскольку метано-воздушная смесь может взорваться, если концентрация метана в метано-воздушной смеси составляет от 5 до 15%.

Традиционно, для удаления метана из атмосферы действующих подземных выработок, они вентилируются большим объемом чистого воздуха, что позволяет поддерживать безопасную концентрацию метана (до 2% в подземной выработке и до 0,75% в стволе шахты).

Помимо этого, применяются методы дегазации угольных пластов до начала их разработки, путем бурения вертикальных скважин с поверхности, а также горизонтальных и наклонных подземных скважин.
Через вертикальные скважины с поверхности самопроизвольно высвобождается практически чистый метан (CH4>90%), т.к. в пласте он находится под высоким давлением.

Через горизонтальные и наклонные подземные скважины, а также через специальные «газовые горизонты» метан откачивается вакуумнасосными станциями, которые находятся на поверхности. В этом случае на выходе водокольцевых насосов концентрация метана более низкая и составляет 15-55%, восновном из-за подсоса воздуха от действующих выработок. Помимо этого, метановоздушная смесь, как правило, очень запылена и имеет практически 100% влажность. На выходе водокольцевых насосов может присутсвовать и капельная влага. После окончания горных работ, концентрация метана повышается и стабилизируется.

Кроме содержания метана, шахтный газ содержит инертные компоненты, такие как углекислый газ (CO2) и азот (N2), которые оказывают существенное влияние на работу газопоршневого двигателя. Их содержание зависит от степени метаморфизма и геологической истории пласта. 
 

Шахтный газ из вертикальных дегазационных скважин по своему химическому составу аналогичен природному газу. После несложной системы газоподготовки (стабилизация давления, приведение в допустимый диапазон температуры, влажности и очистка от пыли) он может сжигаться в газопоршневых двигателях как и природный газ, поэтому в дальнейшем шахтный газ из скважин поверхностного бурения не рассматривается.

Шахтный газ, который содержится в потоке вентиляционного воздуха с очень низкой концентрацией (из соображений безопасности, концентрация метана не дожна превышать 0.75%) непосредственно сжигаться в газопоршневых двигателях не может. Тем не менее, он также может быть полезно утилизирован, если будет подаваться в газопоршневой двигатель вместо воздуха, который необходим для сжигания основного топлива. При содержании в вентиляционном воздухе 0.5% метана, можно экономить до 9.5% природного газа, если использовать эту смесь вместо воздуха. В дальнейшем, шахтный газ этого происхождения (из вентилляционных стволов) также не рассматривается, поскольку он не оказывает существенного влияния на процесс сжигания основного топлива в газопоршневом двигателе.

Шахтный газ (метан) из горизонтальных и наклонных скважин («газовых горизонтов») систем дегазации действующих шахт

Как упоминалось выше, в зависимости от глубины залегания угольного пласта, степени метаморфизма и геологической истории, а также используемых технологий дегазации и герметичности трубопроводов, химический состав шахтного метана может изменяться в широких пределах.
В таблице №2 приведен химический состав шахтного метана некоторых шахт, на которых работают газопоршневые двигатели GE Jenbacher.

Таблица №2.Усредненный химический состав шахтного газа некоторых шахт

Компонент	Mont-Cenis, Herne / Германия (закрытая шахта)	Shirebrook Colliery / Англия (закрытая шахта)	Lohberg Dinslaken / Германия (активная шахта)	Tahmoor Colliery / Австралия (активная шахта)
CH4	68,6 %	76,0 %	43,8 %	31,5 %
CnHm	0,9 %	2,6 %	0,4 %	-
CO2	11,3 %	10,6 ´%	2,2 %	31,7 %
N2	18,9 %	10,7 %	43,7 %	31,0 %
O2	0,5 %	0,1 %	9,8 %	5,8 %
LHV (низшая теплота сгорания), ккал/нм³	6,9	8,2	4,5	3,1
MN (метановое число)	110	110	100	140
ламинарная скорость пламени, см/с	34	36	37	15

Неравномерный характер работы системы дегазации создает предпосылки к весьма нестабильному составу шахтного газа. Такие операции, как, например включение/выключение вакуумнасосов или изменение режима их работы, а также подземные работы могут приводить к очень быстрым изменениям концентрации метана и, соответсвенно, теплотворной способности газа.
На рис.№1 показаны характерные колебания концентрации метана на шахте им.А.Ф.Засядько, зафиксированные системой управления двигателями GE Jenbacher. На рис.№2 – колебания давления и концентрации метана на других активных и закрытых шахтах.

не окончена...

Трегуб Евгений, руководитель проектов ЧНПП "СИНАПС".
Использованы материалы компании GE Jenbacher GmBH & Co OHG (Dr.Gunter Herdin).
Перепечатка материалов только с письменного разрешения автора.

• Европейский опыт утилизации сбросного энергопотенциала промышленных газов
• Мировой и отечественный опыт утилизации сбросного потенциала шахтного газа