Перспективы добычи метана в Печорском угольном бассейне

м о с к о в с к и й 

Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й 

Г О Р Н Ы Й 

У Н И В Е Р С И Т Е Т 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С О В Е Т 

Председатель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 

Зам. председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 

Члены 
редсовета 

И.В. 
ДЕМЕНТЬЕВ 

A. П. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

М.В. КУРЛЕНЯ 

В.И. ОСИПОВ 

э.м. 
СОКОЛОВ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.В. ХРОНИН 

B. А. 
ЧАНТУРИЯ 

Е.И. ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 

МОСКОВСКОГО 

ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 

ректор 
Ml 
ГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

директор 
Издательства 
МГГУ 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
МАН 
BUI 

академик 
РАН 

профессор 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

Л.А. ПУЧКОВ 
С В . СЛАСТУНОВ 
Б.И. ФЕДУНЕЦ 

П Е Р С П Е К Т И В Ы 

Д О Б Ы Ч И 
М Е Т А Н А 

В ПЕЧОРСКОМ 
УГОЛЬНОМ 
БАССЕЙНЕ 

МОСКВА 
ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

2 0 0 4 

УДК 622.411.33 
ББК 33.31 
П88 

Книга соответствует 
«Гигиеническим требованиям к изданиям 
книжным для взрослых СанПиН 1.2.1253-3», 
утвержденным 
Главным государственным 
санитарным врачом России 
30 марта 2003 г. 

Пучков Л.А., Сластунов СВ., Федунец Б.И. 

П 88 
Перспективы добычи метана в Печорском угольном бассейне. - М.: Издательство Московского государственного 
горного университета, 2004. - 557 с : ил. 

ISBN 5-7418-0336-9 (впер.) 

Изложены результаты исследований, в ходе которых собрана и обобщена 
горно-геологическая и горно-техническая информация по Воркутинскому месторождению, основные принципы и методология оценки участков угольных месторождений и конкретных шахтных полей Воркутинского месторождения по метанодобываемости. Дан анализ распределения метана по месторождению. Описаны подготовка геодинамического районирования объектов для выявления перспективных участков работ по добыче 
угольного метана и методика метанодобываемости угольных пластов с определением показателей природной газоотдачи угольных пластов в скважины. Рассмотрены перспективы использования угольного метана. Изложены основные экологические аспекты рассматриваемого вопроса и первичные результаты натурных исследований, проведенных на двух скважинах поля доразведки шахты «Комсомольская». 

Для инженерно-технических работников топливно-энергетического 
комплекса, специалистов научно-исследовательских и проектных организаций угольной и газовой промышленности. 

УДК 622.411.33 
ББК 33.31 

ISBN 5-7418-0336-9 
© Л.А. Пучков, С В . Сластунов, 

Б.И. Федунец, 2004 
© Издательство МГГУ, 2004 
© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2004 

ВВЕДЕНИЕ 

Д
инамика добычи угля и метана в угольных шахтах стран с высокоразвитой угольной промышленностью - Германии, Великобритании, Бельгии, Австралии, Китая, Польши и США - свидетельствует о непрерывном росте объемов каптируемого метана. 
Добыча высококондиционного химически чистого метана (95 % и 
более) для использования в химической, биохимической промышленности, объектах энергетики, а также в качестве моторного топлива - актуальная задача сегодняшнего дня. 

Газоносные угольные месторождения считаются нетрадиционными источниками углеводородных газов. Угольный метан в пересчете на условное топливо занимает в мире 3-4 место после угля, 
нефти и природного газа. 

Угольный метан во многих странах мира, в том числе и в России, рассматривают в качестве компонента топливно-энергетической сырьевой базы. Прогнозные ресурсы метана угольных месторождений России оценивают по различным источникам в пределах 
50-80 трлн м

3, что близко к запасам традиционных газовых месторождений страны. 

На современном этапе и в обозримом будущем развития общества важнейший источник энергии - уголь. В недрах Российской 
Федерации залегает значительная часть мировых запасов угля, 
составляющих около 6800 млрд т и обеспечивающих долговременную перспективу его использования. Вместе с тем добыча yfля по ресурсосберегающей технологии, комплексное использование месторождений позволяют в свою очередь попутно получать 
и использовать один из нетрадиционных источников энергетических ресурсов - метан угольных месторождений, который является наиболее доступным и дешевым резервом среди других ныне 
нетрадиционных источников горючих газов. 

Современное развитие горно-добывающей 
промышленности 
должно идти по безопасной ресурсосберегающей и экологически 
чистой технологии. В этом плане на первое место выдвигается необходимость обеспечения безопасности разработки газоносных 

5 

угольных пластов с извлечением метана из угленосной толщи и 
обязательным его использованием как энергетического топлива, а 
также как химического сырья. Это позволит сэкономить значительное количество угля, что дает в свою очередь и экологический, 
и экономический эффект: только 1 млн м

3 метана может заменить 
1300 т угля. В этих условиях проблема более полного использования угольных месторождений приобретает конкретное существенное экономическое значение. 

Основными аспектами проблем извлечения и использования 
угольного метана в настоящее время являются следующие. 

Первый и основной аспект - обеспечение метанобезопасности 
угледобычи. В последние 5-7 лет в России произошло более 10 
крупных взрывов метана с трагическими последствиями. Такая ситуация присуща не только шахтам России, но и другим угольным 
регионам СНГ и в особых комментариях не нуждается. 

Второй по значимости аспект, с нашей точки зрения, - проблема 
повышения эффективности добычи угля при отработке высокогазоносных угольных пластов. Эта проблема связана с тем, что на 
особо опасных по газу и пыли шахтах нагрузки на очистные забои 
в 1,5-2 раза ниже технологически возможных. При нагрузках 1500— 
2000 т/сут необходимо обеспечивать эффективность дегазации на 
уровне 35-40 %, а при нагрузках, предусматриваемых на перспективных шахтах, - 50-60 %. Достижение таких показателей предопределяет необходимость разработки эффективных технологий заблаговременного извлечения метана из угленосных толщ. 

Третий аспект - использование метана с целью повышения рентабельности угледобычи. На Воркутинском месторождении предусматривается утилизация до 50-55 млн м

3 метана в год, что должно 
обеспечить экономию угля 75-80 тыс. т. Расчеты показывают, что 
вследствие использования каптируемого метана может быть сэкономлено до 75 % топлива, расходуемого на выработку электроэнергии, потребляемой шахтами. 

Четвертый аспект проблем угольного метана - экологический. 
За последние 40 лет выделение метана в атмосферу из шахт Кузбасса возросло в 8 раз, Воркуты - в 4 раза. Известно, что выделение 
метана ведет к образованию фотохимического смога в городах, негативно влияет на состояние озонового слоя. 

6 

Пятый по счету, но отнюдь не по значению и перспективам аспект - возможность рентабельной, экономически оправданной самостоятельной добычи угольного метана. 

Остановимся на этих аспектах несколько подробнее. 
Обеспечение метанобезопасности - наиболее актуальный вопрос добычи угля подземным способом. 

В последнее время в угольной промышленности России критического значения достигла частота и размеры аварий и катастроф 
на угольных предприятиях. Наиболее значимые из них происходят 
в связи со взрывами метана и угольной пыли. 

Только в последние пять лет прошлого столетия по этим причинам погибло более 200 человек, в том числе на шахтах России «Баренцбург» - 23 человека, «Зыряновская» - 67 человек, «Центральная» - 28 человек, а также шахтах им. Скочинского (Украина), им. 
Ленина (Казахстан) и некоторых других. 

Всего за последние 20 лет в отрасли произошло более 30 аварий, 
погибло более 400 человек, из них около 85 % от взрывов газа и 
угольной пыли. Наиболее глубокая и масштабная причина такой 
ситуации - неудовлетворительное состояние дегазации углегазоносного массива. 

В России около 70 % газообильных шахт, 30 из них работают с 
дегазацией. Наиболее газообильны шахты Печорского бассейна и 
Кузбасса. Уровень дегазации большинства шахт весьма низок. В 
Кузбассе извлекают около 15-20 % метана, выделяющегося в выработки, то есть в 3,0-3,5 раз ниже, чем это необходимо. Лучше 
обстоят дела с дегазацией в Воркуте, но также далеко не всюду. 

Необходимость обеспечения безопасности ведения горных работ комментариев не требует. Но кроме этого высокая газообильность шахт является одним из основных факторов, сдерживающих 
повышение эффективности добычи угля. 

Как было отмечено ранее, на особо опасных по газу и пыли шахтах нагрузка на очистной забой, как правило, в 1,5-2 раза ниже, 
чем на других шахтах. Нагрузка на уровне 1500-2000 т/сут может 
быть достигнута в таких шахтах при эффективности дегазации 35¬
40 %. 

В газообильных забоях добыча 5-7 тыс. т/сут, которая предусматривается всеми программами реструктуризации отрасли, мо
7 

жет быть обеспечена только при надлежащей дегазации с эффективностью на уровне 50-60 %. 

Так, доля ограничения производительности очистного оборудования по газовому фактору в действующих лавах составляет около 
15 % при нагрузках 1200-1500 т/сут, а при нагрузках 3000 т/сут 
достигает 35 %. 

Еще более остро проблема повышенного газовыделения возникает при проведении подготовительных выработок. В результате 
возрастания диспропорции между темпами подготовительных и 
очистных работ значительно ухудшаются технико-экономические 
показатели добычи угля. 

Постоянное углубление горных работ сопровождается увеличением газоносности угольных пластов. В среднем глубина шахт 
ежегодно увеличивается на 10-12 м. Глубина разработки на ряде 
шахт превысила 1000-1300 м. На достигнутых глубинах газоносность угольных пластов составляет 25-30 м

3/т, большой вклад в 
формирование газового баланса вносят породы, газоносность которых в ряде случаев достигает 4-6 м

3/т. 

За последние 50 лет объем добычи угля увеличился более чем в 
3 раза, а газовыделение более чем в 15 раз. 

Доля шахт третьей категории и сверхкатегорных превысила 
65 %, а объем их добычи - 75 % от общего. 

На газовых шахтах капиталовложения на 1 т добычи угля на 25¬
30 % выше, себестоимость угля в 1,5-2,5 раза больше. 

В настоящее время около 100 шахт имеют абсолютную газообильность более 50 м

3/мин, около 60 - свыше 100 м

3/мин. 

Более 300 шахт отнесены к свкрхкатегорным и опасным по внезапным выбросам угля и газа. 

Рассмотрим также энергетический аспект извлечения и использования угольного метана. 

В этой проблеме заложена реализация очень важных принципов применение ресурсосберегающих технологий и комплексность разработки месторождений полезных ископаемых. 

Метан представляет собой не только основную опасность в газовых шахтах и глобальную экологическую вредность, но в то же 
время это высококачественный источник топлива и химического 
сырья. Запасы и высокое качество угольного метана определяют 

8 

его потенциальную привлекательность как самостоятельного полезного ископаемого. Успехи газовых компаний США интенсифицировали практические работы в данном направлении. 

Ежегодный объем добываемого в настоящее время угольного 
метана в США составляет около 40 млрд м

э. Основную часть 
угольного метана добывают в двух бассейнах: львиную долю в бассейне Сан-Хуан и меньшую часть - в Блек-Варриор. 

Метан является составной частью угольного вещества и не превышает 2 % энергетического потенциала угольных пластов. 

Метан извлекается только при огромных энергетических затратах, обеспечивающих разрыв системы уголь - газ. Поэтому его 
технически и экономически целесообразно добывать как попутный 
продукт при добыче самого угля. На полях действующих шахт запасы метана составляют от 150 до 200 млрд м

3. В освоенных угледобычей регионах содержится около 15 трлн м

3, в том числе в Печорском бассейне - 2 трлн м

3. 

Из угольных пластов работающих шахт выделяется около 10000 
м

3/мин метана, из них средствами дегазации около 600 м

3/мин, т.е. 
6 %. Коэффициент эффективности дегазации составляет около 20 % 
(Кузбасс - 17 %, Воркута - 35-40 %). 

Для использования метана с целью получения тепловой и электрической энергии имеется ряд апробированных средств и технологических решений. Разработаны предложения по реконструкции 
котлов для совместного сжигания угля и метана. Моторное топливо 
дешевле на 15-20 % традиционного жидкого топлива. 

Из газа, полученного при дегазации, используют 15 %. На четырех шахтах Воркутинского месторождения метан сжигается в топках котельных. Остальной метан выбрасывается в атмосферу, что ведет к ухудшению экологической обстановки регионов угледобычи. 

Для промышленного использования метана из вентиляционных 
систем шахт необходимо разработать методы его утилизации, 
включающие в себя разработку технических средств и технологий 
повышения его концентрации в метановоздушных смесях до 2,5¬
3 %. Разработанные технологии, оборудование и системы управления процессами утилизации метана должны обеспечивать не 
только рациональное использование ресурсов, но и охрану окружающей среды. 

9 

Действующими правилами безопасности на шахтах России допускается содержание метана до 0,75 % в общешахтной вентиляционной струе, поэтому прямое использование его как энергоносителя не экономично. Решение вопроса обогащения метановоздушных смесей может быть выполенено несколькими путями: 

• повышением концентрации метана посредством добавления 
природного газа из газопроводов; 

• разделением бинарных газовых потоков с выделением части воздушного потока с повышенной концентрацией метана. 

Экологические аспекты угольного метана заключаются в следующем. 

Усиление негативного отношения к атомной энергетике, снижение темпов роста добычи нефти при более быстром росте потребления теплоэнергоносителей создают благоприятную перспективу 
для угольной промышленности. Так, по прогнозу Массачусетского 
технологического института США, роль угля в обеспечении теплоэнергопотребления увеличится с 20-25 % в 1980 г. до 40-56 % в 
2050 г. 

По прогнозу в Германии роль угля в качестве теплоэнергоносителя в будущем будет непрерывно расти, несмотря на существенное ухудшение природных условий подземной угледобычи из-за 
выделения метана. 

Год 
1985 
1990 
2020 

Добыча всех видов угля, млрд т 
2,9 
4,2 
8,8 

Количество выделяемого метана, млн т 
26 
32 
75 

Основная эмиссия метана приходится на три ведущие угледобывающие страны: Китай, США и Россию. 

По данным Международной топливно-энергетической ассоциации (МТЭА), метан занимает второе место после СОг по степени 
опасности для окружающей среды. Уже сейчас для стабилизации 
содержания «парниковых газов» необходимо сократить выделение 
СН 4 в атмосферу примерно на 15 %. 

По результатам анализа газов, содержащихся во льду Антарктиды, американские ученые установили, что в течение тысячелетий 
концентрация метана в атмосфере Земли оставалась практически 

10