ОЧИСТКА ШАХТНОГО ГАЗА ОТ МЕТАНА
ОЧИСТКА ШАХТНОГО ГАЗА ОТ МЕТАНА
Хавкин А.Я., Велицко В.В.
Статья опубликована в сборнике «Содействуя экономическому развитию России. Проекты международного общественного фонда «Фонд содействия экономическому развитию им. Байбакова Н.К.» за 1996-2011 гг.», М., Нефть и газ, 2011.
Шахтным способом в России добывается около 100 млн. тонн угля в год. Пыль и газообразные продукты в атмосфере горных выработок и на поверхности техногенного массива являются во многих случаях источниками профессиональных вредностей, а также опасности возгораний и взрывов. Заболевания органов дыхания рабочих являются самыми распространёнными (более 30%) при добычи угля, а взрывы газа и пыли в подземных выработках сопровождается наибольшим числом жертв, а пожары - максимальным экономическим ущербом. Разработка метанонос-ных пластов продолжает оставаться одним из основных факторов риска взрывов метано-пылевоздушных смесей с большими человеческими и экономическими поте-рями [1].
Эпизодические «всплески» концентрации метана при выхлде его из угольного пласта могут превышать допустимые пределы и вызывать его воспламенение, пере-ходящие во взрывы газа и пыли [1]. На рисунке представлена динамика добычи уг-ля, травматизма со смертельным исходом и аварийности за 1997-2005гг. на шахтах РФ. За этот период в шахтах угледобывающих бассейнов России произошло около 100 взрывов именно метано-воздушной смеси, причем взрывы происходят во всех категориях шахт по газу [2].
Рисунок. Динамика травматизма (количество человек)
со смертельным исходом Nd (1) и аварийности Na (2) на шахтах РФ.
Трагические события на угольных шахтах позволяют сделать вывод о явных недостатках существующих способов борьбы с пылевыделением и пылепереносом, а также локализации пожаров. При постоянном улучшении применяемых способов вентиляции шахт, современных приборов газоанализа, всё чаще основной причиной пожаров и взрывов является человеческий фактор. В связи с этим, необходима раз-работка надежных систем защиты рабочей зоны угольных шахт от взрывов пыли и газа, исключающих негативное влияние человека.
Существуют ряд способов борьбы с выделением метана: закачка свежего воздуха в шахты и предупреждение выхода метана различными смолами и полиме-рами [1-4]. При этом проблема извлечения метана из угольных пластов имеет две стороны: снижение последующего выделения метана в горные выработки шахт при шахтной добыче угля и извлечение метана как углеводородного продукта.
Оказалось, что эти две проблемы могут быть решены совместно. Так, одним из методов предотвращения выделения метана в штреки при шахтной добыче угля может быть использование специальных устройств для перевода метана из воздуш-ной среды угольных шахт в газогидратную форму с последующим использованием этого газогидрата в качестве топлива [5-7].
Для этого можно использовать специальное устройство, очищающее воздуш-ную смесь угольных штреков от метана путем перевода метана в гидратную форму.
В этой установке наружный воздух при атмосферном давлении с температу-рой плюс15-20°С поступает во входной фильтр, где производится удаление механи-ческих примесей. После очистки от мехпримесей воздух поступает в рекуператив-ный теплообменник, где происходит предварительное охлаждение воздуха перед подачей в газогидратный агрегат. В компрессионной части газогидратного агрегата происходит сжатие воздуха, сопровождающееся повышением его температуры. Тепло от сжатого воздуха отводится в окружающую среду. Охлаждённый сжатый воздух из сухой градирни поступает в расширительную часть газогидратного агрега-та, где происходит снижение его температуры до минус 30°С. Охлажденный воздух вместе с водой поступает непосредственно в модуль по образованию гидрата мета-на. На выходе из газогидратного агрегата будет безметановая воздушная среда.
Расчеты показывают, что такая установка, обеспечивающая очистку 1 нм3 в минуту, будет иметь вес около 70 кг, обеспечивающая очистку 4 нм3 в минуту, будет иметь вес около 250 кг, обеспечивающая очистку 35 нм3 в минуту, будет иметь вес около 2 тонн. Типизация установок позволит использовать их в небольших ответв-лениях шахты и в центральном штреке.
Литература
1. Шувалов Ю.В., Смирнов Ю.Д. Твердеющие смеси для защиты от негативно-го воздействия техногенеза и окружающей среды // Интернет, Популярное бетоно-ведение, Дата публикации: 11.06.2008.
2. Шувалов Ю.В. Безопасность жизнедеятельности трудящихся в горнодобы-вающих регионах Севера // СПб., МАНЭБ, 2006.
3. Угольная промышленность за рубежом / Зайденварг В.Е., Гаркавенко Н.И., Афендиков В.С. и др. // М., Горная промышленность, 1993, 389с.
4. Чубриков А.В. Применение полимерных технологий для повышения эффек-тивности и безопасности горных работ // Безопасность труда в промышленности, 2006, №9.
5. Хавкин А.Я. Нанотехнологические инновации в газовой промышленности // Газовый бизнес, 2009, март-апрель, с.62-64.
6. Хавкин А.Я. Наноявления и нанотехнологии в добыче нефти и газа / под ред. член-корр. РАН Г.К.Сафаралиева // М., ИИКИ, 2010, 692с.
7. Хавкин А.Я. Применение нанотехнологий для утилизации метана // Нанояв-ления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям, Материалы Конференции в г. Москва 21-22 октября 2010г., М., Нефть и газ, 2010, с.420-421.