Безумовно, одним із основних питань, що значно впливають на подальший розвиток економіки України, досі залишається питання енергоносіїв. Україна, наразі забеспечує лише 22,5 % державних потреб у природньому газі, (споживання 80 млрд. м3, добича 18 млрд. м3). Більшу частину газу, для покриття дефіциту, імпортиртують з країн СНД (Росія, Туркменістан та ін.). Нещодавнє підвищення цін на енергоносії та значний зовнішньоекономічний борг перед Росією, особливо загострив питання з пошуку та розробки альтернативних енергоносіїв.
Одним з таких альтернативних джерел у Донбасі, з огляду на специфіку району, представлену більшою частиною гірничовидобувними підприємствами, можна розглядати шахтний газ-метан. У останнє десятиріччя, через ріст глибини рабіт (до 1500 м), підвищується виділення метана з вугільних пластів, що є одним зі стримуючих факторів, що визначають граничне навантаження на лаву. Так збільшення глибини розробки з 300-400 до 600-800 м знизило ефективність попередньої дегазації пластів в Донецкому басейні в 1,5-2 рази. Для зниження концентрації метану, що виділяється при работі в лаві, а також для підвищення безпеки ведення гірничих робіт, використовують систему дегазації з вугільного масиву та вміщуючих порід за допомогою дегазаціцних свердловин. Наразі з усього об'єму, що виділяється шахтами, системами дегазації вивільнюється лише 15% метану, з нього утилізується тільки 7%.
Згідно з курсом політики, узятим Українським урядом по приєднанню та вступу в Євросоюз, необхідно відмітити такой аспект, як екологічна безпека. На основі того, що метан - це один з шести основних газів, що створюють парниковий ефект (він в 21 раз більший у порівнянні з СО2 у розрахунку на 100-літній період) утилізація цого стє необхідною виходячи з об'ємів викидуємих в атмосферу (за оцінками спеціалістів, вугільні пласти та вміщуючі породи Україны утримують більше ніж 11 трлн. кубометрів метану). Таким чином, з точки зору екологічної безпеки та парникового ефекту, переробка шахтного метану є дуже актуальною.
Основная ціль роботи заключається в аналітичному розгляді можливої переробки шахтного газу-метану, а також можливі посилання з впровадження когенарційних установок в Україні. Для визначення області використання когенераційних установок на шахтах Донбасу, з точки зору економічного ефекту, розглянено та порівняно 2 варианти ведення очисних рабіт: стовбова, з системою дегазації та без неї, а також комбінвана системи розробки.
З точки зору наукової новизни, програма, що використовується для розрахунків, може наглядно показати, як та які гірничо-геологічні умови впливають на собівартість тони вугілля.
Практична цінність даної роботи полягає у визначенні області використання когенераційних установок на вуглевидобувних підприємствах Донбасу. за допомогою програми розраховано собівартість тони вугілля при використанні когенераційної установки та без неї, для стовбової системи розробки. Для розрахунків узято середні величини з гірничо-геологічних характеристик та умов шахт Донбасу. Для даних умов побудовано графіки та діаграми собівартості тони вугілля.
Забезпечення безпеки гірничих робіт у тяжких умовах відпрацьовування свит вугільних пластів, небезпечних по викидам вугілля та газу, в значній мірі залежить від вибору раціонального варіанту ведення гірничих робіт та заходів з дегазації пластів та вміщуючих порід. З кожним роком неуклінно збільшуються об'єми буріння свердловин як з поверхні для попередньої дегазаціонної підготовки вугільного масиву, так і по вугільним пластам з гірничих виробок для передчасної дегазації пластів.
Надійне видалення газу за допомогою достатоньої вентиляції та ефективного відсмоктування має, таким чином, життєво важливе значення. Так у гіричовидобувній промисловості можна запобігти аваріям, підвищити тривалість експлуатації та добичу.
Метанобезпека відпрацьовування пластів з навантаженнями на лаву більше 4-5 тисяч тонн на добу може бути забезпечена тільки за комплексної дегазації. Забезпечення метанобезпеки вимагає значних витрат енергії. Зокрема, енерговитрати на видобуток тонни вугілля становлять до 140 Мдж, з них до 65% - це енерговитрати на вентиляцію та дегазацію.
Частину енерговитрат можна повернути за рахунок переробки газу-метану, що виділяється при видобутку вугілля, у когенераційних установках. А при досить довгому їх використанні, можливо, і знизити собівартість вугілля.
Когенерация електричної та теплової енергії являє собою енергоефективну технологію, що може зіграти важливу роль в XXI столітті в здійсненні переходу Європи на шлях стійкого розвитку. За допомогою когенераційних установок можливо одночасне виробництво декількох видів енергетичних послуг:
опалення й холодозабезпечення будинків;
виробництво електроенергії для освітлення й роботи двигунів;
виробництво технологічної енергії для промисловості й т. д.
На сьогоднішній день, у гірничій практиці по здійсненню дегазації, існує три основних джерела добування метану:
з дегазаційних шпар (концентрація - 94-97%, дебіт - до 30 м3/хв, тиск - до 10 Мпа);
у процесі дегазації метаноповітряної суміші, що утримує близько 15-60% обсягу метану, його витрата - 20-70 м3/хв;
з вентиляційного шахтного повітря (включення метану в ньому - усього 0,3-1%, але відбувається велика витрата повітря - близько 10 тис. м3/хв (тобто 17 т в добу) на один вентиляційний стовбур).
У даній роботі розглядається метан, що отримують з дегазаційних шпар і
видають на поверхню по дегазаційному трубопроводу. Дегазація розроблювальних вугільних пластів підготовчими виробками застосовується при стовбових системах розробки й пластовому виробітку. При цьому виробки виїмочної ділянки (поля) після закінчення проведення повинні провітрюватися обособленно або тимчасово ізолюватися. Даний спосіб дегазації може застосовуватися на пластах будь-якої потужності. Строк ефективної дегазації - 6-8 мес.
Довжина підготовчих виробок визначається елементами прийнятої системи розробки. Тривалість дренування пласту виробками визначається календарним планом підготовки й виїмки ділянки.
Для дослідження області застосування когенераційних технологій в умовах шахт Донбасу було складено алгоритм розрахунку в програмі Microsoft Exсel.
В Україні сьогодні у вирішенні питання застосування когенераційних установок існує ряд проблем і питань, що вимагають рішення:
Створення правової бази для вирішення питань з використання шахтного метану;
Рішення проблеми торгівлі квотами;
Державне інвестування проектів з впровадження когенераційних установок або залучення приватних, внутрішніх або закордонних інвестицій;
Розвиток програм з переробки метану з точки зору екологічної безпеки
У розділі 1 основної частини розглянуто проблематику питання про утилізацію шахтного метану: базові поняття й терміни, розглянуто основні положення Кіотського протоколу, описано державне регулювання видобутку метану.
Розділ 2 роботи аналізує газоносний масив Донбасу з позиції геології.
Вітчизняний і закордонний досвід використання шахтного метану й міжнародне співробітництво в цій сфері описані в розділі 3.
Розділ 4 основної частини присвячений технологічним аспектам когенерації, розглянуті питання безпеки, описана когенераційна установка, питання підвищення якості дегазації й шахтної вентиляції.
У розділі 5 представлено дослідницьку частину роботи. Методика досліджень – економіко-математичне моделювання. Представлено особливості застосування дегазації на ділянці, запропонований аналіз технологій розробки вугільного пласта комбінованою системою розробки як альтернатива дегазації й стобповою системою розробки з дегазацією як протилежний варіант.
Докладний огляд існуючих досліджень і розробок по темі наведений у розділі Бібліотека.
Попередньо можна зробити наступні висновки:
Обґрунтовано судити про доцільність застосування когенераційних технологій в Україні можна буде після прийняття Парламентом необхідних правових документів, зокрема встановлення розмірів штрафів за викиди парникових газів згідно Кіотського протоколу;
Підприємства, що застосовують когенераційні технології, потенційно мають можливість одержувати фінансовий прибуток від торгівлі квотами на атмосферні викиди;
Широкий закордонний досвід дозволяє зробити висновок про доцільність використання когенераційних технологій, але для широкого впровадження їх в Україні необхідно вирішити ряд правових, технічних, фінансових та організаційних питань.
