Проект 32. Очистка шахтного газа от метана.

Проект 32.

Очистка шахтного газа от метана.

Хавкин А.Я., Велицко В.В.

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 распространѐнными (более 30%) при добычи угля, а взрывы газа и пыли в подземных выработках сопровождается наибольшим числом жертв, а пожары – максимальным экономическим ущербом. Разработка метаноносных пластов продолжает оставаться одним из основных факторов риска взрывов метанопылевоздушных смесей с большими человеческими и экономическими потерями [1].

Эпизодические «всплески» концентрации метана при выходе его из угольного пласта могут превышать допустимые пределы и вызывать его воспламенение, переходящие во взрывы газа и пыли [1]. На рисунке представлена динамика добычи угля, 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].

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, всѐ чаще основной причиной пожаров и взрывов является человеческий фактор. В связи с этим, необходима разработка 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 полимерами [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 воздушной среды угольных шахт в газогидратную форму с последующим использованием этого газогидрата в качестве топлива [5-7]. Для этого можно использовать специальное устройство, очищающее воздушную смесь угольных штреков от метана путем перевода метана в гидратную форму. В этой установке наружный воздух при атмосферном давлении с температурой плюс15-20°С поступает во входной фильтр, где производится удаление механических примесей. После очистки от мехпримесей воздух поступает в рекуперативный 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. Охлаждѐнный сжатый воздух из сухой градирни поступает в следующую часть газогидратного агрегата, где происходит снижение его температуры до минус 30°С. Охлажденный воздух вместе с водой поступает непосредственно в модуль по образованию гидрата метана. 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 ответвлениях шахты и в центральном штреке.

Литература

1. Шувалов Ю.В., Смирнов Ю.Д. Твердеющие смеси для защиты от негативного воздействия техногенеза и окружающей среды // Интернет, Популярное бетоноведение, Дата публикации: 11.06.2008.

2. Шувалов Ю.В. Безопасность жизнедеятельности трудящихся в горнодобывающих 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 эффективности 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 // Наноявления 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.