Чтобы освободить шахту от метана – постоянного и крайне опасного спутника угля, – нужна дегазация. Сегодня для этого бурят большое количество скважин, что затратно и неэффективно, а выходящий газ не утилизируется и вредит окружающей среде. Cибирские ученые планируют исправить ситуацию.
Cотрудники Института горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН разрабатывают новую технологию дегазации угольных шахт. Метод основан на применении гидравлического разрыва пласта и использовании роботизированного оборудования. В будущем он может позволить получать метан высокого качества и сократить его выбросы в атмосферу. Гидроразрыв считается наиболее перспективным способом повысить эффективность скважин, которые бурятся для извлечения рудничного газа: в породу под высоким давлением закачивают специальные жидкости и с их помощью делают трещины, имеющие высокую газопроводимость.
Для того чтобы трещина не сомкнулась под тяжестью вышележащих пород и не препятствовала выходу газа, ее закрепляют с помощью проппантов, обычно это песок или керамические шарики. Применение их обходится недешево: проппант закачивается в скважину вместе со специальными вязкими полимерами или гелями, которые нужно проталкивать с помощью высокопроизводительных насосов. «Если технологии дегазации дорогие, это увеличивает стоимость добычи угля, поэтому у нас практически никто не использует новые материалы», - рассказывает старший научный сотрудник ИГД СО РАН кандидат технических наук Андрей Владимирович Патутин.
Исследователи создали проппант, близкий по плотности к воде – наиболее дешевой жидкости, использующейся при гидроразрыве. Для закачки его в породу не нужны будут дорогостоящие вещества, а из оборудования хватит небольших стандартных насосов, применяемых на шахтах. Он сделан на основе алюмосиликатных микросфер из золы, полученной при сжигании угля на ТЭЦ. «Алюмосиликатные микросферы производятся в России и стоят на порядок дешевле зарубежных материалов. Наш проппант можно изготавливать здесь, не закупая дорогое импортное сырье. При этом технология универсальная, она подходит для любого угольного месторождения», - поясняет младший научный сотрудник ИГД СО РАН Леонид Алексеевич Рыбалкин.
Проппант представляет собой полую основу, на которую наносится упрочняющее покрытие. «Оно обеспечивает слипание гранул проппанта внутри пласта, благодаря чему он закрепляется в породе, и раскрытие трещины остается высоким длительное время. Эксперименты по определению проницаемости трещин с использованием нового материала показали, что он увеличивает газопроницаемость угля в 15—20 раз», - поясняет научный сотрудник ИГД СО РАН кандидат технических наук Татьяна Викторовна Шилова. На покрытие оформляется патент.
«В России метан угольных пластов включили в список полезных ископаемых в 2012 году, однако пока он добывается лишь в небольших объемах», - отмечает Андрей Патутин. Сегодня самый распространенный способ избавления шахты от газа – бурение множества скважин. Бóльшая часть метана при этом не используется. Хотя его можно применять для получения автомобильного топлива, на тепловых электростанциях, в химической промышленности, он просто выбрасывается в атмосферу, усиливая парниковый эффект. Дело в том, что достаточно чистый метан (95—98 %) в дегазационных скважинах разбавляется воздухом и его становится сложно утилизировать. «После бурения скважины ее устье герметизируют, но воздух из шахты продолжает поступать в зону отбора метана в пласте через саму породу. Концентрация метана падает до 20-50 %. Сейчас стенки выработки обычно просто бетонируются, это трудоемкий и не очень эффективный процесс», - объясняет Андрей Патутин. Исследователи предлагают изолировать дегазационные скважины от выработок с помощью всё того же гидравлического разрыва пласта, формируя рядом с выработкой трещины и заполняя их под давлением особым вязким составом.
Также в целях дегазации ученые конструируют роботизированное оборудование. Один из приборов предназначен для газодинамического каротажа (разведки) скважин. Он определяет зоны повышенного и пониженного выделения метана: эти данные позволят сосредоточить трещины гидроразрыва в тех местах, где естественное выделение газа затруднено. Другой робот будет проводить разрыв без использования буровых станков. Он сможет самостоятельно передвигаться в нужную часть скважины и буксировать гибкие рукава, по которым подается рабочая жидкость с проппантами. Работы планируется завершить к 2020 году.
Исследование выполняется в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», код проекта RFMEFI60417X0172.
Александра ФЕДОСЕЕВА
Фото автора
Источник: Наука в сибири