Зниження екологічного ризику викидів шахтного метану в атмосферу на вугільних шахтах

Abstract

Обґрунтовано критерій оцінки екологічних ризиків функціонування високо-продуктивних вугільних шахт з використанням комплексної дегазації і подальшої утилізації метану. Критерій диференційовано враховує об'єми емісії метану в атмо-сферу і метану, який каптується, а також організовані і неорганізовані викиди пар-никових газів з вугільних шахт. Використання цього критерію дозволило дати еко-логічну оцінку розробленим технічним рішенням зниження викидів метану в атмос-феру. Проведені дослідження і встановлені закономірності перерозподілу метану у вуглепородному масиві під дією очисних робіт. Обґрунтовані раціональні техноло-гічні заходи щодо скорочення емісії шахтного метану в атмосферу, що включають: вибір режимів роботи вентиляторів головного провітрювання; створення зони ну-льової депресії для управління метановиділенням з виробленого простору; зрошу-вання виробленого простору спеціально підготовленою сумішшю; попереднє елект-ророзпалювання для використовування суміші з низьким вмістом метану в когене-раційних станціях. Одержані результати використані при вдосконаленні системи комплексної дегазації шахти ім. О.Ф. Засядька і в навчальному процесі ДонНТУ.

Выполнен анализ: экологического воздействия выбросов шахтного метана на земную атмосферу; недостатков существующих технологий добычи и утилизации метана угольных шахт и нормативно-методических документов, регламентирующих экологические расчеты в угольной отрасли. Обоснован критерий оценки экологических рисков функционирования высо-копроизводительных угольных шахт с использованием комплексной дегазации и дальнейшей утилизации метана. Критерий дифференцированно учитывает объемы эмиссии метана в атмосферу и каптированного метана, а также организованные и неорганизованные выбросы (постоянная и динамическая составляющие критерия) парниковых газов из угольных шахт. Использование этого критерия позволило дать экологическую оценку разработанным техническим решениям снижения выбросов метана в атмосферу. Предложен метод расчета концентраций метана с учетом расп-ределенных и сосредоточенных источников поступления метана в рудничную атмо-сферу и на земную поверхность. Проведены исследования и установлены закономерности: перераспределения метана в углепородном массиве под действием очистных работ; между производи-тельностью очистного забоя и его метанообильностью; гиперболическая зависи-мость длительности дегазации углепородного массива от размера слагающих его блоков, что позволило определить рациональные параметры (количество и углы на-правления «кустов») дегазационных скважин. Установленные закономерности послужили основанием для совершенствования способов дегазации и улучшения экологической обстановки при интенсивной разра-ботке угольных месторождений. Разработанные научно-обоснованные рекоменда-ции по практическому использованию установленных закономерностей управления экологической безопасностью позволили снизить эмиссию метана из интенсивно отрабатываемых угольных месторождений и его поступления в земную атмосферу. Обоснованы места создания и параметры зоны пониженной проницаемости, и получены аналитические формулы для определения снижения интенсивности газо-выделения со стенки воздухоотводящей выработки на участках создания такой зо-ны; участки выработанного пространства обычной и пониженной проницаемости имеют различные степенные законы движения метановоздушной смеси. Обоснованы рациональные технологические мероприятия по сокращению эмис-сии шахтного метана в атмосферу, включающие: выбор режимов работы вентилято-ров главного проветривания, обеспечивающих создание зоны нулевой депрессии для управления метановыделением из выработанного пространства; орошение вы-работанного пространства специально подготовленной смесью; определение целе-сообразного количества и углов направления кустов скважин, предназначенных для дегазации выработанного пространства; предварительный электророзжиг для ис-пользования смеси с низким содержанием метана в когенерационных станциях. Для утилизации тощей метановоздушной смеси в когенерационных энергостан-циях предложено использовать электророзжиг. Изменение технологической схемы утилизации метана в когенерационных станциях обеспечило возможность полно-стью или частично отказаться от использования электроэнергии, потребляемой в ко-тельных. Дополнительный экологический эффект от использования результатов ра-боты заключается в сокращении потребления шахтой исчерпаемых природных энер-гетических ресурсов и негативного воздействия на окружающую среду. Полученные в диссертационной работе результаты теоретических и эксперимен-тальных исследований были внедрены при проведении совместных с «ДжиИ Ук-раины» работ по реализации проекта комплексной дегазации и утилизации шахтно-го метана на шахте им. А.Ф. Засядько, выбора и поставки высокоэффективного ко-генерационного оборудования для теплоэнергетического комплекса утилизации ме-тана и разработки технических решений по повышению экологической безопасно-сти производства. Расчетный экономический эффект от внедрения разработанных в работе способов повышения дебита подземных дегазационных скважин в условиях шахты им. А.Ф. Засядько составляет около 1756,5 тыс. грн / год. Социальный эф-фект заключается в повышении экологической безопасности за счет снижения выб-росов метана в атмосферу

The criterion of estimation of ecological risks of functioning of high-performance coal mines with the use of the complex degassing and further utilization of methane is grounded. A criterion differentiated takes into account the volumes of emission of meth-ane in an atmosphere and removal methane, and into account the organized and unorgan-ized troop landings of hotbed gases from coal mines. The use of this criterion allowed to give ecological estimation to the developed technical decisions of decline of the troop landings of methane in an atmosphere. Researches are conducted and conformities to the law are set redistributions of meth-ane in an coal-rock array under action of cleansing works. Rational technological meas-ures on reduction of emission of mine methane in an atmosphere, including, are grounded: choice of the modes of operations of ventilators of above all ventilation, providing creation of zero depression area for the management of methane-apportionment from the produced space; irrigation of the produced space by the specially prepared mixture; preliminary electric-kindle for the use of mixture with low maintenance of methane in the cogeneration stations. It is drawn on got result at perfection of the system of the complex degassing of O.F. Zasyad’ko mine and in the educational process of DonNTU.