Реальность промысловой добычи метана из неразгруженных угольных пластов

с 
ГОРНЫЕ 
НАУКЙ~\ 

Л.А.ПУЧКОВ 

РЕАЛЬНОСТЬ ОРОМЫСООООО ДОБЫЧИ 
МЕТЙОА 03 НЕРАЗГРУЖЕННЫХ 
УГОИЬОЫХ ПЛАСТОВ 

д 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВА КОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

МОСКВА» 1996 

УДК 622.831.3 

Пучков Л.А. Реальность промысловой добычи метана из неразгруженных угольных пластов. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1996. — 23 с. 

Приведен анализ извлечения метана из угольных пластов с учетом отечественного и зарубежного опыта и дана оценка перспектив использования угольного метана 
в России. Показано, что добыча угольного метана экономически эффективна в редко 
встречающихся геологических условиях. Обоснована целесообразность попутной добычи метана при разработке угольных месторождений. 

ISBN 5-7418-0077-7 
© Пучков Л.А. 

ВВЕДЕНИЕ 

Г
орное дело в мире в настоящее время развивается не 
без коллизий. С одной стороны, налицо наличие больших технических и технологических достижений, позволяющих обеспечивать высокоэффективную разработку 
месторождений полезных ископаемых. С другой стороны, 
увеличиваются экономические потери за счет некорректных прогнозов, научной необоснованности дорогостоящих практических решений. 

Одним из важнейших противоречий в современном 
горном деле является противоречие геологических и технологических феноменов. Его сущность заключается в 
том, что богатые месторождения отрабатываются весьма 
неэкономичными методами, тогда как наиболее совершенные технологии свойственны разработке относительно бедных месторождений. Другим обстоятельством являются попытки перенести опыт разработки богатых месторождений на более широкий спектр геологических условий, совершенно не подходящих для таких решений. 
Иными словами, геологический феномен пытаются представить как технологический, что при недостаточно квалифицированном подходе способно привести к серьезным 
экономическим потерям. 

Именно такой случай имеет место в попытках внедрить 
в России так называемую «американскую технологию» добычи угольного метана. СССР являлся той страной, где 
более 30 лет назад впервые была начата добыча метана из 
угольных пластов через скважины, пробуренные с поверхности. Ученые Московского государственного горного 
университета внесли основной вклад не только в соответствующие направления горной науки, но и в создание 
технологий извлечения метана из угольных пластов и их 
реализацию. У нас имеется достаточно опыта и знаний, 
чтобы правильно оценить достоинства и недостатки технологий, которые усиленно пытаются внедрить в угольных 
бассейнах России, Украины и Казахстана газовые компании 
США. Этому анализу и посвящена настоящая работа. 

5 

В
производственных и научных кругах России и ряда 
других стран интенсивно обсуждаются вопросы промысловой добычи метана из угольных пластов. В качестве 
основы таких дискуссий используется опыт газовых компаний США по добыче метана из угольных пластов [1,2]. 
Между тем, то, что в литературе названо как американская технология добычи метана из угольных пластов, 
представляет собой один из вариантов разработанной в 
бывшем СССР технологии извлечения метана через скважины с поверхности, известной как «Заблаговременная 
дегазация угольных месторождений » [4,6, 7]. Эта технология защищена более, чем 50 авторскими свидетельствами СССР и патентами, отражена в 250 публикациях. Ряд 
из них приведен в библиографии [4, 5, 6, 8, 9, 10]. Опыт 
создания этой технологии позволил горной науке в бывшем СССР исследовать фундаментальные процессы, происходящие в угольных пластах при различных методах 
его обработки из скважин, существенно повысить наши 
знания об угольных пластах как системе уголь-газ, угольгаз-вода, обосновать и практически реализовать целый 
ряд новых способов обработки угольных пластов и на 
основе этого существенно снизить газообильность и пылевыделение в шахтах. На основе этого опыта были созданы производственные структуры в Донецком и Карагандинском бассейнах для практической добычи метана из 
угольных пластов, которые функционируют и по настоящее время. 

Отсутствие каких-либо ссылок на отечественные публикации по этой проблеме [3] — это вопрос не столько 
этический (хотя это имеет также немаловажное значение) . Главное заключается в том, что без учета этих работ 
и соответствующего производственного опыта в настоящее время трудно повысить эффективность извлечения 
метана из угольных пластов. 

Вторая особенность публикаций по этой проблеме заключается в том, что и американский опыт, который используется в качестве основной базы, освещается поверхностно и некорректно. Недостаток подхода в анализе 

6 

американских исследователей заключается в том, что самые лучшие показатели извлечения метана распространяются на угольные месторождения в целом, что приводит в конечном итоге к завышению относительных показателей добычи метана из угольных пластов и, как следствие этого, к неправильному технико-экономическому 
обоснованию проектов по добыче метана. 

Целью настоящей работы является оценка реальных 
возможностей промысловой добычи метана из угольных 
пластов, более широкое ознакомление научной общественности с действительным состоянием дел в этой важной и интересной проблеме. 

Прежде всего определим, что под промысловой добычей метана понимается извлечение метана скважинами с 
поверхности из неразгруженных горными работами 
угольных пластов, которые не обязательно подлежат выемке горными работами. Именно такой подход культивируется в настоящее время в США и в тех странах, где этот 
опыт внедряется. 

Такой подход был характерен и в бывшем СССР на 
начальной стадии развития данной технологии. В работе 
[4], в которой впервые поставлен вопрос и приведены 
первые результаты извлечения метана из угольного пласта через скважины, пробуренные с поверхности, и во 
многих более поздних публикациях именно такой подход 
рассматривался в качестве главной идеи. Однако в дальнейшем, ввиду недостаточной эффективности извлечения 
и высокой стоимости добычи метана из неразгруженных 
пластов, получила развитие комбинированная технология, которая была сориентирована на максимальное извлечение метана из разгруженного массива угля и вмещающих пород. Такая технология включает три основных 
этапа: бурение скважины с поверхности, обработка неразгруженного пласта и его дегазация, подработка скважины 
горными работами и дегазация разгруженного массива в 
зоне сдвижения (рис. 1). Таким образом, дегазация неразгруженных пластов является первой составной частью 
этой технологии. 

7 

Большой необходимости рассматривать отечественный опыт по добыче метана из угольных пластов, очевидно, нет, поскольку многочисленные результаты этих работ широко опубликованы в печати, а также в руководящих документах по проведению предварительной дегазации и извлечения метана из угольных пластов [9]. Более 
целесообразным в настоящий момент является анализ подобных работ в США, поскольку именно американская 
технология добычи метана из угольных пластов представляется сейчас как наиболее эффективная и чуть ли не 
единственная в мире. Ситуация здесь выглядит следующим образом: газовые компании США, обладающие на 
своей территории всего лишь шестью процентами мировых запасов природного газа, обратили внимание на то, 
что уголь, в больших объемах находящийся в недрах 
США, содержит количество метана, достаточное для промысловой газовой добычи. В связи с этим были организованы работы, которые в сущности представляли собой 
перенос газовой технологии, то есть добычи природного 
газа из типичных газовых месторождений, на угольные 
пласты с использованием опыта подобных работ в СССР. 

За счет крупных инвестиций в добычу метана из 
угольных пластов компаниями США были развернуты 
широкомасштабные работы. Так в 1990 году было получено 5 млрд м

3 метана, в 1992 — 15 млрд м

3, в 1993 — 
21 млрд м

3, в 1995 — 25 млрд м

3 [11]. К 2000 году 
планируется довести добычу до 36 млрд м

3 (по другим 
данным — до 50 млрд м

3) (рис. 2). 

Порядок этих цифр впечатляет прежде всего тем, что 
раньше никогда в подобных объемах нигде из угольных 
пластов метан не извлекался. Более того, существующие 
ныне знания о метане в угольном пласте, газоемкости 
углей, их сорбционной способности и процессах газоотдачи в различных горногеологических и горнотехнических 
условиях [12, 13] не дают оснований полагать, что крупномасштабная промысловая добыча метана, содержащегося в угле в основном за счет сорбционной связи, вообще 
возможна физически и целесообразна с экономической 

9 

точки зрения. Самые лучшие показатели дегазации неразгруженных горными работами пластов, полученные в 
Карагандинском и Донецком бассейнах, характеризуются 
снятием метана в количестве 5-7 м

3 на тонну дегазируемого угля при исходной газоносности, превышающей 20 
м

3/т. Это составляет всего 0,85 % от энергетического 
потенциала угля, и по этой причине добыча метана в 
России осуществляется как попутная наряду с добычей 
угля. При этом в первую очередь решаются проблемы 
обеспечения безопасности и повышения производительности угольных шахт, поскольку метан, выделяющийся в 
шахтах в горные выработки, является мощным ограничительным барьером для производства работ и фактором, 
резко снижающим технико-экономические показатели 
работы шахт. 

198Ь 
1986 
/338 
1990 
/993 
/99$ 
/996 
/998 
2000 

Годы 

Рис. 2. Динамика добычи метана из угольных пластов в США: 
1 - прогноз США, 2 - предполагаемый прогноз; ??77\ '
 д
о
л
я бассейна Сан-Хуан 

Использование метана как энергетического или как 
химического продукта фактически рассматривалось и 
рассматривается с точки зрения проблемы комплексного 
использования угля. Метан разрабатываемых угольных 
пластов никогда не ставился на баланс предприятия и в 
принципе не вызывал большого интереса как добавочный 
энергетический продукт. Часть метана, добываемого дегазационными скважинами с поверхности или подземными дегазационными системами, утилизируется, однако с 

10 

экономической точки зрения это далеко не всегда выгодно, в особенности при наличии сети природного газа. 

В целом по этим причинам больших успехов в этой 
области в СССР и в России не было достигнуто. 

Лучшие показатели в этом отношении имела ФРГ, в 
которой утилизировалось до 55 % угольного метана, выделяющегося при ведении горных работ в шахтах. Причем 
речь идет только о подземных способах дегазации. 

В настоящее время в связи с тем, что имеются достаточно эффективные технологические системы по утилизации шахтного метана, этот попутный газ нецелесообразно выпускать в атмосферу, тем более, что это сопровождается и некоторыми экологическими последствиями 
[11]. Поэтому проблема утилизации шахтного метана является одной из важных составных компонент усиления 
экономической эффективности добычи угля. 

Это также одна из причин, по которой дегазацией и 
извлечением метана из разрабатываемых угольных пластов в бывшем СССР и в России всегда занимались угольные учреждения, в частности, Министерство угольной 
промышленности СССР и соответствующие научно- исследовательские и производственные организации. Метан 
угольных пластов в СССР и в России не вызывал и не 
вызывает сколько-нибудь повышенного интереса со стороны газовой промышленности. И это понятно, если 
учесть, что Россия, в отличие от США, обладает большими запасами природного газа, и газовая промышленность 
имеет большое поле деятельности для высокоэффективной добычи метана из газовых месторождений. 

Это принципиальная разница в подходе двух стран, — 
бывшего СССР и США — к проблеме добычи угольного 
метана. В США вопрос решается в основном газовыми 
компаниями, не связан непосредственно с добычей угля, 
поскольку в большинстве случаев метан извлекается на 
шахтных по лях, не проектируемых в ближайшее время к 
отработке. Таким образом, можно сказать, что в СССР 
решалась и ныне в России решается проблема попутной 
добычи метана и его утилизации при добыче угля, тогда 

11 

как в США речь идет о промысловой добыче метана из 
угольных пластов, не связанной непосредственно с добычей угля. Эта разница в подходах носит практический 
характер, поскольку с научной точки зрения речь идет об 
исследовании одних и тех же процессов извлечения метана из угольных пластов при различных способах воздействия на пласты из скважин, пробуренных с поверхности. 
Поэтому необоснованным является рассмотрение этого 
вопроса как некой новой научной проблемы. Речь может 
идти о развитии и совершенствовании как способов извлечения угольного метана, так и способов его утилизации. 

Рассмотрим теперь показатели добычи метана из 
угольных пластов в США. Основной показатель, как уже 
было отмечено выше, это общий объем метана, добываемого из угольных месторождений, который по данным за 
1993 год, составил около 21 млрд м

3 [14, 15]. 

Анализируя объем добычи метана в США в 21 млрд м

3 

за 1993 год, мы не можем не обратить внимание на то, что 
почти весь метан был добыт практически в двух бассейнах. 
Из них определяющая часть добыта в бассейне Сан-Хуан 
— 17 млрд м и 2,9 млрд м

3 — в бассейне Блэк Вэрриор. 
Основные инвестиции при этом были вложены в добычу 
метана в бассейне Сан-Хуан [15]. 

Для оценки потенциала угольного метана в бассейне 
Сан-Хуан были проведены специальные геологоразведочные работы. Было пробурено 17000 скважин, благодаря чему были выделены зоны с высоким потенциалом 
метана. Эти зоны, по выводам американских геологов, 
отвечают четырем геологоразведочным критериям. 

Важнейшим критерием является наличие мощных 
пластов угля высокой степени метаморфизма, проницаемости и хрупкости с отражательной способностью RQ > 
0,75. Этому критерию соответствует 1345 кв. миль от 
общей разведанной территории бассейна Сан-Хуан, составляющей в целом 6759 кв. миль, т.е. 20 % . 

Вторым критерием является высокая газоносность угля, фактически совпадающая с его газоемкостью. Этому 

12