Извлечение метана из угольных пластов

М Г Г У 

московский 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С О В Е Т 

Председатель 

Л. А. 
ПУЧКОВ 

Зам. 
председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 

Члены редсовета 

И.В. 
ДЕМЕНТЬЕВ 

A. 
П.ДМИТРИЕВ 

Б.А. 
КАРТОЗИЯ 

В. В. КУРЕХИН 

М.В. 
КУРЛЕНЯ 

В. И. ОСИПОВ 

э.м. 
СОКОЛОВ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В. В. ХРОНИН 

B. А. 
ЧАНТУРИЯ 

Е.И. ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 

МОСКОВСКОГО 

ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 

ректор 
МГГУ, 
чл. -корр. 
PA II 

директор 
Издательства 
МГГУ 

академик 
РАЕН 

академик 
РА ЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
МАИ 
ВIII 

академик 
PA II 

профессор 

академик 
PA II 

академик 
PA II 

s 
5 

М Г Г У 

Л. А. Пучков 
СВ. Сластунов 
К.С. Коликов 

ИЗВЛЕЧЕНИЕ 
МЕТАНА 
ИЗ УГОЛЬНЫХ 
ПЛАСТОВ 

Л 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО м о с к о в с к о г о 
ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

2 0 0 2 

УДК 622.411.33 
ББК 33.31 
П 88 

ФЕДЕРАЛЬНАЯ ПРОГРАММА КНИГОИЗДАНИЯ РОССИИ 

Пучков Л.А., Сластунов СВ., Коликов К.С. 

П88 
Извлечение метана из угольных пластов. — М.: Издательство 
Московского государственного горного университета, 2002. — 383 с. 

ISBN 5-7418-0060-2 (в пер.) 

Рассмотрены основные факторы, определяющие интенсивность и степень 
извлечения угольного метана из неразгруженных угольных пластов. Представлены способы активного воздействия на углегазопосные пласты с целью изменения их газодинамических свойств, технологические схемы, параметры и применяемое оборудование. Приведены результаты аналитических, лабораторных 
и шахтных исследований газодинамики и структуры угольного пласта в зонах 
активного воздействия. Изложены результаты поисковых экспериментальных 
работ и промышленного внедрения этих способов, определена их эффективность и область применения. Даны рекомендации по использованию новых 
технологий извлечения угольного метана при подготовке угольных месторождений к безопасной и эффективной разработке. 

Для инженерно-технических работников топливно-энергетического комплекса, специалистов 
научно-исследовательских 
и проектных 
организаций 
угольной промышленности. 

УДК 622.411.33 
ББК 33.31 

ISBN 5-7418-0060-2 
© Л.А. Пучков, С В . Сластунов, 

К.С. Коликов,2002 
© Издательство МГГУ, 2002 

Введение 

Г

опливно-энергетический комплекс, несмотря на снижение конкурентной способности угольной отрасли, продолжает играть ключевую роль в развитии экономики. 
Угольная промышленность, являющаяся одной из базовых отраслей, имеет ряд особенностей, резко проявившихся в период 
перехода экономики к рыночным отношениям. С одной стороны, уголь и ценные продукты его переработки являются жизненно необходимыми для народного хозяйства и населения, с 
другой - подземная добыча угля отличается значительной капиталоемкостью, внедрение новых технологий и технических 
средств, равно как и окупаемость их на шахтах, требуют значительных периодов времени, что создает дополнительные сложности в новых условиях хозяйствования. 

Усиление негативного отношения к атомной энергетике, 
снижение темпов роста добычи нефти при более быстром росте 
потребления теплоэнергоносителей создают благоприятную 
перспективу для угольной промышленности. Так, по прогнозу 
Массачусетского технологического института США, роль угля 
в обеспечении теплоэнергопотребления увеличится с 20-25 % в 
1989-2000 гг. до 30 % в 2010 г. и до 40-56 % в 2050 г. [133]. 

Снижение напряженности в работе угольной отрасли возможно только на основе разработки и реализации быстродействующих технологических и организационно-экономических мероприятий, способных стабилизировать деятельность горных 
предприятий, особенно функционирующих в осложненных горно-геологических условиях (высокая газоносность, выбросоопасность угольных пластов и др.), и обеспечить рост уровня показателей их работы в самом ближайшем будущем. 

Успешная адаптация производственных систем к рыночным требованиям возможна лишь при объективном учете особенностей проявлений газодинамических процессов в широком 
диапазоне условий разработки высокогазоносных 
угольных 
месторождений. Удорожание горной техники и оборудования 
повышает себестоимость ошибок при принятии технологических решений. Принятие обоснованных решений может обес
5 

Введение 

печить эффективность организационно-экономических преобразований на различных уровнях структуры отрасли. 

Таким образом, разработка прогрессивных технологических решений при отработке высокогазоносных угольных месторождений с учетом специфики проявлений газодинамических процессов в угольных шахтах вносит значительный вклад 
в ускорение научно-технического прогресса в отрасли, составляет основу актуальной научной проблемы, имеющей важное 
народнохозяйственное значение. 

Проблема безопасного и эффективного ведения горных работ на газоносных угольных шахтах сформировалась много 
десятилетий назад, но особенно обострилась в последнее время 
в связи с углублением шахт и интенсификацией производственных процессов, при этом резко возросла природная газоносность разрабатываемых угольных пластов и вмещающих пород 
и соответственно газообильность шахт. 

В настоящее время технико-экономические показатели работы газовых шахт на 35-50 % ниже, чем негазовых шахт в 
аналогичных горно-геологических условиях. Доля затрат на 
управление газовыделением (вентиляция и дегазация) в себестоимости добычи угля достигает 25 %. 

В странах С Н Г доля используемого метана не превышает 
10 % от извлекаемого средствами дегазации. За рубежом этот 
показатель по ряду районов (бассейнов) достигает 80-90 %. 

По оценкам ряда специалистов, на территории СНГ запасы 
метана в угленосной толще в 5-7 раз превышают запасы природного газа и оцениваются в 100-150 трлн м

3. Следовательно, 
основные угольные бассейны необходимо рассматривать как 
газоугольные и предусматривать при их освоении добычу не 
только угля, но и метана. 

Величина максимальной природной метаноносности угольных пластов в странах СНГ составляет для углей: длиннопламенных и газовых - 8-15 м

3/т, коксующихся, жирных - 16-28 м

3/т, 
тощих и антрацитов - 20-35 м

3/т. Метан, содержащийся в угольных месторождениях, может рассматриваться как дополнительное энергетическое сырье. 

Извлечение метана угольных месторождений позволит решить одновременно несколько задач: использовать извлеченный метан для выработки электроэнергии, тепла и т. п.; умень
6 

Введение 

шить выбросы метана в атмосферу; снизить объем выделения 
метана в горные выработки и тем самым повысить безопасность и эффективность добычи угля. 

Научно-технические аспекты проблемы заключаются в установлении закономерностей газодинамических процессов, протекающих в углепородном массиве угольных месторождений, и 
создании технологий и технических средств управления ими 
при извлечении метана для промышленного использования и 
повышения безопасности добычи угля. 

Развитие подземной разработки угольных месторождений 
неразрывно связано с повышением концентрации и интенсификации ведения горных работ. Переход на большие глубины сопровождается ухудшением условий ведения горных работ - усиливаются проявления горного давления, увеличивается газообильность горных выработок за счет роста газоносности пластов. Многие шахты при глубинах свыше 400-500 м отнесены к 
опасным по выбросам угля и газа. 

Все это выдвигает необходимость проведения мероприятий, позволяющих эффективно готовить угольный пласт к эксплуатации. Из перспективных направлений наиболее полно могут отвечать поставленным задачам способы активного воздействия, кардинально изменяющие свойства и состояние угленосного массива [3, 37, 50, 81]. В качестве одного из них может применяться способ гидродинамического воздействия через скважины 
с поверхности, предложенный и впервые испытанный в Карагандинском бассейне в 60-е годы прошлого столетия. В то же 
время применение данного способа во многих случаях, особенно с ростом глубины залегания угольных пластов, не позволяет 
достаточно эффективно решать весь комплекс поставленных 
газодинамических задач. Эффективность управления состоянием угленосной толщи уменьшается с глубиной из-за снижения 
устойчивости, а следовательно, и проницаемости систем трещин. 
Актуальность решения проблемы эффективного управления газодинамическим 
состоянием 
массива и улучшения 
техникоэкономических показателей ведения горных работ на больших 
глубинах в ряде бассейнов стран СНГ связана еще и с тем, что 
основные запасы углей находятся на глубинах 400-600 м и ниже. 

Как было указано, интенсивное развитие и концентрация 
горных работ в определенных горно-геологических и горно
7 

Введение 

технических условиях ограничиваются газовыделением, пылеобразованием, внезапными выбросами угля, пород и газа, самовозгоранием угля, которые усложняют и удорожают производство и являются опасными факторами. 

Технические возможности созданных и внедренных добычных и проходческих комплексов в значительной мере недоиспользуются из-за все возрастающего газовыделения и необходимости соблюдения жестких норм проветривания угольных 
шахт. Производительность добычных комплексов, оборудованных гидравлическими крепями, способными обеспечить добычу 
в забое более 5000 т/сут, ограничивается по газовому фактору; 
при увеличении метанообильности до 30 м

3/т их производительность может составить не более 400-600 т/сут. Вместе с тем эффективность используемых мер по борьбе с метаном и пылью, 
несмотря на развитие научных исследований и совершенствование практических мероприятий на шахтах, позволяет снизить 
газообильность и запыленность атмосферы в среднем не более 
чем на 30-50 %. 

Изложенное позволяет утверждать, что угленосная толща 
как коллектор газа и пыли является объектом исследований, 
направленных на предотвращение основных опасностей в шахтах, путем создания и внедрения новых физико-технических, 
физико-химических и комплексных методов воздействия. Добиться существенного повышения эффективности и безопасности угледобычи возможно на основе использования региональных методов управления свойствами и состоянием угольных 
месторождений. 

Проблема имеет еще один важный аспект. В угольных пластах и вмещающих их породах заключены огромные запасы 
ценнейшего углеводородного сырья - практически чистого метана. Извлеченный из недр до ведения горных работ метан используется и в дальнейшем будет использоваться не только как 
топливный ресурс, но и как химико-технологическое сырье. 
Последнее позволяет решить еще один актуальный вопрос горного производства - обеспечение экологически чистой комплексной безотходной технологии угледобычи. 

Настоящая работа выполнена по одному из приоритетных 
для МГГУ научных направлений - проблеме метанобезопасности угольных шахт - и базируется на разработке новых техно
8 

Введение 

логий заблаговременной подготовки угольных месторождений 
к безопасной и эффективной разработке через скважины с поверхности. В становление этого направления большой вклад 
внесли профессора Н.В. Ножкин, А.С. Бурчаков, С.А. Ярунин, 
Ю.Ф. Васючков, их коллеги и ученики. В настоящее время это 
направление развивается в рамках научной школы, возглавляемой чл.-корр. РАН Л.А. Пучковым. 

Выполнение приведенных и обобщенных исследований было бы невозможным без участия большого числа ученых и специалистов, в особенности исполнительного директора угольного 
департамента АО «ИСПАТ-КАРМЕТ», доктора технических 
наук Г.М. Презента, технического директора, доктора технических наук С.К. Баймухаметова, начальника управления «Спецшахтомонтаждегазация», кандидата технических наук И. А. Швеца, а также ученых МГГУ и других организаций: профессоров 
Е.А. Ельчанинова, Г.Н. Фейта, Г.Г. Каркашадзе, кандидатов 
технических наук О.В. Смирнова, А.В. Агаркова, М.В. Шмидта, 
С М . Горбунова, Ф.А. Муллагалиева, инженеров А.А. Шипулина, Н.М. Стояна, В.И. Тонких и многих других, которым авторы 
выражают особую признательность. 

СОСТОЯНИЕ 
ПРОБЛЕМ 
УГОЛЬНОГО 
МЕТАНА