ЭКиП № 3. УГОЛЬНЫЕ ШАХТЫ: БЕЗОПАСНОСТЬ, ЭКОЛОГИЯ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Предприятия угольной промышленности относятся к опасным производственным объектам, за которыми осуществляется государственный контроль (Ростехнадзор, военизированные горноспасательные части МЧС России). Но даже такой контроль не спасает угольные шахты от крупнейших аварий. Печальный пример — это взрыв газовоздушной смеси в ноябре 2021 г. на угольной шахте "Листвяжная", которая расположена в городе Белово Кемеровской области. Чтобы представить масштаб этой аварии, стоит сказать, что в зону подземного взрыва попали горные подземные выработки протяженностью 15 км. Ударная воздушная волна разрушила большинство вентиляционных сооружений, в результате образовались большие подземные участки с непригодной для дыхания атмосферой.
Опасность аварий угрожает каждой из 53 действующих угольных шахт России. С 2017 по 2020 гг. на 1 млн т добываемого угля в России приходилось 0,04 смертельных случая (для сравнения в США этот показатель составлял 0,02, т.е. в два раза меньше). Учитывая объем добываемого в России угля (около 400 млн т), можно оценить потенциальную смертность шахтеров.
Наиболее распространенные причины аварий, наносящих наибольший материальный ущерб и угрожающих жизни и здоровью горнорабочих, — взрывы метана, угольной пыли и связанные с этим подземные пожары.
Самый проблемный фактор при подземной добыче угля — это метан. Порой его содержание в угольных пластах составляет 5–10 % (по теплотворной способности) от массы собственно угля, а при концентрации в воздухе от 4,4 до 17 % такая смесь взрывается. Поэтому сначала проводят дегазацию угольных пластов, для чего бурят скважины с поверхности земли и с помощью насосов откачивают газообразный метан. После этого можно начинать добычу угля, но метан продолжает выделяться в атмосферу подземных выработок и необходимо постоянное вентилирование шахты. Концентрация метана в таких вентиляционных выбросах не должна превышать 1 %, т.е. быть в 5 раз меньше нижнего порога взрываемости. Этим обусловлена средняя производительность вентиляционных систем шахты — около 500 тыс. м3 /ч. Суммарные выбросы метана с вентиляционными выбросами шахт в России составляют до 2 млн т условного топлива в год, а одна шахта выделяет в атмосферу около 40 тыс. т метана в год.
Все, что было сказано выше, относилось к факторам опасности угольных шахт. Теперь обратимся к экологическим последствиям таких вентиляционных выбросов. Потенциал воздействия на глобальное потепление у метана в 21 раз больше, чем у СО2. Соответственно платежи, которые планируется взимать за выбросы в атмосферу парниковых газов, для метана будут в 21 раз больше, чем для углекислого газа. Учитывая ожидаемую величину платы за тонну одной углеродной единицы (СО2) в размере 40–50 Евро, угольной промышленности России угрожает дополнительный налог на выбросы метана до 1 млрд Евро/год.
Такие затраты вряд ли будут способствовать повышению экономической эффективности угольных компаний. В ряде случаев это будет вести к закрытию шахт и угрозе безработицы в отдельных регионах (например, Кузбасс).
Как же бороться с такой внешней экономической угрозой? В ряде стран (Австралия, Канада, Китай) метансодержащие выбросы уже используют в качестве топлива. Это позволяет вырабатывать горячую воду, а в некоторых случаях и электроэнергию. Например, в среднем одна угольная шахта может обеспечить получение 700 т/час горячей воды (что составляет около 40 Гкал теплоты в час) или функционирование электрогенерирующих мощностей 15–20 Мвт. Такой мощности достаточно для электроснабжения около 2000 квартир.
Вернемся, однако, к экологии. Использование вентиляционных выбросов угольных шахт основано на окислении метана до углекислого газа. Если учесть, что масса продуктов окисления (СО2) будет в 3 раза больше исходной массы метана, то размер налога за выбросы парниковых газов при данном процессе снизится в 7 раз! Таким образом, появляется возможность добиться получения дополнительной энергии и уменьшения платежей. В итоге реализация технических решений по переработке вентиляционных выбросов может обеспечить значительное повышение эффективности угольной отрасли России в целом.
И, напоследок, хочется отметить, что упомянутые ранее разработки, применяемые в Австралии, Канаде, Китае, имеют российские научные корни. Пора бы и в России начать воплощение этого опыта в жизнь.
А.С. Носков
Зам. директора по научной работе
ФИЦ "Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН",
д-р техн. наук, профессор, главный редактор журнала ЭКиП