Category: производство

Category was added automatically. Read all entries about "производство".

Добро пожаловать и немного о журнале

В этом журнале размещаются только (почти только) статьи, интервью и прочие материалы по теме малой энергетики, экологии, безопасности инфраструктуры, перспективным проблемам квалифицированного терроризма, изменениям климата и прочим вещам, далёким от нашей повседневной жизни, интересным и касающимся лишь специалистов.

Учитывая, что указанные тематики сродственны, в каждой отдельной статье затрагивается ряд из них. Например, что делать с проблемой выхода из строя газопроводов по причине непрерывного смещения границы вечной мерзлоты, как жить в Москве, если любители коротких штанов и помещающейся в кулак бороды начнут запускать дроны, рассеивающие в засуху пирофорные элементы над лесами и торфяниками, а зимой – замыкать Московское энергетическое кольцо?
Что делать, что бы в доме были свет и тепло, когда сила ураганного ветра в московском регионе достигает значений, на которые не рассчитаны опоры даже новых высоковольтных ЛЭП. И правда ли, что зима будет теплой, а на пальмах в Новосибирске начнут цвести ананасы т.к. идёт глобальное потепление, а не глобальная оттепель при очередном ледниковом периоде.
Почему plug-in hybrid, солнечные батареи на крыше и наличие колодца могут стать средством выживания читателя в грядущем. И можно ли будет жить в городе, где неустранимые уязвимости систем вентиляции и водоснабжения потребуют для кардинальной модернизации до 8-ми доходных частей бюджета России целиком.
Для чего в многоэтажном доме (МКД) может потребоваться буржуйка, подключённая к системе отопления всего дома, где можно будет сжигать мебель, паркет, ТБО и деревья с округи. И при каких обстоятельствах от наличия такого водогрейного котла на твёрдом топливе будет завесить жизнь обитателей дома. И почему, если такой водогрейный котёл будет вырабатывать немного электроэнергии, нужной для работы его автоматики и систем циркуляции теплоносителя, это позволит снизить смертность в МКД, оставшихся без света, тепла и газоснабжения в самую холодную пятидневку.
Что делать, когда блэкаут (каскадная авария в электросетях) произошёл холодным вечером, метро замерло, пробки из трамваев троллейбусов и личных машин засыпало снегом, до вокзала не доехать, а электрички на дачу встали. Да и скорая, полиция, службы охраны перестали реагировать на звонки. В сети ток напряжением 0 Вольт с частотой 0 Гц, надёжная дверь с электромагнитным замком открылась и в квартиру скребутся трудолюбивые гастарбайтеры в поисках хозяев той новой и дорогой Camry, у которых в баре стоят бутылки с харамом и точно есть чем поживиться на дозу.
Также затронем тематику реконструкции МКД, а не их сноса под видом реновации и как это связано с майнингом биткойнов и риском того, что будет подорвана продовольственная безопасность путём точечного заражения террористами, например, 0,001% посевов сильнодействующими ядам, когда остальные 99,999% сельхозпродукции будет хоть и безопасно но страшно есть.
И рассмотрим вопросы повышения энерогэффективности и экологичности, создания дружественной окружающей среды, устойчивого развития и решений в стиле win-win, что бы всё указанное выше реализовалось от слова никогда, благодаря работе эффективныйх менеджеров и мудрому руководству нашими невороватыми рабами с галер.

Все публикуемые материалы написаны только автором, его коллегами или являются их интервью, докладами и т.п.
Автор будет рад любой критике, замечаниям и т.п. Наиболее желательна критика с указанием замеченных ошибок и с приведением доводов. Всегда буду рад развернуто на неё ответить и учесть в работе, ежели критика конструктивна. Неконструктивной критике также рад – она повышает рейтинг и всякие там хирши с уDOIями :) Ещё можете похвалить, если материал понравился, но это не очень требуется.
Если у читателя возникнет продолжение по новому направлению, не затронутому в исследованиях, всегда буду рад обсудить тему, а равно рассмотреть возможность внедрения разработанных технических и организационных мероприятий по снижению риска потенциальной гибели населения в ЧС, защите производств от инфраструктурных рисков и прочих оскалов будущего, рассмотренных в материалах.

Заглянувшие сюда могут прочитать и фельетон биографии автора странички.

Желаете зафрендить милости прошу. В друзья взаимно добавляю. Если добавили, то лучше отпишитесь в этом посте, что бы не сложилась ситуация, что случайно пропустил сообщение о добавлении в друзья.

P.S. Некоторые более свежие материалы, не выложенные в ЖЖ, доступны на сайте "Academia.edu".

P.P.S. Все остальные темы могут обсуждаться в песочнице, например в Facebook, Twitter, Linkedin и в прочих сетях, куда теперь практически не заглядываю:

[Ссылки]
Зеркало журнала по адресу: http://lj.rossia.org/users/samo_de1kin/

В ответ на новую политику "ЖЖ" настоящим я объявляю, что все мои персональные данные, фотографии, рисунки, переписка и так далее, являются объектами моего авторского права (согласно Бернской Конвенции). ДЛЯ КОММЕРЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ всех вышеупомянутых объектов авторского права в каждом конкретном случае необходимо мое письменное разрешение. Если использование некоммерческое, то допустимо копирование материалов при наличии ссылки на источник или активной ссылки в электронном материале.

ОЧИСТКА ШАХТНОГО ГАЗА ОТ МЕТАНА

ОЧИСТКА ШАХТНОГО ГАЗА ОТ МЕТАНА

Хавкин А.Я., Велицко В.В.

Статья опубликована в сборнике «Содействуя экономическому развитию России. Проекты международного общественного фонда «Фонд содействия экономическому развитию им. Байбакова Н.К.» за 1996-2011 гг.», М., Нефть и газ, 2011.

Шахтным способом в России добывается около 100 млн. тонн угля в год. Пыль и газообразные продукты в атмосфере горных выработок и на поверхности техногенного массива являются во многих случаях источниками профессиональных вредностей, а также опасности возгораний и взрывов. Заболевания органов дыхания рабочих являются самыми распространёнными (более 30%) при добычи угля, а взрывы газа и пыли в подземных выработках сопровождается наибольшим числом жертв, а пожары – максимальным экономическим ущербом. Разработка метанонос-ных пластов продолжает оставаться одним из основных факторов риска взрывов метано-пылевоздушных смесей с большими человеческими и экономическими поте-рями [1].
Эпизодические «всплески» концентрации метана при выхлде его из угольного пласта могут превышать допустимые пределы и вызывать его воспламенение, пере-ходящие во взрывы газа и пыли [1]. На рисунке представлена динамика добычи уг-ля, травматизма со смертельным исходом и аварийности за 1997-2005гг. на шахтах РФ. За этот период в шахтах угледобывающих бассейнов России произошло около 100 взрывов именно метано-воздушной смеси, причем взрывы происходят во всех категориях шахт по газу [2].

1

Рисунок. Динамика травматизма (количество человек)
со смертельным исходом Nd (1) и аварийности Na (2) на шахтах РФ.

Трагические события на угольных шахтах позволяют сделать вывод о явных недостатках существующих способов борьбы с пылевыделением и пылепереносом, а также локализации пожаров. При постоянном улучшении применяемых способов вентиляции шахт, современных приборов газоанализа, всё чаще основной причиной пожаров и взрывов является человеческий фактор. В связи с этим, необходима раз-работка надежных систем защиты рабочей зоны угольных шахт от взрывов пыли и газа, исключающих негативное влияние человека.
Существуют ряд способов борьбы с выделением метана: закачка свежего воздуха в шахты и предупреждение выхода метана различными смолами и полиме-рами [1-4]. При этом проблема извлечения метана из угольных пластов имеет две стороны: снижение последующего выделения метана в горные выработки шахт при шахтной добыче угля и извлечение метана как углеводородного продукта.
Оказалось, что эти две проблемы могут быть решены совместно. Так, одним из методов предотвращения выделения метана в штреки при шахтной добыче угля может быть использование специальных устройств для перевода метана из воздуш-ной среды угольных шахт в газогидратную форму с последующим использованием этого газогидрата в качестве топлива [5-7].
Для этого можно использовать специальное устройство, очищающее воздуш-ную смесь угольных штреков от метана путем перевода метана в гидратную форму.
В этой установке наружный воздух при атмосферном давлении с температу-рой плюс15-20°С поступает во входной фильтр, где производится удаление механи-ческих примесей. После очистки от мехпримесей воздух поступает в рекуператив-ный теплообменник, где происходит предварительное охлаждение воздуха перед подачей в газогидратный агрегат. В компрессионной части газогидратного агрегата происходит сжатие воздуха, сопровождающееся повышением его температуры. Тепло от сжатого воздуха отводится в окружающую среду. Охлаждённый сжатый воздух из сухой градирни поступает в расширительную часть газогидратного агрега-та, где происходит снижение его температуры до минус 30°С. Охлажденный воздух вместе с водой поступает непосредственно в модуль по образованию гидрата мета-на. На выходе из газогидратного агрегата будет безметановая воздушная среда.
Расчеты показывают, что такая установка, обеспечивающая очистку 1 нм3 в минуту, будет иметь вес около 70 кг, обеспечивающая очистку 4 нм3 в минуту, будет иметь вес около 250 кг, обеспечивающая очистку 35 нм3 в минуту, будет иметь вес около 2 тонн. Типизация установок позволит использовать их в небольших ответв-лениях шахты и в центральном штреке.

Литература
1. Шувалов Ю.В., Смирнов Ю.Д. Твердеющие смеси для защиты от негативно-го воздействия техногенеза и окружающей среды // Интернет, Популярное бетоно-ведение, Дата публикации: 11.06.2008.
2. Шувалов Ю.В. Безопасность жизнедеятельности трудящихся в горнодобы-вающих регионах Севера // СПб., МАНЭБ, 2006.
3. Угольная промышленность за рубежом / Зайденварг В.Е., Гаркавенко Н.И., Афендиков В.С. и др. // М., Горная промышленность, 1993, 389с.
4. Чубриков А.В. Применение полимерных технологий для повышения эффек-тивности и безопасности горных работ // Безопасность труда в промышленности, 2006, №9.
5. Хавкин А.Я. Нанотехнологические инновации в газовой промышленности // Газовый бизнес, 2009, март-апрель, с.62-64.
6. Хавкин А.Я. Наноявления и нанотехнологии в добыче нефти и газа / под ред. член-корр. РАН Г.К.Сафаралиева // М., ИИКИ, 2010, 692с.
7. Хавкин А.Я. Применение нанотехнологий для утилизации метана // Нанояв-ления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям, Материалы Конференции в г. Москва 21-22 октября 2010г., М., Нефть и газ, 2010, с.420-421.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАНСПОРТА С ПНЕВМОПРИВОДОМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ШАХТАХ И...

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАНСПОРТА
С ПНЕВМОПРИВОДОМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
В ШАХТАХ И ВЗРЫВООПАСНЫХ СРЕДАХ


Велицко В.В., Краснов А.Г.

Статья опубликована в сборнике «Содействуя экономическому развитию России. Проекты международного обще-ственного фонда «Фонд содействия экономическому развитию им. Байбакова Н.К.» за 1996-2011 гг.», М., Нефть и газ, 2011.

Промышленный транспорт предназначенный для эксплуатации в условиях, когда необходимо минимизировать вредные газовые выбросы, а также минимизировать риски взрыва взрывоопасной внешней среды. Целевые области применения:
транспортные средства для подземной эксплуатации;
транспортные средства для работы в закрытых помещениях;
транспортные средства для взрывоопасных производственных помещений и рабочих зон;
складская техника.
[Читать далее:]
Основой промышленного взрывобезопасного транспорта с рекуперацией энергии является ресивер – емкость для сжатого воздуха, аккумулирующая потенциальную энергию и турбопоршневая установка, выполняющая роль пневмопривода, приводящего движитель транспортного средства (колёса и т.п.), посредством расширения сжатого воздуха и/или компрессора, наполняющего ресивер сжатым воздухом, например, при рекуперации энергии торможения

Наземный промышленный транспорт с пневмоприводом может выполняться:

Вариант 1. В виде автономного транспортного средства, например, колёсного или рельсового погрузчика, тягового или иного устройства, оборудованного полным комплексом, позволяющем автономно осуществлять зарядку ресивера сжатым воздухом, например, от электрической сети за счет специального электропривода.

Вариант 2. В виде транспортной системы, состоящей из:
компрессорной станции, которая обеспечивает подготовку сжатого воздуха;
транспортных средств с пневмоприводом и рекуперацией энергии;
постов зарядки размещаемых, в зоне работы транспортных единиц, к которым подключаются транспортные средства для зарядки сжатым воздухом;
магистрального трубопровода обеспечивающего транспортировку сжатого воздуха от компрессорной станции к постам зарядки.

В исполнении транспортной системы для работы в наземных условиях землей, компрессорная станция размещается на поверхности,

Эксплуатация транспорта и/или транспортной системы с пневматическим приводом позволяет:
исключить вредные выбросы в зоне работы транспортных средств;
минимизировать риски взрывов во взрывоопасных средах;
снизить затраты на вентиляцию путём снижения кратностей воздухообмена;
обеспечить возможность зарядки ресиверов машины с пневмоприводом в любой точке рабочей зоны от магистрали сжатого воздуха.
снизить эксплуатационные затраты:
на размер разницы стоимости энергоносителей: дизтоплива (для дизельных транспортных средств) и электроэнергии, используемой для зарядки пневмотранспорта.
Исключить затраты на содержание и обслуживания аккумуляторных батарей.
Исключить затраты на сервис коробки передач и сцепления, которые в значительной степени подвержены износу и выходу из строя на транспортных средствах с дизельным приводом и механической трансмиссией.

При использовании системы промышленного транспорта с пневмоприводом при подземных работах, например, в условиях шахт, применение пневмотранспорта позволяет получить дополнительный положительный эффект:
­ в 1,5 – 2 раза минимизировать минимально-необходимое сечение штреков в сравнении со штреками, в которых используются дизельные погрузочные машины;
­ минимизировать риски взрывов во взрывоопасных средах;
­ улучшить качество воздухообмена за счёт создания в тупиковых участках штреков избыточного давления свежего воздуха, отработавшего в пневомприводах, что наиболее актуально при отсутствии сквозного прохода воздуха через указанные штреки посредством вентиляционных штреков или вентиляционных колодцев;
­ уменьшения затрат на вентиляцию шахты, ввиду уменьшения объемов воздуха, который необходимо обновлять;
­ обеспечить возможность зарядки ресиверов шахтной машины с пневмоприводом в любой точке штрека от магистрали сжатого воздуха.

Шахтный транспорт с пневматическим приводом является взрывобезопасным, т.к. в нем отсутствуют процессы горения и электроискровые процессы.

В исполнении транспортной системы для работы в подземных условиях, компрессорная станция, которая обеспечивает подготовку и подачу сжатого воздуха в штрек, располагается на поверхности земли. За счёт создания незначительного избыточного давления воздуха в тупиковых участках штреков обеспечивается приточно-вытяжная вентиляция, что при сохранении или снижении существующих кратностей воздухообмена приводит к увеличению равномерности воздухообмена по всей протяжённости штреков.

ОЧИСТКА ШАХТНОГО ВОЗДУХА ОТ МЕТАНА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГАЗОГИДРАТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, список литературы

Велицко В.В., советник, Фонд Байбакова.

Хавкин А.Я., доктор технических наук, до-цент, главный научный сотрудник Института проблем нефти и газа Российской академии наук, лауреат Медали ЮНЕСКО «За вклад в развитие нанонауки и нанотехнологий».


ОЧИСТКА ШАХТНОГО ВОЗДУХА ОТ МЕТАНА
С ПРИМЕНЕНИЕМ ГАЗОГИДРАТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ


Статья опубликована в журнале Естественные и технические науки, 2012, №1, с. 149-161.

ЛИТЕРАТУРА
[Читать далее:]1. Совещание «Об итогах реструктуризации и перспективах развития угольной про-мышленности» 24 января 2012г. // Интернет, http://правительство.рф/docs/17848/.
2. Тулеев А.Г. Угольный регион становится газо-угольным // Нефть России, 2011, № 2, стр. 32-39.
3. Таразаров И. Итоги работы угольной промышленности России за январь-сентябрь 2011 года // Журнал «Уголь», 2011, № 12.
4. Шувалов Ю.В., Смирнов Ю.Д. Твердеющие смеси для защиты от негативного воз-действия техногенеза и окружающей среды // Интернет, Популярное бетоноведение, 11.06.2008.
5. Шувалов Ю.В. Безопасность жизнедеятельности трудящихся в горнодобывающих регионах Севера // С.-Пб., МАНЭБ, 2006.
6. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» // Интернет.
7. BP Statistical Review of World Energy, June 2011 // Интернет, bp.com/ statisticalre-view/, p.30.
8. Milkov A.V. Global estimates of hydrate-bound gas in marine sediments: how much is really out there? // Earth-Science Reviews, v. 66, is. 3-4, August 2004, p.183-197.
9. Thakur N., Rajput S. Exploration of Gas Hydrates – Geophysical Techniques // Springer, 2011, 49p.
10. Kleinberg R. Gas Hydrates // Working Document of the NPC Global Oil and Gas Study, Made Available July 18, 2007, # 1-2, 83 p.
11. Фомичев В.И. Международная торговля // Москва, ИНФРА-М, 2001, с.82.
12. Рубан А.Д. Проблема шахтного метана в России // Журнал «Уголь» 2012, № 1.
13. Rice D.D. Composition and Origins of Coalbed Gas // AAPG Search and Discovery Arti-cle #90987©1993 AAPG Annual Convention, New Orleans, Louisiana, April 25-28, 1993, p.160-161.
14. Корявка Е.А., Астахов В.С., Токарь Л.А. Гидратообразования при добыче шахтного метана и возможные пути решения проблемы // Науковий вiсник НГУ, 2010, № 7-8, с.22.
15. Синев М.Ю. Реакции свободных радикалов в процессах каталитического окисления низших алканов // Автореферат дисс…. доктора химических наук в форме научного докла-да, Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН), Москва, 2011, с.11.
16. Федеральный закон РФ от 26 июля 2010г. № 186-ФЗ «О внесении изменений в ста-тьи 1 и 14 Федерального закона «О государственном регулировании в области добычи и ис-пользования угля, об особенностях социальной защиты работников организаций угольной промышленности» и отдельные законодательные акты Российской Федерации» // Интернет.
17. Айруни А.Т. Прогнозирование и предотвращение газодинамических явлений в угольных шахтах // М., Наука, 1987, 310с.
18. Жекамухов М.К., Жекамухова И.М. К проблеме внезапных выбросов угля в шахтах // Электронный журнал «Исследовано в России», 2003, № 4, с. 526-538.
19. Хавкин А.Я. Уголь как наноколлектор природного газа // Наноявления при разра-ботке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотех-нологиям, Материалы Конференции в г. Москва 18-19 ноября 2008г., ГД РФ, М., Нефть и газ, 2008, с.236-237.
20. Угольная промышленность за рубежом / Зайденварг В.Е., Гаркавенко Н.И., Афенди-ков В.С. и др. // М., Горная промышленность, 1993, 389с.
21. Чубриков А.В. Применение полимерных технологий для повышения эффективности и безопасности горных работ // Безопасность труда в промышленности, 2006, № 9.
22. ПБ 05-618-03. «Правила безопасности в угольных шахтах» // Интернет.
23. Гражданкин А.И. Крупнейшие промышленные аварии: из углепрома в постинду-стрию // Безопасность труда в промышленности, 2011 № 8, с.60.
24. Гражданкин А.И. Крупнейшие промышленные аварии: из углепрома в постинду-стрию // Материалы конференции IV Всероссийская научно-техническая конференция «Безопасность критичных инфраструктур и территорий» НИЦ «НиР БСМ» УрО РАН Екате-ринбург 24-27 мая 2011г., Екатеринбург, 2011.
25. Пухов Ю.С. Рудничный транспорт // Москва, Недра, 1991, с.54.
26. Пархоменко А.А. Воздуховоз // Большая советская энциклопедия, 1969-1978 гг.
27. Тихонов Н.В. Транспортные машины горнорудных предприятий // М., Недра, 1985, с.183-184.
28. Мухопад М.Д. Рудниковий транспорт // Підручник, ДНТУ, Донецк, 2004, с.37.
29. Порцевский А.К. Транспорт при горноразведочных работах // М., МГОУ, 2005, с.12.
30. РД 05-311-99 «Нормы безопасности на транспортные машины с дизельным приво-дом для угольных шахт» // Интеренет.
31. ГОСТ 4.357-85 «Система показателей качества продукции. Машины погрузочно-транспортные шахтные. Номенклатура показателей» // Интеренет.
32. Jones M.J. Ventilation and Cooling Underground Mines. Encyclopedia of Occupational Health and Safety, Volume III // Geneva, International Labour Office, 1998, p.74.32-74.36.
33. Kiszynski K. Hybrid Hydrogen Systems: Stationary and Transportation Applications (Green Energy and Technology // Springer, 1st Edition, 2011. p.40-43.
34. Hydrogen Internal Combustion Engine Two Wheeler with on-board Metal Hydride Stor-age / K. Sapru, S. Ramachandran, P. Sievers, Z. Tan // Proceedings of the 2002 U.S. DOE Hydro-gen Program Review NREL/CP-610-32405, 2002, p.5.
35. Работа двигателя внутреннего сгорания на водороде / П.В.Дружинин, В.А. Мельни-ков, С.Н.Журавлев, А.А.Дегтярев // Сборник трудов III Международной научно-практической конференции «Новые топлива с присадками-2004», Санкт-Птербург, 2004, с.311-316.
36. Никитаев О.В., Харитонов Н.П. Определение категорий помещений дизельных электростанций по взрывопожарной и пожарной опасности при рассмотрении проектно-сметной документации // Информационный вестник Мособлгосэкспертизы, 2007, № 1.
37. Обельницкий А.М., Егорушкин Е.А., Чернявский Ю.Н. Топливо, смазочные материа-лы и охлаждающие жидкости // М., ИПО «Полигран», 1997.
38. Хавкин А.Я. Нанотехнологические инновации в газовой промышленности // Газо-вый бизнес, 2009, март-апрель, с.62-64.
39. Хавкин А.Я. Наноявления и нанотехнологии в добыче нефти и газа / под ред. член-корр. РАН Г.К.Сафаралиева // М., ИИКИ, 2010, 692с.
40. Хавкин А.Я. Применение нанотехнологий для утилизации метана // Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям, Материалы Конференции в г. Москва 21-22 октября 2010г., М., Нефть и газ, 2010, с.420-421.
41. Хавкин А.Я., Велицко В.В. Очистка шахтного газа от метана // Содействуя экономи-ческому развитию России. Проекты международного общественного фонда «Фонд содей-ствия экономическому развитию им. Байбакова Н.К.» за 1996-2011 гг. // М., Нефть и газ, 2011, с.117-118.
42. Данилов А.А. Автоматизированные газораспределительные станции. Справочник // С.-Пб., Химиздат, 2004.
43. Klinkhammer G. Фотография горения гидрата метана // Интернет, Oregon State University’s College of Oceanic and Atmospheric Sciences.
44. Коллеров Л.К. Газовые двигатели поршневого типа // М., МАШГИЗ, 1955, с.62-126.
45. Кавтарадзе Р.З. Теплофизические процессы в дизелях, конвертированных на при-родный газ и водород // М., МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2011, с.48-49.
46. Schmersahl R., Scholz V., Farm-Based J.-M. Biogas Production Processing and Use in PEM Fuel Cells // Preprint Papers - American Chemical Society, Division of Fuel Chemistry, 2006, 51 (2), p.541-542.
47. DFC®300™ Stationary Fuel Cell Product Sheet // FuellCell Energy, 2010, p.1.
48. Haugh J.J. Fuel Cells As an Alternative to Solar Energy to Provide Power to the Home // First published on Factoidz.com, 2010.
49. Moser F.X., Dreisbach R., Hülser H. Transient Operation in Different Heavy Duty Test Cycles as a Special Challenge in the Future // AVL LIST GMBH, International Conferences on Automotive Technologies, Istanbul, 2006.
50. Самсонов В.И., Худов Н.И. Двигатели внутреннего сгорания морских судов // М., Транспорт, 1990, с.12.
51. Возницкий И.В., Пунда А.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания // С.-Пб., Моркнига, 2008, т.1, с.12.
52. Devoe A., Devoe L. Whitepaper A Fuel Cell Technology Breakthrough: The SOFC Stick™ // Violet™ Fuel Cell Sticks™ February, 2008, p.2, 3, 8.
53. Reitz T.L. Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) as Military APU Replacements // Air Force Research Laboratory, Cleared For Public For Public Release: 88ABW-2010-0196, 2010.
54. Gaudio R , Volpi E. Position Paper: Natural Gas and C02 Natural gas is a champion in road transport and also saving CO2 emissions // NGVA Europe, February 2009, p.2.
55. Постановление Правительства РФ от 10.06.2011 г. № 462 «Об утверждении правил определения коэффициента Кт для исчисления предельной величины налогового вычета на добычу полезных ископаемых при добыче угля» // Интеренет.
56. Грачёв И.Д., Некрасов С.А. Создание экономического механизма повышения без-опасности работы на шахтах // Журнал «Уголь», 2011, № 1.

ОЧИСТКА ШАХТНОГО ВОЗДУХА ОТ МЕТАНА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГАЗОГИДРАТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, часть 1

Велицко В.В., советник, Фонд Байбакова.

Хавкин А.Я., доктор технических наук, до-цент, главный научный сотрудник Института проблем нефти и газа Российской академии наук, лауреат Медали ЮНЕСКО «За вклад в развитие нанонауки и нанотехнологий».


ОЧИСТКА ШАХТНОГО ВОЗДУХА ОТ МЕТАНА
С ПРИМЕНЕНИЕМ ГАЗОГИДРАТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ


Статья опубликована в журнале Естественные и технические науки, 2012, №1, с. 149-161.

Резюме
Показано, что применение газогидратных технологий позволит очистить шахный воздух от метана, который затем можно использовать в качестве горючего, а также для энергоснабжения самоходных шахтных машин и шахтного оборудованиия. Выделенный метан также может использоваться в качестве горючего двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также в высокотемпературных твёрдооксидных топливных элементах (Solid-oxide fuel cell – SOFC). Очистка шахного воздуха от метана снизит аварийность при добыче угля шахным способом.

CLEARING OF MINE AIR FROM METANE
WITH APPLICATION GASHYDRATES TECHNOLOGIES


Summary
It is shown that application gashydrates technologies will allow to clear of mine air from methane which then can be used as fuel supply including for power supply of the self-propelled mining machines and the mine equpment. Extracted methane also may be used as a fuel in a internal combustion engines (ICEs) and in the high temperature solid oxide fuel cells (SOFC). Clearing of mine air from methane will lower breakdown susceptibility by a coal mining way.
[Читать далее:]
24 января 2012г. Председатель Правительства РФ В.В.Путин провел в шахтерском городе Кемерово совещание «Об итогах реструктуризации и перспективах развития угольной промышленности» и подписал «Долгосрочную программу развития угольной промышленности России до 2030 года». В.В.Путин поставил задачу увеличить добычу угля в РФ с нынешних 336 млн.т до 430 млн.т. в 2030г. При этом В.В.Путиным было отмечено, что уже принято решение вложить дополнительные средства в НИОКРы по безопасности: «В целом сформирован на сегодняшний день целый набор административных и экономических рычагов, обязывающих работодателя строго соблюдать требования безопасности, вкладывать инвестиции в охрану труда. Мы закрепили это на нормативном уровне. Кардинально изменены и принципы оплаты труда горняков, и здесь также акцент сделан именно на безопасность труда, чтобы жизнь и здоровье горняка не приносились в жертву объёмам добычи» [1].
Одним из важнейших аспектов соблюдения техники безопасности при шахтной добычи угля является очистка шахтной воздушной среды от метана, и не просто очистка, а превращение угольного метана в энергетический продукт. За счет использования энергоресурса метана планируется полностью обеспечить предприятия и население Кемеровской области метаном, и за счет метана – электрической энергией [2].
Шахтным способом в России добывается более 100 млн тонн угля в год [3]. Пыль и газообразные продукты в атмосфере горных выработок и на поверхности техногенного массива являются во многих случаях источниками профессиональных вредностей, а также опасности возгораний и взрывов. Заболевания органов дыхания рабочих являются самыми распространёнными (более 30%) при добычи угля, а взрывы газа и пыли в подземных выработках сопровождается наибольшим числом жертв, а пожары – максимальным экономическим ущербом. Разработка метаноносных пластов продолжает оставаться одним из основных факторов риска взрывов метано-пылевоздушных смесей с большими человеческими и экономическими потерями [4].
Динамика травматизма со смертельным исходом и аварийности при добычи угля на шахтах РФ показывает, что в шахтах угледобывающих бассейнов России гибнет ежегодно около 100 человек из-за взрывов метана, которые происходят во всех категориях шахт по газу, в целом 30-40 аварий в год [5]. Заболевания органов дыхания рабочих являются самыми распространёнными (более 30%) при добычи угля (предельно допустимая концентрация (ПДК) метана в воздухе составляет 7 г/м³ [6]).
И все это при постоянном улучшении применяемых способов вентиляции шахт, современных приборов газоанализа. Разбавление газа, поступающего из окружающего массива, до безопасных концентраций вентиляционной струей свежего воздуха в основных выработках добычного участка ещё не является гарантией безопасности ведения работ в конкретном штреке. Эпизодические «всплески» концентрации метана могут превышать допустимые пределы и вызывать его воспламенения, переходящие во взрывы [4].
Доказанные запасы угля в России составляют более 157 млрд. т [7]. Уголь, после метана, является вторым по распространённости в природе полезным ископаемым [7-11], которое может использоваться как в качестве энергоносителя, так и в качестве сырья для промышленного производства. Добыча угля в России осложняется тем, что в нашей стране средняя метаноносность угольных пластов превышает среднемировую метаноносность в 1,7 раза, составляя 8,3 кг метана на 1 т угля [12]. Указанные объёмы запасов угля, а также то, что с сохранением существующих темпов разработки, запасов угля в России хвати на 500 лет [7] ставят задачу по эффективному решению проблемы загазованности шахт угольным газом.
Угольный газ представляет собой смесь различных газов и его состав может варьироваться в широких пределах [13]. Наибольшую опасность при шахтной добыче угля представляют метан и иные углеводородные компоненты угольного газа, суммарная концентрация которых может составлять 99,5% (масс.) при массовом содержании метана 87,2% [14]. Поэтому в наиболее опасным компонентом является метан, хотя энергия активации реакции окисления метана в кислороде незначительно и выше, чем энергия активации аналогичных реакций для этана, пропана и бутанов [15].
Необходимость предварительной дегазации угольных пластов в России определена за-конодательно [16]. Применительно к задаче дегазации угольного пласта приходится сталкиваться с тем, что эффективное удаление метана из угольного пласта невозможно, пока в нём не будет проведена эффективная деструкция нанополостей, в которых располагается адсорбированный угольный метан, составляющий до 70% метана, содержащегося в угольном пласте. Сложность заключается в том, что относительно легко из угля может быть выделен свободный метан (примерно 30%), и еще частично может быть выделен адсорбированный метан. Однако максимальную сложность представляет извлечение метана, находящегося в виде твёрдого раствора в угле в порах размером 10 нм и менее [17-19]. Предварительная дегазация угольных пластов проводится различными способами, но нанопоры в угольном пласте делают этот процесс весьма затратным и низкоэффективным.
Существующие технологии удаления шахтного метана базируются на минимизации его просачивания во внутришахтное пространство [4, 5, 20, 21], а также на активной вентиляции шахт. Применение вентиляции шахт ограничено тем, что скорость потока воздуха в выработках и призабойном пространстве не должна превышать соответственно 6 м/с и 4 м/с [22], что налагает ограничения на использование приточно-вытяжной вентиляции при протяжённых горных выработках, а также увеличивает затраты на создание вентиляционных систем шахт с протяжёнными выработками.
Отсутствие современных эффективных решений по предварительной дегазации угольных пластов, защите внутришахтного пространства, исключению выбросов во внутришахтное пространство шахтного газа, а также ограниченная эффективность систем вентиляции, приводят к взрывам шахтного метана, как в России, так и во всём мире (рис. 1 [23]).
Ведущие промышленно-развитые угледобывающие страны не могут обеспечить исключение смертности от аварий на шахтах, что означает высокую смертность при каждом очередном миллионе тонн добытого угля (рис. 2 [24]).
Работа шахтёров также осложнена тем, что даже во взрывоопасных угольных шахтах используется дизельные шахтные машины – применяются погрузочно-транспортные машины с дизельными двигателями номинальной мощностью 42-298 кВт [25].
Использование шахтных машин с дизельными двигателями внутреннего сгорания (ДВС) обусловлено тем, что в протяжённых горных выработках зачастую невозможно или экономически неоправданно использование машин с иными типами приводов, например с использованием электрических, пневматических или гироскопических аккумуляторов, в связи с относительно низким пробегом на одной зарядке.

1

Рис. 1. Крупнейшие аварии в мире за период 1835-2010 гг. [23].

2

Рис. 2. Смертельный травматизм в при добыче угля за период 1991-2010 гг. [24].

Практика использования рудничных пневмовозов показала, что пробег на одной зарядке составляет в пределах 5-6 км. при перевозимом грузе в пределах 60-100 т [26, 27]. Также недостатком рудничных пневмовозов являются как высокая удельная масса баллонов для сжатого воздуха, так и предварительное дросселирование сжатого воздуха перед подачей в рабочий цилиндр, что делает пневмовоз наиболее дорогой в эксплуатации шахтной транспортной машиной [27]. В случае зарядки пневмоаккумуляторов пневмовозов от общешахтной пневмосети, их радиус действия ещё больше сокрашается, что позволяет их рассматривать исключительно как вспомогательный транспорт [28].
Неоспоримым преимуществом по экологичности и безопасности обладают рудничные электровозы с индукционной системой питания, однако недостатками данных машин является необходимость прокладки рельс, системы индукционного питания, а также негативное воздействие на персонал электромагнитных полей. В этой связи находят широкое применение шахтные машины именно с дизельным приводом, как более энерговооружённые, маневренные и не требующие прокладки рельсового пути [29].
В соответствии с требованиями [30], шахтные машины с приводом от ДВС должны обеспечивать минимальные выбросы продуктов неполного сгорания и оксидов азота. Минимизация уровня удельного топливопотребления шахтными машинами также регламентируется [31]. Требования по минимизации удельного топливопотребления снижению объёмов выбросов вредных веществ шахтным оборудованием обусловлены необходимостью поддержания в шахтном воздухе минимальной концентрации вредных веществ для обеспечения минимальных кратностей воздухоообмена с целью создания необходимых условий работы для шахтёров.
Использование дизельного привода шахтных машин налагает дополнительные требования на систему шахтной вентиляции, т.к. на 1 кВт установленной мощности двигателя требуется подача 30-60 л/с свежего воздуха, обеспечивающего разбавление образующегося углекислого газа, а также не полностью нейтрализованных системой очистки отходящих газов ДВС оксидов азота и продуктов неполного сгорания [32]. Также дополнительное количество свежего воздуха используется для разбавления шахтного воздуха, нагретого продуктами сгорания ДВС, с целью снижения температуры шахтного воздуха.
В случае сжигания стехиометрической смеси дизельного топлива с воздухом, например, в горелке двигателя наружного сгорания (ДНС), необходимый расход воздуха с целью разбавления образовавшегося углекислого газа и охлаждения продуктов сгорания сократится до 20 л/с на 1 кВт установленной мощности двигателя [32]. Ещё большее снижение потребного дополнительного расхода воздуха можно обеспечить заменой дизельного топлива с низким массовым соотношением водорода к углероду (H/C) равным 1,85 на топливо с высоким соотношением H/C, что позволит минимизировать выбросы углекислого газа, а следовательно – минимизировать удельный расход вентиляционного воздуха, приходящийся на киловатт установленной мощности ДВС шахтных машин.
Отметим, что традиционно используется неправильное название «дизельное топливо», вошедшее в привычный оборот и несоответствующее сути, т.к. «дизельное топливо», на самом деле, является дизельным горючим и превращается в дизельное топливо только после смешения с порцией воздуха в цилиндре ДВС, ибо химическим топливом является отдельное вещество – унитарное топливо, – или же смесь веществ, способных к разложению при создании соответствующих термобарических условий.
Идеальным моторным горючим, соответствующим критерию максимального увеличения соотношения H/C является водород, в результате сжигания которого полностью отсутствует образование диоксида углерода (CO2) из компонентов горючего. В настоящее время полностью отработаны технологии выработки, хранения водорода в сжатом, адсорбированном или ожиженном виде [33], технология заправки им автотранспорта, а также технологии конвертирования ДВС для работы на водороде [34, 35] или смешанном горючем, являющемся смесью водорода и жидкого моторного горючего (дизтопливо, бензин) [35]. Это, с технической точки зрения, позволяет переводить внутришахтный транспорт на использование в качестве горючего водорода или смешанного водородного горючего. Однако нерешённые проблемы с безопасным подземным хранением водорода, а также его относительная дороговизна и малодоступность не позволяют рассматривать водород в качестве широкомасштабной альтернативы дизтопливу ДВС шахтных машин.
В этой связи, ближайшим к водороду горючим, имеющим высокое соотношение H/C равное 4, является метан. Метан, являющийся основной причиной аварий в шахтах, может помочь улучшить условия труда шахтёров, т.к.при сохранении кратностей воздухообмена, объём выбросов диоксида углерода при переводе ДВС на метан, как будет показано далее, может существенно сократиться.
Дополнительным преимуществом использования метана вместо дизельного горючего является его более низкая молярная масса, равная 16,04 г/моль, чем у дизельного топлива, имеющего среднюю молярную массу 172,3 г/моль [36]. Использование метана обеспечит большую полноту сгорания горюче-воздушной смеси при реализации газодизельного цикла вместо полного перевода ДВС на газообразно топливо с реализацией цикла Отто [37].
Но существующие технологии хранения метана в сжатом или сжиженном виде по безопасности аналогичны технологиям хранения водорода, что делает их малопригодными с точки зрения безопасности, для использования в шахтах.
Задача безопасного хранения метана может быть решена совместно с задачей очистки шахтного воздуха от углеводородных газов, в том числе и метана. Предложенная технология очистки шахтного воздуха от метана путём превращения метана в газогидрат с последующим отделением образованного газогидрата от очищенного воздуха, позволяет, связывая метан в газогидратной форме, получать новый вид горючего – гидрат метана, не требующий при хранении особо низких температур и особо высоких давлений [38-40]. Установка по очистке шахтного воздуха от метана работает следующим образом: в установке наружный воздух при атмосферном давлении с температурой +(15-20)°С поступает во входной фильтр, где производится удаление механических примесей. После очистки от мехпримесей воздух поступает в рекуперативный теплообменник, где происходит предварительное охлаждение воздуха перед подачей в газогидратный агрегат. В компрессионной части газогидратного агрегата происходит сжатие воздуха, сопровождающееся повышением его температуры. Тепло от сжатого воздуха отводится в окружающую среду. Охлаждённый сжатый воздух из сухой градирни поступает в расширительную часть газогидратного агрегата, где происходит снижение его температуры до минус 30°С. Охлажденный воздух вместе с водой поступает непосредственно в модуль по образованию гидрата метана. На выходе из газогидратного агрегата будет безметановая воздушная среда. При этом указанные установки могут быть выполнены в виде линейки типового оборудования, в которую должны входить как индивидуальные установки для эксплуатации в забоях, так и стационарные, обеспечивающие их эксплуатацию в центральных штреках. При этом минимальная производительность установки предус-матривается в размере 1 м³ (при давлении 0,1 МПа) воздуха в минуту при массе самой установки около 70 кг, тогда как установка максимальной производительности будет осуществлять очистку 35 м³ воздуха в минуту при массе около 2 т [41].
Важной особенностью данной установки очистки шахтного воздуха от метана является возможность парирования суфлярных выбросов метана, т.к. установка простыми средствами может быть выполнена с существенным запасом по производительности, позволяющим выделять из воздуха до десятков процентов метана, в случае суфлярного выброса газа, произошедшего в зоне, обслуживаемой установкой очистки. Такая установка систем очистки шахтного воздуха от метана позволит безопасно наращивать добычу угля сверх проектной мощности шахты, в противоположность ограниченным допустимым кратностям традиционного воздухообмена. Предложенная система очистки, работая параллельно с системой шахтной вентиляции, будет обеспечивать поглощение дополнительных объёмов выделяемого шахтного метана, что позволит сохранить ДПК метана в шахтном воздухе при увеличении производительности шахты.
Гидрат метана остаётся стабильным при невысоком давлении и умеренных отрицательных температурах (рис. 3 [42]). Как видно из рис. 3, гидрат метана остаётся стабильным при температуре –5°C и давлении менее 1 МПа. Это позволяет безопасно хранить гидрат метана, при этом емкость для его гранения будет иметь на порядок низкое рабочее давление, чем рабочее давление баллонов для хранения компримированного метана, а также будет менее требовательна к необходимому слою теплоизоляции в сравнении с криогенными сосудами, предназна-ченными для хранения сжиженного метана.
Из шахтного газа, как видно из рис. 4 [9], могут выделяться и иные углеводородные газы, кроме метана: этан, пропан и изобутан.
В случае возможной разгерметизации ёмкости для хранения гидрата метана, гидрат метана начинает постепенно разлагаться на воду и метан при нормальных условиях. Разложение происходит плавно и в отличие от случая разгерметизации криогенной ёмкости со сжиженным метаном или баллона с компримированным метаном, не приводит к практически гарантированному мгновенному взрыву.
Пример горения гидрата метана на воздухе иллюстрирует рис. 5 [43]:

3
Рис. 3. Термобарические условия гидратообразования и зоны стабильности гидрата метана [42].
4
Рис. 4. Диаграмма равновесного состояния гидратов для гиратообразующих газов [9].

5

Рис. 5. Горение гидрата метана на воздухе [43].

Для использования гидрата метана в качестве горючего, термобарические условия должны быть изменены таким образом, что бы произошло разложение гидрата метана. Также допустимо использование специальных химических веществ, при добавлении которых гидрат может быть разрушен, например, без изменения термобарических условий. В результате разложения гидрата метана образуются вода и газообразный метан. Полученный метан может использоваться в качестве моторного горючего, тогда как вода может быть направлена в рецикл для образования следующей порции гидрата метана.
Выделенный из гидрата метан может направляться для работы в ДВС, например работающий по циклу Отто или Тринклера, в случае, если ДВС выполнен по газодизельному циклу. Отметим, что серийными газовыми или газодизельными, что менее предпочтительно, ДВС могут комплектоваться новые шахтные машины. Существующий парк шахтных машин также может быть переведён на газообразный метан, т.к. в настоящее время широко отработаны технологии конвертирования на газообразное горючее не только двигателей, работающих по циклу Отто, но и двигателей, работающих по циклу Дизеля и Тринклера, а также работающих по различным модификациям указанных циклов [44, 45].
На самоходной шахтной технике могут устанавливаться установки по очистке шахтного воздуха от метана. Аналогичными установками также могут комплектоваться стационарные потребители топлива, например основные или резервные электрогенераторы, или иное топливопотребляющее оборудование. При этом выделенный метан может направляться в качестве основного горючего для использования в ДВС установки, или же полученный из газогидрата метан, например, при низкой категорийности шахты по метану, может использоваться в качестве одного из горючих для многотопливного, например газодизельного, ДВС.
Рассмотренная выше ситуация с использованием метана в качестве моторного топлива целесообразна в том случае, если на метан переводятся двигатели существующего оборудования, что позволит при минимальных затратах на модернизацию парка шахтных машин осуществить снижение рисков взрывов метана, а также улучшить условия труда шахтных рабочих. Однако в случае создания нового оборудования или глубокой модернизации существующих типов самоходных шахтных машин, оптимальным будет использование в качестве потребителей метана не ДВС, а топливных элементов. Это связано с тем, что в настоящее время производятся мощные топливные элементы, использующие не только водород, в качестве горючего, но и углеводороды, например – метан [46]. Применение топливных элементов позволит практически полностью исключить выбросы продуктов неполного сгорания, оксидов азота, а также сажи и золы [47]. При этом на десятки процентов должно снизиться тепловое загрязнение шахты и выделение углекислого газа, что связано с тем, что топливные элементы обеспечивают электрический КПД более 50%, достигая КПД 70-80% [48], тогда как КПД дизельного двигателя грузового автомобиля при смешанном цикле составляет не более 30% [32]. Также, при частичных нагрузках увеличиваются выбросы вредных веществ дизельными ДВС [49]. Указанные значения КПД для дизельного ДВС и топливного элемента являются практически достижимыми при эксплуатации в шахтах, в связи с чем в данной статье не рассматриваются малооборотные двухтактные дизельные ДВС с КПД на валу до 55% [50, 51] и водородные топливные элементы с КПД 60-70% [52].
Выпускаемые в настоящее время топливные элементы могут использовать в качестве горючего не только водород или углеводородные соединения, легко разлагаемые при низких температурах на катализаторах на водород и монооксид углерода, но также и метан. Возможность использования метана в качестве горючего реализована в высокотемпературных твёрдооксидных топливных элементах (Solid-oxide fuel cell – SOFC), имеющих рабочие температуры в пределах 600-1000°С.
В частности, в серийном производстве находятся мощные, до 2,7 МВт топливные элементы с электрическим КПД равным 47% [47]. Следует отметить, что КПД топливных элементов существенно не изменяется при масштабировании в пределах от десятков до нескольких сотен киловатт, что обусловлено их конструкцией, в которой реализовано параллельно-последовательное соединение отдельных ячеек для достижения необходимого рабочего напряжения и силы тока. Это демонстрирует SOFC электрической мощностью 300 кВт с КПД также 47%, как и КПД более мощного SOFC того же производителя. При этом указанные топливные элементы используют в качестве горючего не чистый метан, а природный газ.
Современные топливные элементы имеют высокие удельные массогабаритные характеристики – так, в частности, изготавливаются SOFC объёмной мощностью более 15 кВт/л [52]. Технологически достижимый уровень SOFC стремится к 100 кВт/л (рис. 6).

6
Рис. 6. Значения объёмной мощности для различных конструктивных исполнений SOFC [52].

Топливные элементы для использования в авиации также демонстрируют приемлемые массовые характеристики, при удельной массе менее 5 кг/кВт [53], которая лежит в пределах удельной массы лучших высокофорсированных двухтактных высокооборотных дизелей (ВОД) с индикаторным КПД ниже 40%.
Оценим образование диоксида углерода при работе дизельного ДВС при КПД на уровне 40%, что, практически, является максимальным КПД для ДВС, используемых на наземных транспортных машинах, газопоршевого ДВС, с форкамерно-факельным зажиганием, работающего на обеднённом метановом топливе при КПД на уровне 38% и SOFC, работающего на метане при КПД не менее 50%. При этом примем, что окислителем горючего в каждом из рассматриваемых источников энергии является атмосферный воздух, обеспечивается 100% полнота сгорания топлива, при которой при сжигании дизельного топлива выделяется диоксид углерода в количестве 73 г/МДж, а при сжигании метана диоксид углерода выделяется в количестве 56 г/МДж [54]. Также в статье не рассматриваются выбросы вредных веществ, таких как монооксид углерода, оксиды азота, соединения серы и т.п. допуская, что каждый их рассматриваемых источников энергии технически может быть укомплектован системами очистки, полностью или до необходимого количества, снижающими выбросы с отходящими газами указанных вредных веществ. Сравнительные характеристики приведены в таблице:

7

Как следует из вышеприведенной таблицы, перевод ДВС шахтных машин на метан, выработанный из шахтного воздуха, позволяет на 19% снизить эмиссию диоксида углерода внутри шахты при несущественном увеличении тепловыделения от ДВС. Также это позволит исключить или снизить (при газодизельном цикле) временные и трудовые затраты связанные с заправкой шахтных машин дизтопливом. Применение в качестве источников энергии топливных элементов позволит практически двукратно снизить эмиссии диоксида углерода при 20% снижении тепловыделения в шахте, при этом также отпадает необходимость осуществления операции топливозаправки шахтных машин.
Помимо описанных выше преимуществ применения систем очистки шахтного воздуха от метана, в настоящее время существует и налоговый стимул по обеспечению дегазации угольных пластов [55]. При реализации указанного постановления Правительства РФ, а также при утилизации метана вентиляционных струй шахт, будет производиться снижение налога на метанообильность [56], что позволит ускорить внедрение технических решений, обеспечивающих более глубокое использование шахтного метана.
При внедрении комбинированных описанных систем будет необходимо адаптировать технологию выработки гидратов к шахтным условиям, а, учитывая сложный состав шахтного газа, будет оптимальным обеспечить перевод в газогидратную форму не только метана, но и иных углеводородных газов, входящих в состав шахтного газа. При конвертировании ДВС шахтных машин на использование в качестве горючего углеводородных газов, выделенных из шахтного воздуха, будет необходимо обеспечить сохранение или минимальное снижение мощности, что бы это негативно не сказалось на количестве перевозимого ими груза.
В перспективе, самоходные шахтные машины могут быть полностью переведены на электрический привод с питанием от топливных элементов. Для этого потребуется обеспечить изменение конструкции машин таким образом, что бы вместо существующих силовой установки, трансмиссии и системы топливоснабжения были установлены установка по очистке шахтного воздуха, топливный элемент и электроприводы движетелей (колёса, гусеницы). Существующие шахтные машины с электроприводом могут быть дополнены прицепами, в которых могут устанавливаться вышеуказанные компоненты, что позволит обеспечивать высокую степень автономности и мобильности электроприводных шахтных машин.
Помимо рассмотренных сфер применения, топливный элемент на метане или газовый ДВС в комбинации с установкой очистки шахтного воздуха от метана и иных углеводородных газов, могут использоваться в качестве основных или вспомогательных источников энергии, снабжающих энергией как сами установки очистки, так и, например, системы освещения, КИПиА, ручной инструмент и иных потребителей электроэнергии. Это позволяет рассматривать в качестве оптимальных мест для внедрения данного оборудования все шахты со степенями опасности по метану от I до VI степени. При этом положительный эффект будет тем больше, чем более протяжённые выработки имеются в шахте, и чем более высокая степень газообильности указанных выработок.
При реализации изложенного подхода будут достигнуты следующие результаты:
• снижение вероятности взрывов шахтного метана;
• оперативное поглощение метана при локальных выбросах шахтного газа при суфляр-ных выбросах;
• улучшение условий работы шахтёров за счёт снижения концентрации метана;
• улучшение условий работы шахтёров за счёт снижения вредных выбросов при пере-воде шахтных машин с дизельными ДВС на метан;
• исключение необходимости завоза моторного топлива на шахты и необходимости за-правки топливом шахтных машин;
• улучшение санитарных условий и пожаронй безопасности в шахтах за счёт отсут-ствия подземных хранилищ с дизельным топливом;
• снижение налоговых выплат в соответствии с действующим законодательством;
• производство дополнительной товарной продукции в виде гидрата метана, или мета-на с виде сжатого (КПГ), или сжиженного газа (СПГ).
Таким образом, описанные установки (например, для работы шахтера в индивидуальном штреке) мощностью 5 кВт обеспечит очистку 1 м3 (при нормальных условиях) воздушной среды в минуту и будет иметь вес 70-100 кг. Габариты установки 0,6 х 0,6 х 0,8 м. При концентрации метана 3% в воздушной среде такая установка утилизирует метана 5 м3 в час или 30 м3 за 6 часов.
Установка мощностью 120 кВт обеспечит при концентрации метана 3% в воздушной среде очистку 30 м3 воздушной среды в минуту и будет иметь вес 2,5 т. Габариты установки 2 х 2 х 3 м. При концентрации метана 3% в воздушной среде такая установка утилизирует метана 70 м3 в час или 1,7 тыс. м3 метана в сутки.
В случае суфлярных выбросов метана, увеличится мгновенная производительность указанных установок, что парирует эти мгновенные увеличения концентрации.
Обычный объем выделения метана в шахте – 150-170 тыс. м3 в сутки. Поэтому гидрата метана в 1 шахте будет производится 1 тыс. м3 метангидрата в сутки. Для его утилизации понадобится 10 установок мощностью 1,7 тыс. м3 метана в сутки.
При стоимости 1 тыс. м3 метана на внутрироссийском рынке примерно $100, имеем, что за сутки будет вырабатываться метана на $16 000, а за месяц – на $480 000 (или 14 млн. руб.).
При стоимости 1000 м3 метана на мировом рынке примерно $400, имеем, что за сутки будет вырабатываться метана на $64 000, а за месяц – на $2 000 000.
А за счет уменьшения вероятности взрывов метана будут уменьшены возможные потери из-за таких взрывов, и поэтому будут сэкономлены значительные средства от затрат на восстановление шахт после таких взрывов.