Розглянуто роль горючих сланців в енергетиці та хімії України, їх родовища. Проведено докладний аналіз технологій видобутку та переробки горючих сланців.

Зазначено, що сильні окиснювачі сприяють збільшенню крихкості, обвуглюванню сланцевих порід, виданих на денну поверхню у процесі вуглевидобування. За незначної температури ці породи, використовувані як матеріал геотехнічних споруд, легко руйнуються, забруднюючи грунтові води продуктами хімічних перетворень. Розглянуто можливі реакції речовин - складових сланцевої породи, зі сторонніми речовинами, що активно діють і сприяють деградації породи.

  Скачати повний текст

Здійснено дослідження щодо вибору системи відкритої розробки родовищ горючого сланцю з напівскельними породами та великою потужністю пласта корисної копалини. Установлено закономірності зміни внутрішньокар'єрної відстані транспортування гірської маси залежно від переміщення фронту гірничих робіт і у разі застосування автомобільно-конвеєрного транспорту. Удосконалено методику розкрою великого за площею родовища та місця розташування перевантажувального пункту. Проведено дослідження ефективності розробки родовищ горючого сланцю з великою потужністю пласта корисної копалини за умов застосування буропідривних робіт та у разі екскавації порід безпосередньо з масиву. Удосконалено методику, яка дозволяє визначити зміни продуктивності екскаваторів. Обгрунтовано раціональний ступінь подрібнення корисної копалини вибухом залежно від сумарної питомої енергоємності за всіма технологічними процесами. Установлено, що впровадження системи розробки з паралельним переміщенням фронту гірничих робіт для відпрацювання родовищ горючого сланцю з напівскельними породами та великою потужністю пласта корисної копалини ефективніше за застосування системи з віяловим переміщенням і дозволяє одержати економічний ефект 1 млн умовних грошових одиниць на рік.

Розроблено ефективну технологію відпрацювання покладів супутньої мінеральної сировини залежно від ступеня зближеності з покладами залізних руд. Установлено параметри фігури випуску за умов ведення очисних робіт з підривкою порід висячого боку та застосуванням похилих уловлювальних виробок. Виявлено можливість зниження величини підробки рудного масиву, що налягає, застосуванням породного монолітного блоку. Удосконалено методику вибору параметрів бурових робіт. Розроблено методику прогнозування економічно виправданих обсягів видобутку супутньої мінеральної сировини. Досліджено можливості підвищення якості талькового сланцю на стадії його переробки й одержання низькомарочного в'яжучого за використання доломітової сировини. Розроблено конструкції систем розробки, які дозволяють здійснювати відпрацювання покладів супутньої мінеральної сировини за умов локалізації зміщення вищерозташованих гірських порід у проектних межах здвигів і обрушень, сформованих за видобутку запасів залізної руди.

Сильні окислювачі сприяють збільшенню ламкості та обвугленню сланцевих порід, що видаються на поверхню у процесі вуглевидобутку. За впливів температур ці породи, що використовуються як будівельні матеріали для гідротехнічних споруд, легко руйнуються, забруднюючи грунтові води продуктами хімічних перетворень. Особливу небезпеку для людей та довкілля представляє інтенсивне поглинання сланцевими породами кисню й водню з атмосфери. Наведено хімічні перетворення у сланцевих породах, що дають можливість наукового підходу до розробки заходів з їх підготовки до геотехнічного використання шляхом попередньої або супутньої обробки відповідними реагентами.

Використання горючих сланців в перспективі представляє інтерес з точки зору енергетичної безпеки багатьох держав. Україна має у своєму розпорядженні значні розвідані запаси сланців, з яких можна одержувати синтетичну нафту і забезпечити власні потреби у моторному паливі.

На основі синтезу числових методів квазіконформних відображень і сумарних зображень для розривних коефіцієнтів із декомпозицією області за методом Шварца розроблено конструктивний підхід до моделювання фільтраційних процесів в ущільнених пластах із зонами підвищеної проникності. Обчислювальна технологія розв'язання відповідних нелінійних крайових задач для двозв'язних криволінійних обмежених еквіпотенціальними лініями областей автоматично вирішує проблему вибору вузлів і побудови динамічної сітки, що є основою для досліджень інших кількісних характеристик руху. Ефективність запропонованої методики продемонстровано на прикладі розрахунку характерних параметрів фільтрації в сланцевому пласті еліптичної форми з утвореними в ньому тріщинами гідравлічного розриву.

Індекс рубрикатора НБУВ: И311

Рубрики:

Розробка родовищ горючих сланців

Шифр НБУВ: Ж16377 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Поряд із традиційними, у структурі світового паливно-енергетичного комплексу стрімко зростає роль нетрадиційних (неконвенційних) джерел вуглеводнів - насамперед газових, до яких належить сланцевий, центральнобасейновий і вугільний газ. Перспективи освоєння ресурсів природного сланцевого газу в Україні пов'язані з давніми чорними сланцями в зоні мезокатагенезу нафтогазоносних басейнів. Зокрема, низка перспективних на сланцевий газ об'єктів розглянута на Юзівській та Олеській площах. Видобуток сланцевого газу створює великі екологічні труднощі. Проведення гідророзриву може призвести до забруднення підземних джерел питної води, активізувати техногенні землетруси, зсуви тощо. Мета цих досліджень полягає у виділенні першочергових прогнозно-пошукових об'єктів геологорозвідувальних робіт на сланцевий (та центральнобасейновий) газ. Особливу увагу слід приділити комплексним тектоно-геодинамічним (включаючи сейсмологічний моніторинг), гідрогеологічним (включаючи гідрогеохімічний моніторинг артезіанських, грунтових та поверхневих вод), еманаційно-геохімічним (з визначенням аномальних концентрацій метану, гелію, радону та його похідних у приповерхневих утвореннях) та аерокосмічним (з картуванням сучасно активних зон тектонічних порушень) дослідженням. В подальшому ці дані доцільно використати як комплексні критерії оцінки екологічних ризиків, що супроводжують видобування неконвенційного природного газу.

Отмечено, что в связи с расширением спектра источников энергии появилась необходимость сравнения эффективности получения традиционных и нетрадиционных энергоресурсов. В качестве количественной оценки перспективности разработки энергоресурса в практику введен критерий сравнения - энергетическая рентабельность (EROEI). Выполнена оценка энергетической рентабельности внутрипластового ретортинга горючих сланцев применительно к предложенному способу термозонированного резистивно-дугового нагрева пласта ископаемого. Использование температурной зависимости электропроводных свойств горючего сланца в сочетании с технологией горизонтального бурения и накопленным опытом автоматизированного управления электро-термическими процессами позволяет реализовать альтернативную схему получения углеводородов. Предложенный способ имеет ряд преимуществ по сравнению с широко применяемыми способами добычи сланцевого газа и сланцевой нефти такими, как Фрекинг-процесс и внепластовой ретортинг, обеспечивая экологическую безопасность технологии и существенное сокращение капитальных затрат на освоение энергоресурса.

Расширение спектра источников энергии определило проблему сравнения традиционных и нетрадиционных энергоресурсов. В качестве количественной оценки перспективности разработки энергоресурса в практику введен критерий сравнения: энергетическая рентабельность - ЕКОЕ1. Выполнена попытка оценки энергетической рентабельности внутрипластового ретортинга горючих сланцев применительно к предложенному способу термозонированного резистивно-дугового нагрева.

Изложены преимущества внутрипластового (подземного) ретортинга горючих сланцев способом термозонированного резистивно-дугового нагрева сырьевого пласта по сравнению с применяемыми сегодня промышленными технологиями. Эффективность внутрипластовых способов объективно предопределяется исключением из технологии большого количества подготовительных и утилизационных операций, связанных с извлечением сырья на поверхность, формируя высокий технико-экономический потенциал развития в этом направлении способов подземной и внутрипластовой газификации горючих сланцев. Предложенные решения основаны на современном опыте горизонтального бурения скважин в газонефтедобыче и электротехнических методов термохимии,, позволяя вести разработку глубоко залегающего горючего сланца, в том числе обеспечивая энергетическую и экономическую эффективность разработки маломощных пластов. Решения внутрипластовой газификации позволяют значительно уменьшить стартовые капитальные затраты на создание наземной инфраструктуры промышленных сооружений и коммуникаций, устраняя один из важнейших факторов сдерживания развития, характерный для горнодобывающих предприятий. Патентные решения авторов дополнены разработкой математической модели, обеспечивающей возможность параметризации технологического процесса и оценивания энергетической и экономической эффективности разработки пласта с заданными геологическими данными и физико-химическими характеристиками горючего сланца. Для рассматриваемого процесса в качестве базы для построения математической модели выбрано температурное поле, формируемое в рабочей области ведения процесса и перемещаемое с расчетной скоростью внутри пласта ископаемого.

Зазначено, що сучасні технології розробки сланцевого газу базуються на гідравлічному розриві пласта, застосування якого спричиняє численні екологічні ризики для довкілля. Внаслідок таких робіт на перспективній території Волино-Поділля можуть виявлятися несприятливі екологічні процеси, а саме забруднення підземних джерел питної води, проникнення на поверхню технологічних розчинів і газу, активізація техногенних землетрусів і зсувів. З метою запобігання цьому проведено роботи з виявлення та картування ділянок екологічних ризиків. Виділено охоронні зони, зокрема системи водозаборів, місцевих агломерацій тощо. Запропоновано засоби поетапної оптимізації існуючої мережі спостережень у вигляді одного поздовжнього регіонального профілю північно-західного простягання та кількох поперечних, що проходитимуть з південного заходу на північний схід.

Проанализированы проблемы добычи сланцевого газа, показана ее опасность для людей и окружающей среды, приведена линейная модель зависимости эколого-экономического ущерба от загрязнения воды.

Проаналізовано перспективи видобутку сланцевого газу в різних країнах світу й виконано огляд вивченості проблеми екологічної безпеки під час розробки родовищ сланцевого газу в Україні та світі. Охарактеризовано геологічні передумови та екологічні загрози, перспективи видобутку та екологічні наслідки розробки сланцевого газу на Одеській та Юзівській площах. Розкрито технологічні особливості, стадійність освоєння родовищ сланцевого газу та застосування технології гідророзриву пласта, диференційовано вплив розробки родовищ сланцевого газу на навколишнє природне середовище. Наведено головні чинники екологічної небезпеки в межах перспективних на нетрадиційний газ регіонів України, окреслено шляхи мінімізації ризиків забруднення підземних вод внаслідок видобування сланцевого газу. Наведено методику оцінки ресурсів газу сланцевих товщ.

Мета дослідження - встановити можливі кількісні похибки визначення значень деяких показників ступеня метаморфізму без залучення вмісту загальної вологи та мінеральних домішок для прогнозування небезпечних властивостей вугільних шахтопластів при веденні гірничих робіт. Методика дослідження базувалась на використанні вихідних даних про показники якості та властивостей вугілля для конкретних шахтопластів, наведених у нормативно-довідкових джерелах з наступним перерахунком стану проб з їх сухого беззольного або беззольного стану на сировинний стан. Порівняння вибірок показників, визначених відповідно до використання аналітичних проб та за результатами перерахунку на вихідний стан (близький до виробничого), зроблено висновки про можливі похибки у разі використання результатів аналізу аналітичних проб для прогнозу небезпечних властивостей шахтопластів. З'ясовано, що аналітичний стан проб на сухий беззольний стан (daf) або вологий беззольний (af) не відповідає стану вугілля в робочій зоні ведення гірничих робіт (r), що найбільш точно характеризує прояв небезпечних властивостей шахтопластів. Показники виходу летких речовин при термічному розкладанні вугілля які використовуються для прогнозу небезпечних властивостей шахтопластів, безпосередньо не відображають зміни в елементному складі вугілля при метаморфічних перетвореннях. Методики підготовки аналітичних проб передбачають подрібнення до дрібних фракцій, видалення зовнішньої вологи та збагачення до значень зольності менше 10 %, що не відповідає стану вугілля (r) у зоні ведення гірничих робіт. Застосування показників встановлених на суху беззольну горючу (органічну) масу, виключає можливість аналізувати вплив вологи та мінеральних домішок на прояв небезпечних властивостей шахтопластів. Використання таких показників для прогнозу небезпечних властивостей шахтопластів може призводити до похибок їх визначення 45 - 50 %. Небезпечні властивості шахтопластів можуть адекватно характеризуватись лише спільним складом та властивостями органічної маси та мінеральних домішок у стані, близького до знаходження вугілля у зоні ведення гірничих робіт. На прикладі можливих значних похибок показника теплоти згоряння у разі його використання для характеристики небезпечних властивостей шахтопластів доведено доцільність наукового обгрунтування комплексу показників для достовірного прогнозу конкретної небезпечної властивості для конкретного шахтопласту. Небезпечні властивості шахтопластів достовірно прогнозуються на підставі складу та властивостей органічної та мінеральної складових, наведених до умов, близьких до стану при веденні гірничих робіт. Одержані результати надають підстави науково обгрунтувати підбір необхідних показників для прогнозу конкретної небезпечної властивості шахтопластів і надати пропозиції щодо вдосконалення нормативної бази щодо безпечного ведення гірничих робіт.