В последние годы возрастает интерес к извлечению метана из угольных пластов, что связано как с энергетической ценностью этого УВ, так и с желанием уменьшить опасность потенциальных взрывов в шахтах. Природа катастрофических выбросов метана в процессе эксплуатации угольных шахт является источником многочисленных спекуляций, но не вполне понятна до настоящего времени. Традиционно рассматриваются три механизма формирования метана: (1) небиогенное его образование, (2) формирования в результате деятельности анаэробных бактерий во время начальной стадии формирования пласта и его диагенеза и (3) следствие пиролиза угольного материала во время созревания угля.
С интересной идеей о возможности образования шахтного метана при добыче каменного угля прямой реакцией воды с углеродом угольного пласта выступил недавно известный специалист по шахтному метану сотрудник Института проблем комплексного освоения недр РАН В.Е. Вигдергауз. Его статья на эту тему появилась в апреле с.г. в Online – версии международного журнала Geomaterials.
Автор статьи анализирует все известные ему литературные данные о природе шахтного метана, привлекая также сведения о результатах гидрологических исследований вблизи неблагополучных угольных шахт. Он отмечает, что ассоциация метана с углем всегда представляла проблему безопасности на шахтах, поскольку смеси метана и воздуха с содержанием метана 5-14 объемных процентов взрывоопасны.
9 мая 2010 г. Последствия взрыва газа на шахте «Распадская» (г. Междуреченск Кемеровской области)
Все три отмеченные выше традиционных механизма формирования метана, по мнению В.Е. Вигдергауза, не объясняют быстрых и непредсказуемых выделений огромного количество газа в процессе освоения угольных месторождений. Контр версия, предлагающая объяснение выделения метана из угля за счет его десорбции из пласта, не рассматривает условия его возникновения.
«Хорошо известно, - продолжает ученый, - «что при катастрофических событиях во время эксплуатации угольных шахт наблюдаются внезапные выбросы метана и двуокиси углерода. Один из крупнейших таких выбросов произошел в 1921 году во Франции в районе Гард на шахте Nord'Alle. Из месторождения было внезапно выброшено такое количество углекислого газа, что он наводнил саму шахту, вышел на поверхность и «затопил» расположенный в низинах небольшой город».
Во время катастрофических событий объем выброшенных газов в некоторых случаях может достигать сотни кубических метров на тонну извлеченного угля. Процесс, который приводит к таким катастрофическим событиям, не вполне ясен до сих пор. Мы знаем лишь два продукта реакции - метан и двуокись углерода и один из реагентов – углерод угольного пласта. В угле содержится некоторое количество водорода, но оно слишком мало для баланса. Главный вопрос, заключается в том, что же является источником огромного количества водорода и вероятный ответ – это вода.
Из практики добычи угля известно, что имеет место охлаждение угольных пластов перед внезапным выбросом газов, что свидетельствует об эндотермическом характере процессов, которые протекают перед аварией. Это обстоятельство было учтено автором при термодинамическом анализе возможности небиогенного образования метана непосредственно из углерода угольных пластов и воды в процессе отработки угольных месторождений. Результаты расчетов схематически представлены ниже.
Схема, иллюстрирующая энергетические изменения системы в процессе образования и последующего окисления угольного метана (V.E. Vigdergauz, 2011)
Автор статьи подчеркивает, что суммарный процесс генерации угольного метана и его «взрывного» окисления является существенно экзотермическим, что свидетельствует о принципиальной возможности протекания такой двухступенчатой реакции.
Найдет ли поддержку у международного сообщества угольщиков такая, на наш взгляд, несколько экзотическая гипотеза природы шахтного метана покажет время. Поживем, увидим.
П.Л. Смолянский, Отдел перспективного развития, ИВЦ ВСЕГЕИ
Источник: V.E. Vigdergauz. «Methane Formation by the Reaction of Coalbed Carbon with Water». Geomaterials, 2011, 1, 21-23 doi:10.4236/gm.2011.11003 Published Online April (http://www.scirp.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=4677)
