СУФЛЯР (французским soufflard, от souffler — дышать, дуть * а. fumarole, puffing hole, spouting hole, blower, feeder; н. Gasblaser, Blaser; ф. soufflard, souffleur; и. escape instantaneo de grisu, escape instantaneo de gas) — локальные выделения из природных или эксплуатационных трещин в горных выработках с дебитом не менее 1 м 3 /мин. Выделяют суфляры природные и эксплуатационные.
Природные суфляры приурочены к зонам тектонических нарушений с широко развитой системой открытых трещин, распространённых на огромной площади (по падению и простиранию слоев). Эксплуатационные суфляры возникают в выработанном пространстве , в подготовительных выработках и очистных при возникновении трещин за счёт перераспределения горного давления . С увеличением глубины частота встречаемости суфляров возрастает. В зависимости от вида разрабатываемого полезного ископаемого газовый состав суфляров представлен: метаном (иногда с примесью тяжёлых углеводородов , азота , углекислого газа , ); углекислым газом — на угольных шахтах; углекислым, углеводородными и азотными газами — на рудных шахтах .
Глубина появления суфляров на угольных шахтах обычно приурочена к зоне метановых газов (верхней границе или несколько ниже). В зависимости от приуроченности к пластам с различной газоносностью или другим коллекторам газа суфляры проявляются по-разному. При небольших запасах газа суфляры действуют кратковременно, при значительных — десятки лет, выделяя при этом несколько млн. м 3 метана (угольные шахты). При невозможности снизить концентрацию суфлярных газов в шахтном воздухе до требуемых норм с помощью средств вентиляции производится каптаж суфляров. Заключается он в изоляции выходов газа специальными металлическими колпаками, заглубляемыми в поверхность выработки и герметизируемыми по периметру бетоном , глиной; продольными деревянными перекрытиями, герметизируемыми смесью жидкого стекла, извести и воды (при проявлении суфляров на протяжённом участке выработки); пенопластом или синтетической плёнкой. В первых двух случаях из перекрывающих конструкций газ отводится через специальные патрубки (и шланги) в трубопровод . При недостаточной эффективности вышеупомянутых способов каптажа отвод газов из очагов формирования суфляров осуществляется с помощью дренажных скважин. В случае невозможности локализации суфляров данный участок выработки изолируют герметизирующей перемычкой, а газ изолированного участка отводят.
В угольных шахтах в зависимости от регламентируемых условий выделяются пласты, опасные по суфлярам.
Выделение горючих газов из разлагающихся отходов жизнедеятельности организмов и биомассы было замечено еще в 17 веке.
В 1776 году ученый Аллесандро Вольта сделал вывод о существовании взаимной зависимости между массой разлагающегося вещества и объемом выделяющегося газа, а позднее было обнаружено, что основным горючим компонентом получаемого биогаза является метан.
Поскольку метан является основным компонентом добываемого из недр природного газа, то в процессе изучения биогаза начали появляться установки для его промышленного производства в качестве альтернативы ископаемому топливу.
Первая документально подтвержденная биогазовая установка была построена в 1859 году в Индии, а впервые в Европе, в Великобритании биогаз начал применяться в уличных фонарях освещения в 1895 году.
Рисунок, показывающий поперечный разрез первой биогазовой установки
Биохимические процессы образования биогаза
Первые экспериментальные установки для получения биогаза разрабатывались методом проб и ошибок, без истинного понимания происходящих процессов. С развитием микробиологии было выявлено, что выделение газа происходит из-за водородного и метанового брожения биомассы . Поскольку данные типы брожения происходят без доступа кислорода, выделяющий метан процесс разложения биомассы еще называют анаэробным.
Анаэробное сбраживание встречается в природе при образовании болотного газа
По-другому синтез биогаза называют биодеструкцией (биологическим разрушением) органических веществ с выделением свободного газообразного метана (CH4) . Ниже дана упрощенная формула, демонстрирующая выделение химических веществ из органических соединений в процессе жизнедеятельности бактерий метаногенов, у которых в процессе метаболизма выделяется побочный газ метан:
Другими словами, микроскопические бактерии, потребляя органические вещества, содержащиеся в биомассе и биологических отходах, выделяют горючий газ. Но даже при самых благоприятных условиях выделение горючего газа происходит не сразу – вначале нужен процесс ферментации биомассы, разложение которой происходит в несколько этапов за определенные периоды времени.
Стадии синтеза биогаза
Для размножения и жизнедеятельности выделяющих метан метаногенов нужна питательная среда, которая формируется в установке для получения биогаза предыдущими поколениями других бактерий. В первой стадии белки, жиры и углеводы, имеющиеся в биомассе, под воздействием гидролитических ферментов распадаются на простые органические соединения: аминокислоты, сахар, жирные кислоты. Данная стадия протекает под действием ацетогенных бактерий и называется гидролизом.
Различные бактерии, вид под микроскопом
Во второй стадии под действием гетероацетогенных бактерий происходит гидролизное окисление части органических соединений, при этом получается углекислый газ, свободный водород и ацетат.
Не окислившаяся часть получившихся на первой стадии простых органических соединений при взаимодействии с образовавшимся на второй стадии ацетатом формирует простейшие органические кислоты, которые и являются необходимой питательной средой для бактерий, выделяющих метан на третьей стадии.
Стадии жизнедеятельности микроорганизмов при образовании метана
Именно на третьей стадии происходит производство биогаза, интенсивность которого зависит от таких основных факторов:
- Состава биомассы;
- Температуры питательной среды;
- Давления внутри установки;
- Кислотно-щелочного баланса pH;
- Соотношения воды и загружаемой биомассы;
- Измельчения сырья и частоты перемешивания субстрата;
- Наличия стимулирующих и замедляющих компонентов в среде;
- Соотношения углерода, фосфора, азота и других элементов.
Схематическое отображение основных узлов биогазовой установки
Оптимальный состав сырья для производства биогаза
Поскольку белки, жиры и углеводы содержатся в любой биомассе растительного или животного происхождения, а также в отходах жизнедеятельности и пищевой промышленности, то помимо научных лабораторий и промышленных установок, вполне реально получать биогаз в домашних условиях.
Но в самодельной домашней установке будет очень трудно контролировать описанные выше параметры. На видео ниже показан пример промышленной биогазовой установки для дома:
В продолжение данной темы в следующей статье будет подробно рассказано о существующих типах генераторов биогаза и самодельных биогазовых установках, которые народные умельцы делают своими руками.
На данном этапе стоит напомнить, что биогаз горюч и взрывоопасен , а чрезмерное давление может разорвать биогазовую установку с последующем взрывом газа. Поэтому первоочередным контролируемым параметром должно быть давление в установке и герметичность конструкции.
Примеры сырья для получения биогаза
Максимальное количество биогаза можно получить из животных жиров – около 1500 м3 из тонны сырья при концентрации метана 87%. Также значительный выход биогаза получается из пережаренного растительного масла – около 1200 м3 при концентрации CH4 68%.
Значительно меньше биогаза получается из семян различных растений от 500 м3 — 54% CH4, (овес) до 644 м3 — 65,7% CH4 (рапс). Из силоса кукурузы, травы и других растений можно получить 450-100 м3 при средней концентрации метана 55-50%.
Возможное получение биогаза из различных семян и корнеплодов
Биогаз из отходов жизнедеятельности животных
Из навоза животных выход газа получается значительно меньшим, так как после прохождения пищевого тракта в отходах жизнедеятельности количество питательных веществ для метанобразующих микроорганизмов мало.
Поскольку у птиц пищеварительная система предназначена для быстрого отбора основной части питательных веществ из пищи, с частыми испражнениями для облегчения полета, то выход биогаза из помета будет наибольшим – около 100 м3 при 65% CH4.
Применение биогазовой установки наиболее выгодно на птицефермах, где существует проблема утилизации птичьего помета
Тогда как навоз крупного рогатого скота обладает наименьшим выходом биогаза – в среднем 25 м3 при 55% CH4, из-за пищеварительного тракта, предназначенного для максимального извлечения питательных веществ из корма в течение длительного времени с многократным пережевыванием пищи.
Выход биогаза из навоза увеличивается при его смешивании с подстилкой и остатками корма. Также имеет значение влажность и свежесть навоза – для более подробных данных нужно изучать специальные таблицы.
Возможное получение биогаза из навоза сельскохозяйственных животных
Большое влияние на скорость брожения и концентрацию метана в биогазе оказывает качество воды и наличие примесей. Сильно хлорированная водопроводная вода, используемая для разбавления навоза, будет угнетать процесс брожения.
Если при уборке стойл применяются бактерицидные вещества и химические моющие средства, то скорость реакций в биогазовой установке значительно замедлится. По этой же причине возникают значительные трудности при газификации отходов канализации человеческого жилья из-за малой рентабельности и большой концентрации моющих средств.
Несмотря на низкий выход биогаза из отходов жизнедеятельности организмов, в самодельных биогазовых установках необходимо добавлять навоз в другие виды сырья для размножения в субстрате всех требуемых видов бактерий, которые изначально проживают в пищеварительном тракте
Содержащий бактерии навоз необходимо добавлять в субстрат для получения биогаза
Состав биогазовой смеси
Как говорилось выше, на разных стадиях в процессе биосинтеза помимо метана выделяются углекислый газ и водород. Также в зависимости от сырья выделяются аммиак и сероводород. Водород хоть и горюч, но его летучесть не позволяет использовать этот газ в стандартных газовых установках.
Аммиак и сероводород являются ядовитыми соединениями, которые вредят как бактериям внутри биогазовой установки, так и окружающей среде. Углекислый газ является балластом, а его большое количество в смеси значительно снижает горючесть и калорийность биогаза.
Среднее процентное соотношение примесей в биогазе, получаемом из различного сырья
Очевидно, что из-за большого количества примесей использование биогаза в обычных котлах и кухонных плитах возможно только после тщательной очистки синтезированной газовой смеси. Очищают полученный биогаз в несколько этапов, но практически невозможно достичь идеально чистого метана, главное, чтобы концентрация примесей не выходила за установленные нормы.
Пламя горящего биогаза должно быть чистым, как и вся биологическая энергия
На первом этапе очистки биогаз проходит через водяной фильтр, где растворяется большая часть углекислого газа, аммиака и различных ароматических соединений. Вода с большой концентрацией растворенного углекислого газа и аммиака может использоваться для выращивания водорослей, которые, в свою очередь, пойдут на синтез биогаза в биогазовой установке.
Системы очистки биогаза на промышленной биогазовой установке
После водяной очистки биогаз поступает на фильтр очистки от сероводорода. Наиболее простым является фильтр из металлической стружки и опилок, на которых осаждается сера. В промышленных фильтрах применяются специальные катализаторы и осаждающие серу растворы. Наилучшее качество биогаза получается после прохождения мембранного фильтра, где на молекулярном уровне отсеиваются молекулы нежелательных примесей.
Очистка биогаза до чистого метана при помощи мембранного фильтра
Описание влияния некоторых факторов на выделение биогаза
Для определения скорости брожения и интенсивности выделения биогаза одним из решающих факторов является температура смеси. Нужен термометр, а лучше электрический датчик для контроля температурного режима.
В промышленных биогазовых установках температурный режим и другие параметры контролируются специальными контроллерами. Иногда теплоты реакции бывает достаточно для поддержания оптимальной температуры, но чаще всего субстрат приходится подогревать, особенно в холодный период года.
Компьютеризированный контроллер биогазовой установки с газоанализаторами
По температурному режиму различают три вида анаэробного брожения:
- Психрофильные установки, работающие без обогрева, где температура самопроизвольно поддерживается на уровне 15-25ºC. Применяются в странах с теплым климатом;
- Мезофильные, требуют дополнительного незначительного обогрева для поддержания температуры 25-40ºC. Обладают наиболее богатым составом образующихся после генерации экологически чистых удобрений, из-за чего оптимально подходят для небольших хозяйств;
- Термофильные биогазовые установки, требующие больших затрат энергии, для поддержания температуры свыше 40ºC, максимум 90ºC. При данной температуре гибнут болезнетворные бактерии в образующихся удобрениях, и получается наибольший выход биогаза, из-за чего широко применяется при промышленном производстве биологического газа.
Термоизоляция реактора термофильной биогазовой установки
Наряду с температурой большое значение имеет размер твердых частиц навоза, отходов и биомассы. Чем меньше частицы сырья, тем больше площадь контакта бактерий с питательной средой. Поэтому самое главное при приготовлении сырья – это его измельчение .
Контакт бактерий с пищей затрудняется в процессе биосинтеза из-за накопления продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Поэтому своевременное перемешивание субстрата в процессе брожения также являет собой значительный фактор для газификации биомассы. Пример промышленной биогазовой установки с контролем всех параметров:
Рентабельность производства биогаза
Лидером в производстве качественного биогаза из выращиваемого сырья и отходов животноводческих ферм является Германия. Рентабельность биосинтеза газа определяется большой стоимостью энергоносителей с одной стороны и наличием стимулирующих государственных программ.
Стимулом к внедрению биогазовых технологий является как значительная субсидия при покупке экологических энергоносителей у производителей, так и внушительная сумма штрафа за загрязнение окружающей среды не переработанным навозом.
Экологически чистый биогазовый комплекс в экономически развитой стране
В бедных деревнях Индии и Китая собственники полукустарных биогазовых установок практически не очищают свой газ, тут же сжигая его в плите или газовой горелке. В данных странах производство биологического газа из бытовых отходов и специально выращиваемого растительного сырья окупается благодаря низкой стоимости ручного труда крестьян и небольшой стоимости самих установок, лишенных дорогих систем очистки и сложных автоматизированных комплексов контроля и управления.
Пример полукустарных биогазовых установок в бедных деревнях Азии
В прессе и интернете можно найти много жизнерадостных заголовков типа: «Экономия бюджета с помощью биогазовой установки», «Бесплатная энергия из навоза», «Биогаз своими руками», но на практике ожидания по окупаемости дорогостоящего оборудования и затрат расходятся с реальностью. Это происходит из-за сложности контроля всех параметров, а также необходимостью подогрева для оптимальной скорости брожения. Пример оптимистического новостного сюжета:
В следующей статье будут приведены примеры самодельных установок с демонстрацией выхода газа в реальных условиях, и каждый сможет для себя определить рентабельность самостоятельного производства биогаза, исходя из своих возможностей и тарифов на энергоносители.
Значительным достоинством самостоятельного производства биогаза является побочное получение высококачественного экологически чистого удобрения. На видео ниже мастер объясняет теоретические основы получения биогаза и получения удобрений.
5. Виды выделения метана.
При подземных горных работах из угля и вмещающих пласт пород в горные выработки выделяется метан. Существуют три формы его выделения: обыкновенное, суфлярное и внезапное. При обыкновенном выделении метан поступает в рудничную атмосферу непрерывно сравнительно равномерными порциями со всей обнаженной площади пласта и пород.
При суфлярном выделении газ поступает из разломов пород, шпуров и скважин в пласте, участков геологических нарушений. При этом выделение метана продолжается длительное время (часами, даже месяцами). Под внезапным выделением следует понимать такое динамическое явление, при котором происходит быстрое разрушение части угольного пласта с почти мгновенным выбросом большого количества газа, выносом измельченного угля в прилегающую выработку и образованием характерной полости.
Угольные шахты в зависимости от метанообильности разделяются на пять категорий. Критерием для такого деления является относительная метанообильность, т. е. количество метана в кубических метрах, выделяющегося в сутки на 1 т среднесуточной добычи.
6. Деление шахт на категории по газу.
При подземных горных работах из угля и вмещающих пласт пород в горные выработки выделяется метан. Существуют три формы его выделения: обыкновенное, суфлярное и внезапное. При обыкновенном выделении метан поступает в атмосферу непрерывно сравнительно равномерными порциями со всей обнаженной площади пласта и пород. При суфлярном выделении газ поступает из разломов пород, шпуров и скважин в пласте, участков геологических нарушений. Как правило, дебит суфляр - в первоначальный момент максимальный, с течением времени он постепенно уменьшается. Продолжительность суфляров - различна - от нескольких дней до нескольких лет. Под внезапным выделением следует понимать такое динамическое явление, при котором происходит быстрое разрушение части угольного пласта с почти мгновенным выбросом большого количества газа, выносом измельченного угля в прилегающую выработку и образованием характерной полости. Угольные шахты в зависимости от метанообильности разделяются на пять категорий (табл. 1.1). Критерием для такого деления является относительная метанообильность, т. е. количество метана, м3, выделяющегося в сутки на 1 т среднесуточной добычи.
В пределах шахтного поля заключены определенные запасы полезного ископаемого. Различают геологические, балансовые и забалансовые запасы (рис. 1.5).
Геологическими называют общее количество запасов полезного ископаемого месторождения или его части. Балансовыми называют такие запасы, разработка которых экономически целесообразна; по качеству полезного ископаемого они отвечают требованиям их промышленного использования, а по количеству и условиям залегания пригодны для добывания при современном уровне техники. Забалансовые запасы не отвечают действующим кондициям по мощности и качеству, однако их следует рассматривать как объект освоения в будущем, по мере развития техники, технологии добычи и переработки полезных ископаемых. Балансовые запасы равны геологическим за вычетом забалансовых запасов. К забалансовым относят запасы, которые сосредоточены в пластах нерабочей мощности или уголь имеет высокую зольность, сверхлимитное содержание серы, или залегают на глубине, недоступной для разработки с использованием существующей технологии. Запасы полезного ископаемого в зависимости от их изученности подразделяются на четыре категории: А, В, С1 и С2. К категории А относятся запасы, детально разведанные и изученные с помощью горных выработок; имеются полные данные о качестве полезного ископаемого.
Борьба с выделениями и взрывами метана
В шахтах, опасных по газу (т. е. в таких, в которых хотя бы на одном пласте обнаружен метан), необходимо соблюдать специальный режим, одно из основных требований которого заключается в разжижении выделяющегося метана до безопасных концентраций. Правилами безопасности установлены следующие предельные концентрации метана (в процентах по объему):
Исходящая вентиляционная струя из участка, очистных забоев и подготовительных выработок........... 1,00
Общая исходящая струя из шахты, крыла......... 0,75
Поступающая струя в очистные или подготовительные забои……. 0,50 Местное (в отдельных местах) скопление в очистных ьабоях,
в подготовительных и других выработках........ 2,00
Запрещается приступать к заряжанию шпуров и производить взрывные работы при содержании в забое, а также в примыкающих к нему выработках на протяжении 20 м от него и в местах укрытия взрывника 1 % метана и более.
Если в отдельных местах образуются скопления метана, достигающие 2%, то работы прекращаются, и возобновлять их разрешается только после снижения содержания метана до 1%.
В течение целого ряда десятилетий разбавление метана до допустимых норм (хотя сами нормы неоднократно менялись) осуществлялось главным образом вентиляционными средствами. Однако в последние годы в связи с переходом на разработку глубоких горизонтов и интенсификацией процессов добычи угля газообильность шахт так возросла, что обычные методы вентиляции не могут обеспечить снижения концентрации до установленных норм. Вследствие этого возникла необходимость управления газовыделением с целью уменьшения общего количества выделяющихся в выработки газов, регулирования выделения во времени, а также предупреждения или уменьшения интенсивности суфлярных выделений и внезапных выбросов.
Дегазация.
Наиболее распространенным способом снижения газообильности угольных шахт является дегазация разрабатываемых и сближенных угольных пластов и выработанных пространств, представляющая собой комплекс мероприятий по сбору и обособленной выдаче из шахты концентрированных метано-воздуш-ных смесей. Дегазацию начали применять в СССР с 1952 г., и она быстро получила распространение.
В настоящее время дегазация (или изолированный отвод метана) применяется практически на всех шахтах, количество отсасываемого или отводимого метана достигает 1,4 млн. м 3 /сутки, а в 2010 г. составит около 2,5 млн. м 3 /сутки.
Отсасываемый метан используется пока явно недостаточно, всего на 10 -15%. Он применяется главным образом для нагрева паровых котлов в шахтных котельных.
В шахтах России применяются три основные группы способов дегазации:
а) дегазация угольных пластов и вмещающих пород без использования эффекта разгрузки от горного давления;
б) дегазация подрабатываемых и надрабатываемых смежных угольных пластов и вмещающих пород с использованном эффекта разгрузки от горного давления;
в) отсос метано-воздушных смесей из выработанных пространств.
Каждая группа подразделяется на ряд схем и вариантов в зависимости от горнотехнических условий разработки, геологических особенностей месторождений, газопроницаемости пластов, наличия сближенных пластов и т. п.
Дегазация угольного пласта до начала очистных работ иногда производится путем отсасывания газа из предварительно проведенных и затем изолированных герметизирующими перемычками подготовительных выработок. При этом для удаления газа через перемычки пропускается газопровод. Этот способ дегазации рекомендуется применять только при высокой газопроницаемости пласта. Срок дегазации от 8 до 12 месяцев.
В настоящее время Московским горным институтом проведены
лабораторные и натурные исследования по предварительной дегазации с
направленным гидравлическим расчленением пластов, осуществляемой с
земной поверхности до проведения горных работ и без связи с ними.
Сущность этого метода заключается в том, что на участки дегазируемых
пластов проводятся на расстоянии 250-300 м одна от другой буровые
скважины (или используются скважины геологоразведочного бурения), через
которые производится гидрорасчленение пласта. Для направленного
введения рабочей жидкости в пласте абразивным гидроперфоратором
создается щель высотой 30-40 мм, радиусом от 1 до З м. Закачка жидкости
ведется с медленным нарастанием расхода до 125 л/сек. При этом вокруг
скважины па расстоянии порядка 100 м происходит раскрытие трещин.
Общий расход жидкости при закачке достигает 900 м3, песка 30-40 т.
После откачки из скважины жидкости начинает выделяться газ, причем среднесуточный дебит равен 1000-4000 м 3 , а в отдельные сутки доходит до 6000 м 3 .
После дегазации таким способом пласта K 12 (Караганда) газообильность выработок при его выемке была в 4-6 раз меньше, чем ожидалось без дегазации, и в 2-3 раза меньше газообильности выработок в аналогичных условиях, но при дегазации с помощью восстающих скважин, пробуренных по пласту. Для сокращения срока дегазации рассматриваемым способом рекомендуется применять испаряющиеся при атмосферных условиях и пластовых температурах жидкости (например. СО2). При дегазации с земной поверхности скважины дают почти чистый метан, что облегчает его рациональное использование и способствует окупаемости дегазационных работ.
С использованием эффекта разгрузки от горного давления осуществляется дегазация сближенных угольных пластов, т. е. газоносных пластов, залегающих на таком расстоянии от разрабатываемого, на котором происходят обрушение пород, разгрузка дегазируемого пласта от горного давления и повышенная газоотдача. Выделяющийся газ отсасывается через специальные скважины, пробуренные с вентиляционного (иногда с откаточного) штрека. Скважины эти должны пересекать дегазируемый пласт на границе зоны обрушения, где оседание пород происходит с образованием пустот, которые заполняются газом. Поскольку успех дегазации зависит от правильной ориентировки дегазационных скважин, азимут, угол наклона и проектная глубина скважин определяются на основании точных маркшейдерских данных.
Дегазация угольных пластов позволяет вести очистные работы на пластах, отличающихся высокой метанообильностью. Однако в последнее время возникают большие трудности при проведении подготовительных выработок, так как работы эти ведутся в основном еще до начала дегазации и в ряде случаев газовыделение в выработки достигает 6,0-7,5 м 3 "мин. Разжижение таких количеств газа свежей вентиляционной струей требует подачи в выработки громадных количеств воздуха. С целью создания безопасных условий проходки в настоящее время применяется ограждающая дегазация.
При проведении выработок по углю часто в их подкровельной части
образуются так называемые слоевые скопления метана, содержание которого в
смеси с воздухом достигает 2% и более. Границей между воздушной струей и
концентрацией СН 4 2%. Протяженность слоевых скоплений обычно 20-40 м.
но иногда достигает 100 м и более. Загазованию подвергаются обычно
призабойные части штреков, а также места геологических нарушений, зоны
трещиноватого угля и т. п.
Борьба со слоевыми скоплениями ведется путем увеличения скорости движения вентиляционной струи, прижатием воздушного потока к кровле выработки при помощи паруса, перекрывающего нижнюю часть выработки, и обеспечением деятельного перемешивания воздуха е кровле выработки. Последнее достигается при помощи сжатого воздуха, вытекающего из трубопровода через специальные отверстия.
Борьба с суфлярами. Суфлярные выделения часто вынуждают прекращать работу в забое и отводить газ по специальному трубопроводу в исходящую струю шахты или по скважине на поверхность. После того как суфлярное выделение прекратится, работы возобновляются.
Если дебит суфляра невелик, то в ряде случаев возможно продолжать проходческие работы при условии подачи достаточного количества воздуха для разжижения выделяющегося метана и принятия мер против образования слоевых скоплений.
В тех случаях, когда на разрабатываемом месторождении суфлярные выделения связаны с тектоническими нарушениями или зонами трещиноватых, раздробленных пород, лучшей мерой борьбы с суфлярами следует считать бурение специальных разведочных скважин при приближении забоя выработки к нарушению или к зоне трещиноватости. После вскрытия суфляра разведочными скважинами пробуриваются специальные дренажные скважины, через которые газ отводится на поверхность.
Вторичные суфляры вызываются производственными процессами, возникают неожиданно и к ним трудно заранее подготовиться. Способы борьбы в этом случае зависят от характера выделения. Так, при возникновении суфляра и виде трещины, образовавшейся в ночве призабойного пространства лавы в результате разгрузки пород от горного давления, трещину закрывают швеллерами или рештаками, уплотняемыми бетонным покрытием. После этого выделяющийся метан отсасывается и выдается по трубам в исходящую струю или на поверхность.
Борьба с внезапными выбросами . Наиболее действенным способом борьбы с внезапными выбросами является разработка опасных и угрожаемых пластов после предварительной выемки защитных, т. е. залегающих выше или ниже выбросоопасных на таком расстоянии, при котором разработка их обеспечивает разгрузку опасных и угрожаемых пластов. При пологом падении защитными являются пласты, залегающие выше опасных на расстоянии до 45 м по нормали и ниже опасных до 100 м. При крутом падении защитными считаются пласты, залегающие не более чем в 60 м по нормали выше или ниже опасного, если опытом не установлено защитное действие на большем расстоянии. Если имеются защитные пласты выше и ниже опасных, то в первую очередь разрабатывается вышележащий.
Правилами безопасности регламентированы порядок проведения откаточного штрека и величина опережения им очистного забоя на крутых пластах, опасных по выбросам; восстающие выработки разрешается проходить только сверху вниз по предварительно пробуренным опережающим скважинам; установлен также порядок вскрытия опасных пластов квершлагами. В последнем случае опасность внезапного выброса особенно велика, вследствие чего при подходе забоем квершлага к пласту на расстояние 10 м обязательны бурение двух передовых скважин длиной не менее 6 м, уменьшение площади поперечного сечения квершлага до 5 м 2 , предварительное проведение выработки, соединяющей квершлаг с вентиляционным горизонтом, для отвода газа при внезапном выбросе.
При проведении выработок по углю для предупреждения внезапных выбросов бурят опережающие скважины диаметром 250-300 мм; в некоторых случаях применяют опережающую крепь, предохранительные щиты и другие меры защиты.
В соответствии с Правилами безопасности, взрывные работы по углю на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, при очистных работах и проведении горизонтальных и наклонных выработок должны вестись только в режиме сотрясательного взрывания, т. е. взрывания усиленным зарядом ВВ с соблюдением целого ряда установленных мер безопасности.
Поскольку сотрясательное взрывание может вызвать выброс большой интенсивности, нарушающий нормальную работу шахты, а иногда после него возникают запоздалые выбросы, в последние годы исследуется эффективность так называемого камуфлетного взрывания, которое лишь разрыхляет массив, увеличивает зону разгрузки и предотвращает опасность развития внезапного выброса.
Чтобы предупредить внезапные выбросы пород, которые, как указывалось, возникают обычно при ведении проходческих работ по пластам песчаника, рекомендуется располагать выработки ближе к почве или кровле пласта, так как наиболее выбросоопасной является его средняя часть. Для уменьшения опасности выброса рекомендуется: производить предварительное увлажнение породного массива, которое уменьшает напряжения в призабойной части; применять разгрузочные щели, предварительную отработку защитных пластов (когда это возможно), охлаждать призабойную часть массива, проводить выработки уменьшенным сечением с последующим расширением их до проектного.
ГАЗ из коровы - как топливо для автомобиля January 16th, 2015
Корова испускает в день около 300 литров метана, который может быть использован для работы на протяжении дня холодильника емкостью 100 литров при температуре от двух до шести градусов, сообщают исследователи из Национального института сельскохозяйственных технологий Аргентины. Им удалось собрать, очистить и сжать газы, испускаемые крупным рогатым скотом для использования в качестве альтернативного источника энергии. Даже автомобиль может работать на этом биотопливе.
Предварительные расчёты показали, что стадо из 200 коров в год выделяет в атмосферу Земли такое количество метана, сколько хватит обычному семейному автомобилю на 180 000 километров пути (эквивалент - 21 400 литров бензина). Главный вопрос заключается в том, как собирать этот газ.
Давайте узнаем про этот процесс подробнее …
Для сбора газа использовали систему трубок с одной стороны подсоединенных к внутренней полости желудка содержащей метан, а с другой к пластиковому пакету, расположенного в задней части животного. Как пояснил координатор проекта, количество собранного газа варьируется в зависимости от проглоченной пищи и размера животного. Взрослая корова, например, испускает около 1200 литров в день, из которых от 250 до 300 являются метаном.
Поскольку животное производит различные газы, предлагается использовать промышленные соединения, такие как 25%-й моноэтаноламин, удалить диоксид углерода и сероводород и получить примерно 95%-й метан. Хотя это может вызывать некоторое отвращение, но по-крайней мере такой вид топлива наиболее экологически чистый.
Кроме того, в условиях, когда не хватают или отсутствуют возобновляемые источники энергии, эта перспектива также направлена на снижение количества парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу. Не удивительно, что согласно докладу Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), выбросы, связанные с домашним скотом входящие в производственную цепь составляют 14,5% от всех выбросов осуществляемых человеком, основными источниками которых служат: процессы переваривания коров (39%) и разложения навоза (10%). Самое интересное, что в связи с этим авторы исследования заявили, что надо стремиться «использовать анаэробную ферментацию, возникающую внутри жвачных животных в качестве возобновляемого источника энергии, что также сократит выбросы парниковых газов.
Дополним, что Ирландии тоже занимаются сбором и изучением выделения метана коровами (как показано на картинке «Чёрные бурёнки»), только пока что масштабы исследований не такие большие, как в Аргентине, где ещё в 2009 году на пастбище около Буэнос-Айреса коровы собирали метан.
Да, еще при этом нашелся главный злодей в драме «Глобальное потепление»: это ─ коровы! Именно так считают специалисты FAO ─ продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН. В их 400-страничном докладе, опубликованном на днях, сказано, что стада коров влияют на климат больше, чем автомобили или самолеты. Полтора миллиарда коров, живущих на планете, ответственны за выделение 18% всех парниковых газов в мире. Это превышает показатели всех видов транспорта вместе взятых.
К числу наиболее активных парниковых газов относятся углекислый газ и метан. Коровы, конечно, выдыхают углекислый газ. Но не столько же. Тут немного другой расчет. Производство удобрений для кормов, изготовление и транспортировка мяса и другие процессы, сопряженные с животноводством, требуют энергии. Сжигание топлива для ее получения и дает 9% мировых выбросов углекислого газа.
С метаном ситуация более серьезная. Он нагревает Землю в двадцать раз быстрее, чем углекислый газ, а более трети метана, попадающего в атмосферу ─ коровьего происхождения. Метан в коровах производят специальные бактерии ─ метаногены. Они обычно живут в бескислородных почвах болот, отчего метан называют болотным газом. Есть они и в многокамерных желудках жвачных. Усваивая образующиеся при брожении водород и углекислый газ, они синтезируют метан CH4. То же самое они делают и потом, в навозе. В последнее время, кстати, именно их приспособили для получения биогаза, когда этот метан собирают и используют как горючее.
За 150 лет концентрация метана в атмосфере возросла примерно в 2,5 раза, причем третья часть попала туда благодаря домашней скотине. Впрочем, для российских ученых это не новость. Еще несколько лет назад в Институте глобального климата и экологии Росгидромета и РАН исследовали эту проблему. И выяснили, что только в России сельскохозяйственные животные выделяют в атмосферу несколько миллионов тонн метана в год. Количество выделяемого газа зависит от вида скотины, ее меню, условий содержания, технологи хранения и переработки навоза, а также от климата.
Вот, например, верблюд. Условия его существования не меняются веками: как выделял один верблюд примерно 48 кг метана в год, так и выделяет. Козы, лошади, ослы и свиньи тоже особо не изменили свою метановую продуктивность. А вот корова в 1865 году давала 40 кг метана с головы в год (меньше, чем верблюд), а теперь производит почти 60 - несколько газовых баллонов. Интенсивное животноводство наращивает не только удои и привесы, но и газовый выхлоп. Овцы и особенно домашняя птица вместе со своим пометом тоже порядком портят атмосферу Земли.
Общими усилиями сельскохозяйственные животные производят сейчас в 3 с лишним раза больше метана, чем полтора века назад. Спрос на мясо в мире растет, еще вырастет и поголовье коров. По прогнозу специалистов из ООН, коровий вклад в парниковый эффект к 2050 году может увеличиться еще в два раза.
