صفحه اصلی مقاله های بخش معدن مزیت¬های اقتصادی زهکشی و بازیابی گاز متان در معادن زغال¬سنگ

مزیت¬های اقتصادی زهکشی و بازیابی گاز متان در معادن زغال¬سنگ

این مورد را ارزیابی کنید
(3 رای‌ها)

تهیه کننده : احمدی

               جعفری

سی و یکمین گردهمایی علوم زمین آذر 91

سازمان زمین شناسی و اکتشاف معدنی

مزیت­های اقتصادی زهکشی و بازیابی گاز متان در معادن زغال­سنگ

◊◊◊◊

 

1- محمد منتشری*، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی معدن-اکتشاف، دانشکده مهندسی معدن ومتالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر واحد بندر عباس، این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید

2-زینب میرزایی، دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مدیریت کارافرینی فرهنگی، دانشگاه هنر اصفهان، این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید

3- رضا دهقان سیمکانی،استادیار فراوری مواد معدنی، مرکز پژوهشی زغال­سنگ، دانشکده مهندسی معدن ومتالورژی، دانشگاه یزد،این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید

 

◊◊◊◊

 

چكيده :

 

در معادن بزرگ زغال­سنگ در کنار استخراج حجم وتناژ بالای زغال­سنگ باید ایمنی در مقابل انفجار گاز متان نیز رعایت شود. واضح است با افزایش استخراج زغال­سنگ، خطر انفجار نیز افزایش می­یابد. این در حالی است که در صورت زهکشی و بازیابی  به موقع گاز متان و استخراج  آن نه تنها ایمنی کافی در معادن زغال­سنگ تامین می­گردد بلکه در گرو این پیشگیری، سود اقتصادی نیز افزایش می­یابد زیرا هزینه­های زهکشی گاز متان در مقابل امتیازاتی همچون تولید برق از گاز زهکشی شده، اعتبار کربن، فرصت در جهت استخراج بیشتر و همچنین امتیازات زیست محیطی جبران می­گردد.

در مقاله پیش­رو مزیت­های اقتصادی حاصل از بکارگیری فناوری­های نوین زهکشی متان در معادن زغال­سنگ مرور شده است.

 

كليد واژه­ها:مزیت، اقتصاد، زغال­سنگ، متان، زهکشی

 

 

 

Abstract:

 

Having a safe environment and preventation of the explosions in mechanized coal mines are of crucial importance. With increasing the mine capacity and the speed of the enhancement and progress in coal mines, the risk of explosion in also increased. However, methane drainage technologies are able to increase both the mining safety and the economical benefits of coal mining operations. In this article, the investment and operating costs of the coal mines methane(CMM) recovery and drainage technologies and the economical advantages of using these techniques are studied. The internation experience shows that the costs of the design and implementation of methane recovery systems are covered due to the benefits of electrical power production from coal mine methane, increasing safety, carbon credit and environmental savings.

 

 

Keywords :Advantage, economics, coal, methane, drainage

◊◊◊◊

 

 

 

مقدمه :

در معادن زغال سنگ پیشرفته برای به دست آوردن بازده مالی قابل قبول از سرمایه، تولید تناژ بالایی از زغال سنگ ضرورت دارد.

 افزایش میزان استخراج زغال سنگ معمولاً باعث افزایش گاز متان در خروجی می­شود. از یک طرف تولید بدون وقفه زغال­سنگ نباید به دلیل عدم توانایی در جلوگیری از خروج گاز متان محدود شود، و از طرف دیگر تخلف از استانداردهای ایمنی گاز باعث انفجار می­شود و زندگی انسان­ها را به خطر می­اندازد. در کنار تأثیرات مستقیم حوادث مخرب بر روی انسان­ها خسارت­های دیگری را نیز مانند تعهدات کیفری ، توقف تولید و جرائم بر طبق مقرارت به بار می­آورد.

هزینه یک حادثه مخرب برای یک شرکت بزرگ معدنی(شامل هزینه­های قانونی، جبران خسارات و جرائم) حدود 2 میلیون دلار تا بیش از 8 میلیون دلار می­باشد.

در بعضی ازکشورها یک حادثه جدی در یک معدن منجر به تعلیق معدن برای چند هفته می­شود. زیرا کارشناسان باید بررسی­های لازم را انجام دهند تا از تکرار آن جلوگیری نمایند.

هزینه­های زهکشی متان بخشی از هزینه­های معدن­کاری و هزینه­های عملیاتی می­باشد. بنابراین توجیه کافی برای سرمایه­گذاری در استخراج مؤثر گاز وجود دارد. با استفاده از یک روش استخراج مکانیزه در شرایط زمین شناسی مناسب می توان سالانه 2 تا 4 میلیون تن زغال سنگ استخراج کرد. اگر قیمت زغال سنگ $/t40باشد در صورت خروج گاز متان و توقف تولیدات برای 10٪ از زمان ،هزینه این توقف به طور سالیانه از 8 تا 16 میلیون دلار می­باشد .

لذا استفاده از سیستم های زهکشی متان و سرمایه­گذاری برای استخراج گاز متان یک فرصت مناسب برای ایجاد در آمد اضافی می­باشد. ]1،2،3[

◊◊◊◊

 

بحث :

 

اهمیت زهکشی گاز متان در معادن زغال­سنگ

زغال سنگ از جمله منابع انرژی است که از دیرباز مورد استفاده بشر بوده است و با توجه به اثرات سوء زیست محیطی ناشی از احتراق زغال سنگ به دلیل وجود گاز متان درون آن، تلاش­های فراوانی به منظور ابداع روش­ها و فن­آوری­های نوین در جهت کنترل و کاهش آلودگی­های حاصل از این فرایند و افزایش راندمان آن صورت گرفته است.

به طور کلی سه دلیل اولیه برای بازیابی متان در معادن زغال سنگ وجود دارد:

·     اولین دلیل برای افزایش ایمنی معدن است. يكي از محصولات جانبي فرايند زغال شدن، گاز متان مي­باشد. گاز متان به شكل­هاي مختلف درمعادن زغال سنگ تجمع و هواي معدن را آلوده مي­سازد و يكي از خطرناكترين حالت­هاي گاز متان، فوران آني گاز مي­باشد كه مي­تواند ميزان ريسك انفجار را در معدن بالا ببرد و انفجار گاز متان ازجمله حوادث خطرناكي مي­باشد كه در مقايسه با ديگر حوادث معدن بيشترين تلفات و خسارات را از خود بجاي مي ­گذارد و علاوه بر تلفات ناشي از خود انفجار دراثر پيدايش گازهاي سمي بعد از انفجار، تلفات بعدي را نيز به دنبال خواهد داشت و نيمي از تلفات انفجارات گازمتان، مربوط به مسموم شدن و مرگ افراد در اثر گازهاي سمي ناشي از انفجار مي­باشد بنابراين لازم است بعد از انفجار با استفاده از تجهيزات خاص و افراد زبده عمليات نجات و بازيابي معادن را انجام داد. در سراسر جهان هزاران مرگ و میر ثبت شده از انفجار معدن وجود دارد که درآن متان یک عامل تشدید کننده است. استفاده از سیستم­های زهکشی متان می­تواند غلظت متان را کاهش دهد و در نهایت نیاز به تهویه را کاهش دهد.

·      دومین دلیل برای پیشرفت اقتصادی معادن است. در سیستم­های زهکشی از طریق کاهش انتشار و جلوگیری از انفجار و خروج ناگهانی می­توان متان را بازیابی کرده و به عنوان سوخت در معدن و یا برای استفاده های دیگر به فروش رساند .

 

·         سومین دلیل برای بازیابی متان و استفاده آن این است که محیط زیست محلی وجهانی از آن سود می­برد. چون متان به عنوان یک گاز گلخانه­ای برای محیط زیست زیان آور است .تصوير­هاي ماهواره­اي يخ­هاي قطب شمال كه به ترتيب در سالهاي 1980 و درسال2003گرفته شده، گوياي ميزان بسيار نگران كننده تأثيرگذاري سياست مصرف انرژي دو دهه اخير در زيست بوم كره زمين است و نشان مي­دهد كه در این مدت بالغ بر 6/1ميليون كيلومتر مربع از سطح يخ­هاي قطب شمال كاملاً آب شده و ضخامت يخ­هاي باقيمانده نيز كاهش يافته است.

در عین حال بازیابی و استفاده از متان به چند دلیل به طور گسترده رواج نیافته است. نخست این که در فرآیندهای صنعتی که گاز منتشر می­کنند، متان یک موضوع ثانویه است. برای مثال، معدن­های زغال سنگ خواهان خارج کردن متان از محیط معدن هستند، زیرا که متان خاصیت انفجاری دارد. از روزگاران قدیم، شرکت های استخراج کننده زغال سنگ هیچ گاه متان را به عنوان یک منبع انرژی تلقی نکرده­اند. دوم این­که احتمالا افرادی که مسئول این فرایندها هستند با فن آوری های موجود برای بازیافت متان یا امکان استفاده­های سودآور از این گاز آشنایی ندارند. این امر به خصوص در کشورهای در حال توسعه مصداق دارد. در این کشورها، بالا بردن اطلاعات و آموزش­های فنی می­تواند در افزایش حمایت از پروژه­های بازیابی متان مؤثر باشد. سرانجام، در بسیاری از کشورها، بازارهای انرژی کارکرد بسیار ضعیفی دارند و صنایع همگانی که از نظر مالی ناتوان هستند، قادر به جذب سرمایه­های بخش خصوصی برای پروژه­های جمع آوری و استفاده از متان نمی­باشند.

یک مشارکت بین الملی ‍‍‍جدید که توسط ایالت متحده پشتیبانی می­شود به دنبال بهبود بازیابی و استفاده از متان به عنوان یک منبع انرژی پاک است. مشارکت متان به بازارها که در نوامبر 2004 آغاز شده است  یک برنامه دولتی – خصوصی است که با همکاری 15 دولت و بیش از 90 سازمان که متعهد به دستیابی به مزایای اقتصادی، محیط زیستی و انرژی می­باشند، اجرا می­شود.

در معادن زغال­سنگ برای کاهش خطرات انفجار، متان پیش یا پس از استخراج ماده معدنی به بیرون معدن منتقل می­شود. تزریق بصورت گاز طبیعی درخطوط لوله برای نیروگاه­های تولید برق و استفاده به عنوان سوخت وسایل نقلیه از کاربردهای متان خارج شده از معادن است.

سالیانه حدود 41-29میلیارد متر معکب متان در معادن زغال سنگ جهان آزاد می­شود 3/2 میلیارد متر معکب از این گاز برای مصارف سوختی است و باقیمانده متان در اتمسفر پخش می­شود که این نشان­دهنده هدر رفتن این منابع انرژی ارزشمند است.

10 تولیدکننده بزرگ زغال در جهان مسئول 90٪  متان منتشر شده هستند. کشور چین بزرگترین انتشاردهنده متان حاصل از معادن زغال است و ایالات مستقل یا CIS ( روسیه ، اکراین و قزاقستان )، ایالت متحده، لهستان، آلمان، افریقای جنوبی، استرالیا، و هند در رتبه های بعدی قرار دارند. در بیشتر این کشورها قسمتی از متان آزاد شده از معادن زغال­سنگ است.

متان خروجی معادن زغال اخیراً برای مصارف مختلف استفاده می­شود. برای گرم­کردن، سوزاندن در دیگ­های بخار، سوخت یا تولید برق که مستقیماً هوا را برای سیستم تهویه گرم می­کند.

تعدادی از معادن در ایالت متحده گاز متان را با کیفیت بالا به توزیع کننده­های گاز طبیعی می­فروشند. البته موانعی برای کاهش انتشار متان وجود دارد که بسیاری از این موانع در کشورهای نامبرده مشترک می­باشد. ]3،4،5[

 هزینه­های زهکشی متان

هزینه­های زهکشی گاز متان به فاکتورهای مختلفی شامل تجهیزات، سرویس کار، تملک زمین و دسترسی سطوح وابسته است. که این فاکتورها از کشوری به کشور دیگر متفاوت می­باشد. این تفاوت قیمت­ها در صورت شرایط معدنی و جغرافیایی خاص در برخی کشورها بیشتر می­شود که باعث ایجاد رنج تفاوت وسیعی شده است. در جدول 1 هزینه­های مربوط به روشهای زهکشی گاز متان به ازای هر تن زغال­سنگ مقایسه شده­است. پایه و اساس این مقایسه، زهکشی طبیعی در پانل­های جبهه کار بلند است که دارای طول کارگاه 2 کیلومتر، عرض کارگاه 250 متر، عمق لایه 600 متر و ضخامت لایه 3 متر می­باشد.

روش زهکشی باید طبق شرایط جغرافیایی و معدن کاری تعیین گردد. به طور مثال حفاری­های متقاطع برای رگه­های بالای لایه در حال­کار با لایه­های سقفی کم کنترل گاز مؤثری را فراهم نمی­کند. در بسیاری از معادن گاز خیز ممکن است قبل از اینکه میزان تولیدات بتواند به صورت امن انجام شود نیازمند بکارگیری ترکیبی از چند روش باشد.

هزینه­های سیستم­های زهکشی در صورت وجود پیچیدگی­های زمین­شناسی افزایش می­یابد. بنابراین باید در این سیستم­ها برای مواقع  تخریب گمانه یا گالری­های زهکشی، کارگر اضافی وجود داشته باشد. چون ممکن است امنیت معدن کاری زیر زمینی به خطر بیفتد. هزینه معمول استخراج متان معادن زغال­سنگ از معادن زیرزمینی زغال در حدود 06/0 تا 24/0 دلار بر متر مکعب است.

 

اقتصاد بهره برداری متان

 بهره برداری از گاز زهکشی شده برای تولید برق نیازمند سرمایه­­گذاری اضافی می­باشد .اما این کار باعث ایجاد درآمد جاری می­شود و یا کاهش هزینه­ای معدن را در پی خواهد داشت. هزینه­های سرمایه­گذاری در هر مگاوات الکتریسیته از متان خروجی معادن زغال (شامل کلیه تجهیزات می­شود) حدود 1 تا5/1میلیون دلار با توجه به استانداردهای جهانی می­باشد.

 اجرای مالی برای تجهیزات نیروی CMM (Coal Mine Methane) به عواملی همچون دسترسی گاز، اعتبار تجهیزات، قبول نیرو توسط کاربر شبکه ملی و درآمد رسیده یا ذخیره شده از بکارگیری نیروی سوختی CMM برای معدن کاری بستگی دارد.

 ترکیبی از طراحی مناسب پروژه، به کارگیری تجهیزات، یک طرح نیرومند و اجرای زمان واقعی برای کسب موفقیت بسیار مهم و حیاتی می­باشد.

 

بودجه کربن و دیگر محرک­ها

اعتبار کاهش انتشارات گاز متان در برخی از کشورها برای تکمیل پروژه های قراردادی یک منبع مالی

 اضافی فراهم می­کند. از جمله محرک­های مالی که به بهره­برداری متان کمک می­کنند امتیازها، اعتبارات و سرمایه­گذاری­های جدید می­باشند. در صورت فقدان این محرک­ها اعتبار کربن برای تکمیل طرح­های بهره­برداری CMM عرضه می­شوند.

 تأثیر اعتبار کربن به گونه­ای است که با توجه به هر تن دی­اکسیدکربن می­تواند یک واحد کاهش انتشار را فراهم کند.

 قبل از انتخاب سود مالی کربن و دیگر محرک­ها جریانات مورد نظر شامل مکانیسم اعتبار، فرایندها و هزینه­های اداری، زمان پیچیدگی، قوانین محلی و قیمت نامعلوم اعتبارات کاهش انتشارات باید بررسی شوند.

 

فرصت هزینه بهره­برداری

 میانگین هزینه اصلی یک دستگاه بهره­برداری متان به مقیاس و نحوه انتخاب روند بهره­برداری بستگی دارد. تخمین اولیه از هزینه­های اصلی بهره­برداری، رقمی حدود 1دلار بر تن فرض شده است. در مقایسه برای نمونه در کشور چین هزینه­های حاشیه­ای برای گسترش ظرفیت تولیدات 12 دلار بر تن گزارش شده است. در صورت سرمایه­گذاری اولیه 1 دلار بر تن، ظرفیت تهیه زغال 083/0 تن افزایش می­یابد. بنابراین برای مثال اگر ظرفیت یک معدن 4 میلیون تن در سال باشد با استفاده از سرمایه مورد نیاز برای بهره­برداری از گاز متان ظرفیت آن به 332/4 میلیون تن در سال خواهد­رسید .اگر قیمت زغال سنگ 30 دلار بر تن باشد درآمد سالیانه اضافی تقریباً 10 میلیون دلار خواهد­بود.

 

جدول1- هزینه­های نسبی تولید هر تن زغال با توجه به روش زهکشی)2009) ]3[

 

هزینه­های زیست محیطی

در حال حاضر بیشتر شرکت­های معدنکاری هزینه­های زهکشی گاز متان را مورد رسیدگی قرار می­دهند.

در صورتی که این هزینه­ها باعث بهره­برداری گاز و کاهش پخش آلاینده­های زیست محیطی شود به عنوان یک هزینه اضافی سرمایه گذاری طبقه­بندی می­شود. 

مالکان معدن ممکن است در آینده برای افزایش ایمنی و اهداف حفاظت محیط زیست نیازمند اجرای عملیات زهکشی باشند.

 با توجه به برآورد یک شرکت معمولی در چین هزینه درونی انتشار متان حدود 12 دلار بر تن از هزینه­های تولید زغال­سنگ را در برمی­گیرد.]3[

 

◊◊◊◊

 

نتيجه گيري :

 

با توجه به مطالب بیان شده مشخص گردید که زهکشی گاز متان در وهله اول پارامتر ایمنی بیشتر در معادن زغال­سنگ را افزایش داده که این امر را می­توان مهمترین دستاورد این عملیات تلقی کرد و از طرفی با توجه به کارایی گاز متان در تولید برق می­توان در این راستا بعضی از مخارج جاری معادن زغال سنگ را کاهش داد.

از سوی دیگر با توجه به بحث محیط زیستی مقوله زهکشی گاز متان در معادن زغال­سنگ این فرصت برای سرمایه­گذاران در این معادن بوجود می­آید تا از امتیازاتی که ارگان­های دوست­دار محیط زیست در قبال این عمل به اجرا کنندگان این مهم می­دهند استفاده کنند.

از دید استخراجی نیز، با توجه به اطمینان خاطر از خروج گاز متان از لایه­های مختلف زغال­سنگ در معادن می­توان راندمان و تناژ استخراجی این معادن را افزایش داد.

 

◊◊◊◊

 

منابع فارسي :

 

1.توكلي، م.، سرشكي، ف.، 1385 ، "گاز زغال و روش هاي كاهش آن (گاززدايي) در معدن پرورده طبس "، پنجمين كنفرانس دانشجويي مهندسي معدن

2.نجفی، م، "امکان سنجی مقدماتی زهکشی گاز متان از کانسارهاي زغالسنگ ایران" اولین کنگره زغال­سنگ ایران

 

◊◊◊◊

 

References:

 

.3 ECONOMIC COMMISSION FOR EUROPE METHANE TO MARKETS PARTNERSHIP "best practice guide for effective methane drainage and use in coal mines (2010).chapter"7

.4 Yao, Y., Liu, D., Tang, D., Tang, S., Che, Y. & Huang, W., 2009, "Preliminary evaluation of the coalbed methane production potential and its geological controls in the Weibei Coalfield, Southeastern Ordos Basin, China", International Journal of Coal Geology,

.5 Venter, J., & Stassen, P., 1953, "Drainage and utilization of firedamp", Bureau of Mines, Washington, D.C. USA

 

 

خواندن 2352 دفعه آخرین ویرایش در چهارشنبه, 25 دی 1392 ساعت 09:41
برای ارسال نظر وارد سایت شوید
صفحه اصلی مقاله های بخش معدن مزیت¬های اقتصادی زهکشی و بازیابی گاز متان در معادن زغال¬سنگ