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
