Техника добычи угля непрерывно совершенствуется. В Донбассе многие шахты за каких-нибудь 5—8 лет преобразились до неузнаваемости. Электрические врубовые машины и отбойные молотки, работающие сжатым воздухом, сменили ручную кайлу и обушок. Конвейеры и скреперы вытеснили каторжный труд саночника. Вместо лошадей, ослепших от долгой жизни под землей, по штрекам забегали электровозы. Перед ярким светом электричества отступает кромешная тьма, которую не в силах были разогнать тусклые лампочки Дэви. Мощные вентиляторы продувают прохладные потоки через подземные выработки. Каменноугольные шахты, казавшиеся многим до недавнего времени реальным воплощением ада, понемногу превращаются почти в обычные индустриальные предприятия.
Все же труд шахтера и сейчас еще чрезвычайно тяжел. Шесть, семь, восемь часов, в зависимости от продолжительности смены, шахтер, находясь под землей, не видит солнца, дневного света. Он вдыхает угольную пыль, нередко он работает, согнувшись в три погибели, в жаркой, узкой, черной щели, пробитой в толще земных пород где-нибудь на глубине 500 или больше метров. Как ни совершенствуется техника, как ни улучшаются условия работы горняка под землей, все же вряд ли они когда-нибудь сравняются с теми условиями, в которых работает токарь или ткач даже не очень передового советского предприятия.
Если бы можно было сделать так, чтобы уголь сам шел из-под земли на-гора, а человек оставался на поверхности! Об этом мечтал и мечтает, наверно, не один шахтер, когда он, усталый и пропитанный угольной пылью, выходит на вольный воздух после трудового дня, проведенного в глубине земли. Если бы не нужно было подрубать уголь в пласте, рушить его динамитом, грузить на конвейер, перегружать в вагонетки и возить по штрекам, поднимать наверх подъемником! Если бы не нужно было крепить лавы и штреки, закладывать выработанное пространство во избежание разрушительных обвалов! Ведь все это — тяжелые, трудоемкие операции, и устранение их не только освободило бы сотни тысяч, миллионы людей от тяжелого подземного труда, но и сильно сказалось бы на стоимости угля.
Суждено ли сбыться этой мечте?
Некоторые полезные ископаемые человек уже давно научился извлекать из недр земли, оставаясь сам на поверхности. Так он поступает например с нефтью. Часто так добывают и поваренную соль: бурят скважины, нагнетают по ним воду, растворяют соль под землей и рассол откачивают на поверхность. Подобным же образом добывают в Америке серу: расплавляют ее под землей горячей водой и в расплавленном виде откачивают на поверхность.
Но уголь? Можно ли что-нибудь подобное сделать с твердым углем, который нельзя ни растворить в воде ни расплавить?
*
21 апреля 1913 г. по старому стилю в единственной тогда большевистской газете «Правда» за подписью «И.» была опубликована краткая заметка. В ней И. знакомил русских рабочих со смелой технической идеей, высказанной незадолго до этого английским химиком Рамсеем, предлагавшим превращать уголь в горючие газы непосредственно под землей, не выламывая его из пласта и не извлекая на поверхность. Наверху газы следовало сжигать в топках паровых котлов или в газомоторах, добывая таким путем электрическую энергию, которая с угольных месторождений передавалась бы по кабелям во все концы страны.
Изложив техническую сущность предложения Рамсея, автор заметки в «Правде» тут же выпукло и ясно оценивал социальные последствия, к которым оно может привести.
В капиталистических условиях осуществление идеи Рамсея вызвало бы только рост безработицы и нищеты, ибо миллионы горняков окажутся «освобожденными» не только от труда под землей, но и от всякого труда вообще. Только при социализме подземная газификация углей может привести к улучшению условий труда и быта для всех трудящихся, к избавлению «рабочих от дыма, пыли и грязи».
Так писал о предложении Рамсея двадцать два года назад Владимир Ильич Ленин, потому что автором заметки в «Правде» был он. Капиталистические воротилы того времени — «государственные люди» и промышленники — не обратили никакого внимания на проект Рамсея. А большевистский вождь, находясь в эмиграции, зорко следил за тем, что происходит в научном мире и с пророческой силой отмечал и оценивал события, которые так или иначе могли отразиться на ходе борьбы за социалистическое переустройство общества.
Надо сказать, что идею о подземной газификации угля еще задолго до Рамсея высказал величайший русский химик Менделеев. Но предложение Менделеева было так основательно забыто, что когда оно 15 лет спустя было снова выдвинуто независимо от Менделеева Рамсеем, то русские газеты сообщали об этом, как о совершенной новости. Не знал, по-видимому, о первенстве Менделеева и Владимир Ильич. Но на деле Рамсею повезло лишь немногим больше, чем Менделееву. Один из друзей Рамсея взялся было осуществить его проект, но подоспела война, дело было заброшено и окончательно предано забвению.
*
Идее Менделеева-Рамсея суждено было возродиться вновь по инициативе людей, которые, казалось бы, стояли в стороне и от науки энергетики и от ее практики. В 1930 г. бойцы и командиры N-ro кавалерийского полка, изучая под руководством своего комиссара, т. Октябрьского, сочинения Ленина, заинтересовались заметкой о подземной газификации. Они добились того, что в технической печати и в научно-технических организациях были подвергнуты обсуждению возможность и целесообразность осуществления этого проекта. Крупнейшие специалисты находили, что при всей сложности задачи нет оснований считать ее невыполнимой. Однако было очевидно, что окончательный ответ могут дать только опыты, и в 1931 г. по решению Центрального комитета партии было приступлено к практической проверке.
Газификация угля сама по себе давно освоена техникой. В чем заключается процесс превращения угля в горючие газы? Если уголь просто сжигать, т. е. нагревать его при доступе достаточного количества воздуха, то получаются дымовые газы, не содержащие в себе больше никаких горючих соединений. Но если через разогретый уголь продувать строго ограниченное количество воздуха, безусловно недостаточное для полного сгорания угля, или продувать смесь воздуха с водяным паром, то в результате образуются газы, содержащие горючие соединения — окись углерода, водород, углеводороды. Газ, достаточно богатый этими соединениями, горит с такой же легкостью, как керосин или бензин, выделяя при этом тепловую энергию.
Превращение угля в горючие газы в специальных газогенераторах широко применяется уже много десятилетий во всех странах мира. Хотя при газификации угля часть тепловой энергии, скрытой в нем, теряется, все же в очень многих случаях получение газа оказывается чрезвычайно выгодным, потому что газ — несравненно более «благородное» топливо, чем уголь.
Газ может быть использовал для освещения помещений и улиц, для отопления кухонных плит, ванных колонок и для других бытовых целей. Как топливо газ незаменим во многих отраслях промышленности: при выплавке стали в мартенах, при варке стекла на многих химических заводах. За последнее время газ усиленно вытесняет все виды твердого и жидкого топлива при обогреве любых промышленных печей, так как применение его повышает коэффициент их полезного действия.
Газ горит ровно и сгорает целиком, не выделяя ни копоти ни дыма и не оставляя золы. Дозировать его очень просто, газовое пламя можно буквально в доли секунды убавить или усилить простым поворотом крана или вентиля. Газ можно передавать по трубам со всеми удобствами, присущими этому способу транспортировки.
*
При подземной газификации угля предполагается получать газ, обладающий такими же точно свойствами, как газ, добываемый в наземных газогенераторах. Процесс газификации в принципе также остается неизмененным: к раскаленному углю под землей подводят воздух в количестве, недостаточном для полного сгорания угля, или же подводят воздух с водяным паром (в смеси или поочередно то один, то другой). Но совершенно очевидно, что между газификацией угля в наземных генераторах и газификацией в условиях естественного залегании пластов существует большое различие.
Схематически устройство подземного газогенератора можно изобразить так: к пласту проводятся с поверхности две скважины (или два ствола). По одной из них подают воздух и пар, но другой — отводят на поверхность образующиеся горючие газы. Обе скважины соединяются внизу штреком или каналом. Пласт поджигается в одном месте и затем регулируют подвод дутья так, чтобы очаг горения постепенно перемещался, пока весь пласт не будет подвергнут газификации.
 |
| Схема газификации угольного пласта |
Так выглядит газификация в самых основных чертах, на деле конкретные проекты подземной газификации много сложнее. Но уже из сказанного нетрудно понять, насколько различны технически, несмотря на принципиальное их сходство, процессы газификации в наземных и подземных генераторах.
К наземному генератору, как и ко всякому другому промышленному агрегату, имеется свободный доступ. За его работой легко наблюдать, ее легко регулировать, по желанию приостанавливать или возобновлять. При подземной же газификации угля все это чрезвычайно затрудняется. О том, что происходит в глубине, можно судить в основном лишь по составу выходящих газов да по температуре подземного очага.
Необходимо будет накопить огромный практический опыт, чтобы научиться уверенно вести этот процесс «вслепую». И вопрос о том, как управлять процессом подземной газификации, как регулировать его ход в каждый данный момент в соответствии с нуждами потребителя и технологической целесообразности, составляет, пожалуй, самую трудную часть проблемы.
Надо иметь в виду, что в подземном газогенераторе очаг горения движется, а топливо неподвижно. В наземном обычном генераторе процесс происходит в обратном порядке — в постоянный очаг горения подводится движущееся топливо. Очевидно, что подводить уголь к стационарному очагу гораздо легче, чем добиться непрерывного перемещения подземного очага при обязательном условии, что вся масса угля или по крайней мере подавляющая часть его в каждой данной точке подвергалась бы нормальной газификации.
*
В наземном генераторе газификации подвергается раздробленное кусковое топливо, тогда как под землей приходился иметь дело с монолитной громадой пласта. Вековой опыт газификации топлива учит, что степень раздробленности топлива оказывает первостепенное влияние на ход этого процесса. И в самом начале работ по подземной газификации считалось, что газифицировать нераздробленный пласт не удастся. Первые проекты поэтому предусматривали обязательное разрыхление пласта с помощью взрывчатых снарядов, предварительно заложенных в скважины, пробуренные в пласте. Однако сейчас накапливаются доказательства в пользу того, что при определенном режиме процесса и определенном устройстве подземного газогенератора возможна газификации и монолитного пласта, или, как говорят, газификация «целика».
Уголь, газифицируемый под землей, находится под давлением горных пород, между которыми стиснут пласт. Это давление будет вызывать обвалы выгоревших участков и может приводить к различным нарушениям в устройстве подземного генератора. Приходится считаться и с действием подземных вод, которые могут просто погасить очаг или резко изменить нормальный ход процесса.
*
Можно ли вообще заставить уголь гореть под землей, хотя бы это горение было неполным? В этом сомневаться конечно не приходится. Практика горного дела знает бесчисленные случаи естественных подземных пожаров, возникающих в результате самопроизвольного воспламенения угольных пластов. Подобные пожары длятся иногда столетиями. Известны случаи, когда даже на поверхности почва настолько прогревается от подземного пожара, что этот жар ощущает нога. Наш Кузнецкий бассейн с его великолепными угольными месторождениями сильно страдает последние годы от естественных пожаров, истребляющих тысячи тонн ценнейших углей.
Интересно отметить, что идея подземной газификации возникла у Менделеева в результате ознакомления с подземными пожарами на Кизеловских угольных копях. При таких пожарах нередко образуются горючие газы — продукты неполного сгорания угля. И если это. происходит стихийно, то почему нельзя достигнуть этого же разумным регулированием искусственного подземного пожара, добиваясь при этом не случайного выделения газа, а равномерного его образования в максимальном количестве и нужного качества.
Сейчас, после двух лет опытных работ но подземной газификации, не приходится, собственно, уже приводить теоретических соображений в пользу того, что газ под землей можно получить искусственным путем. Это многократно доказано на практике. На пяти опытных участках: недалеко от города Шахты в Азово-Черноморском крае, в Ленинске-Кузнецком (Сибирь), в Горловке (Донбасс), в Лисичанске (Донбасс) и в Крутовке (Подмосковный бассейн) в последние годы проверялись различные проекты подземной газификации угля и во всех случаях удавалось получать газ. Правда, не все опыты дали хорошие результаты, но даже в самом худшем случае горючий газ под землей все же был получен.
 |
| Установка надземной аппаратуры (конденсора) на опытной шахте в Горловке |
Человек разжигал пласт угля, получал различными способами газ, замедлял процесс подземной газификации или по своему желанию форсировал его. Газ непрерывно шел в больших количествах из скважин в течение дней, недель, в одном случае (Ленинск) даже месяцев. По своему качеству, по своей теплотворной способности он часто не уступал лучшим видам газа, получаемого в наземных генераторах (до 2500 калорий в кубометре и даже больше). Его просто сжигали на выходе там, где его негде было использовать, а кое-где сжигали под паровыми котлами для получения пара.
 |
| Газ, полученный под землей, сжигается на выходе |
*
В Шахтах процесс подземной газификации сейчас уже считают освоенным до такой степени, что там предполагают в скором времени приступить к опыту промышленного использования подземного газа: один из больших паровых котлов Артемовской ГРЭС будет переведен на длительное питание подземным газом. Примерно около 10 тыс. киловатт энергии будет получаться за счет энергии подземного газа. Для первого раза это очень неплохо, особенно если принять во внимание, что в Шахтах газифицируется тонкий, нерабочий пласт антрацита толщиной всего в 0,5 метра.
Обычными средствами горной техники такой пласт невозможно или по крайней мере невыгодно эксплуатировать. В этом между прочим заключается одно из существенных преимуществ подземной газификации угля: она позволяет использовать огромные количества угля, содержащиеся в многочисленных тонких и грязных пластах, которые до сих пор не принимались в расчет при оценке топливных ресурсов мира.
Но следует ли из всего сказанного, что проблема подземной газификации окончательно разрешена и что старым методам добычи угля пришел конец? Нет, не следует. Сегодня мы не можем даже еще сказать наверняка, удастся ли вообще претворить в жизнь идею Менделеева-Рамсея, удастся ли найти для нее столь удачное техническое оформление, чтобы оказалось вполне целесообразным использовать этот процесс в крупных промышленных масштабах. Принципиально возможность искусственного превращения угля в горючие газы под землей доказана на практике, доказана даже теми опытами, которые с технической точки зрения следует считать неудачными.
Но этого, разумеется, мало. Надо еще доказать, что при подземной газификации можно получать любые количества газа постоянного состава в течение любого периода времени, ибо только при этих условиях потребитель (завод, электростанция, жилой дом) сможет нормально работать на подземном газе. Надо еще доказать, что при подземной газификации тепловая энергия, заключенная в угле, используется не хуже, или во всяком случае лишь немногим хуже, чем при надземной газификации. Другими словами, потери тепла в виде дымовых газов, непрогазифицированного угля должны быть сведены к минимуму. И, наконец, нужно доказать, что подземный газ дешев, или доказать, иначе говоря, что подземная газификация с экономической стороны выгоднее или по крайней мере также выгодна, как обычные старые способы извлечения угля из земли и дальнейшего использования его на поверхности.
 |
| Установка для наблюдения из лаборатории за работой вентиляторов и других механизмов опытной газифицированной шахты в городе Шахты |
До сих пор все это еще не доказано на практике с достаточной очевидностью. Но, с другой стороны, пока нет никаких оснований думать, что этого доказать не удастся. Наоборот. Опыт двухлетнего практического изучения проблемы подземной газификации чрезвычайно обнадеживает. Пока не встречено никаких непреодолимых затруднений на пути к окончательному ее разрешению.
Необходимо вести дальнейшие опыты, и надо думать, что в ближайшие годы, может быть, в ближайшие год-два, удастся внести в это дело полную ясность.
*
Сейчас наметились три основных направления подземной газификации. Существуют шахтные методы, предусматривающие предварительное разрыхление угольного пласта перед газификацией. Осуществление этих методов связано с проходкой шахт и проведением других, довольно значительных горных работ. Эти методы, следовательно, дадут возможность только частично освободить горняков от подземного труда. Шахтные методы, предусматривающие газификацию угля в нетронутом целике, сулят гораздо более полное устранение подземных работ и более дешевый газ, так как разрыхление пласта — дорогая и трудоемкая операция.
Бесшахтные методы преследуют цель — полный отказ от подземных работ; проходку скважин, каналов и прочих выработок, как и все другие работы по сооружению и эксплуатации подземного генератора, предполагается осуществлять с поверхности. Очевидно, что бесшахтные методы — наиболее прогрессивные, и было бы особенно желательно с помощью именно таких методов практически реализовать проблему подземной газификации. Наиболее многообещающим следует считать бесшахтный метод, разработанный сотрудниками Донецкого углехимического института и осуществляемый в Горловке. Этот метод основан на применении дутья, состоящего не из простого воздуха, а воздуха, сильно обогащенного кислородом. С помощью струй кислорода и предполагается прожигать в пласте угля необходимые каналы.
Тот день, когда удастся практически доказать безусловную возможность и целесообразность широкого применения подземной газификации угля, будет знаменательной датой в истории техники. Последствия этого события будут грандиозны. Сотни мощных подземных генераторов будут выдавать на поверхность миллиарды кубометров высококалорийного дешевого газа. Газ станет преобладающим видом топлива в индустрии и в быту. Промышленность химического синтеза получит огромное развитие: из дешевого газа будут изготовляться колоссальные количества азотных туков, бензина для авто- и авиадвигателей, всякого рода растворителей. Из угольных бассейнов расползутся во все стороны трубы газопроводов, доставляя за сотни километров сжатый газ. Новые экономичные двигатели вытеснят паровые турбины. Вместо того чтобы сжигать газ под котлами и через посредство пара получать электроэнергию с небольшим коэффициентом полезного действия, предпочтут создать совершенные конструкции газомоторов и газовых турбин, т. е. турбин внутреннего сгорания.
Твердый уголь постепенно будет вытесняться со всех позиций, где он до сих пор господствовал почти безраздельно. Исследователи, стремящиеся получить железо из руд, минуя выплавку чугуна в домнах, удесятерят свои усилия. Ведь домны работают на коксе, а для получения кокса нужен твердый уголь. Чтобы окончательно избавить человека от необходимости добывать уголь под землей, металлургам придется поскорее разрешить проблему «прямого» получения железа путем восстановления руды газами.
Сейчас трудно себе представить конечные результаты осуществления подземной газификации. Изменится география индустрии. Грузовые потоки на транспорте примут совершенно иные направления. Перестроится энергосеть страны. А главное — миллионная армия пролетариев будет избавлена от необходимости проводить треть своей жизни под землей.
Комментариев нет:
Отправить комментарий