Таинственность очевидного

В начале 30-х годов в нашей стране стали действовать первые подземные газогенераторы. В Донбассе и Подмосковье были зажжены угольные пласты. Некоторые из них в течение многих лет снабжали народное хозяйство горючими газами. Несколько сотен миллионов кубических метров такого газа получали ежегодно предприятия Тулы. Энергия горящих в недрах углей вращала электрические газовые турбины.

Станции подземной газификации были созданы в Кузбассе и Средней Азии. Работы в этом направлении развернулись в США и Англии, Бельгии и Италии. Казалось бы, пройдет еще несколько лет и на смену многим угольным шахтам придут установки подземной газификации. Тем более что вслед за углем научились зажигать в недрах сланцевые пласты. Ведь сланцы нередко более чем наполовину состоят из негорючих масс. Зачем их поднимать на поверхность, когда можно оставить в недрах?

Пионером в этом деле стала Швеция. Там много сланцев и дешевой электроэнергии. Зато нет природного газа. Поэтому и решили создать под землей своеобразные электропечи. Пробурили скважины, опустили в них электроды. Так в 1942 году начал работать первый в мире сланцеперегонный подземный завод. Он выдавал по трубам горючий газ, сырую смолу для пропитки шпал и другие жидкие продукты, столь необходимые для химической промышленности. Но в послевоенные годы об этом способе стали забывать.

«Настанет, вероятно…»

Это начало пророческого высказывания великого русского химика мы еще продолжим. А пока объясним простую причину отступления энтузиастов подземной газификации. Тут «виноваты» геологи. Они разведали в недрах огромное количество природного газа и нефти. Зачем возиться с углем, когда есть более экономичные соперники. Считалось, что им открыта неограниченная «зеленая» улица.

Однако в начале 70-х годов вспыхнул предупреждающий «желтый» свет. В капиталистических странах разразился энергетический кризис. С тревогой заговорили об исчерпании природных нефтегазовых сокровищ. Тем более что они стали основой и для производства многих синтетических материалов, без которых ныне не обходится почти ни один человек. И тогда вновь вспомнили об угле, его возможностях. США располагают значительными запасами угольных залежей. Лишь 1/10 часть их вполне подходяща для разработки традиционными способами. Как же поступать с месторождениями, залегающими на глубинах 1,5–2 километра? Только бесшахтные способы здесь себя оправдают.

Пока развитие подземной газификации угля сдерживает главный недостаток: получается низкосортный газ. Но уже разработаны и осуществляются проекты вдувания в недра водорода. Газообразные продукты горения угля на глубине искусственно преобразуются в газ, сравнимый по качеству с лучшим природным.

Первой страной в мире, где получило развитие это направление, является родина Д. И. Менделеева, наша страна. Именно у нас американцы закупили способ создания «подземных газогенераторов». Считают, что к 2000 году они станут такими же привычными, как в наши дни атомные электростанции. Поэтому историки науки и техники обязательно будут цитировать строки из статьи с загадочным названием «Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца». Приведем эти строки: «Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, и там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния».

Полезное ископаемое по заказу

Разведана новая угольная залежь. Все подготовлено к ее разработке. Но вместо громоздких шахтных сооружений, занимающих большую площадь, стоят компактные баки, насосы, в землю уходят трубы. Итак, месторождение принято в эксплуатацию. На-гора стало поступать… жидкое топливо для двигателей машин. Не удивляйтесь, и это возможно, если из природного угольного месторождения создать искусственное, например путем гидрирования. Для этого пласт угля необходимо насытить водородом при высоких температуре (400–450 °C) и давлении (до 700 кгс/см2). Не правда ли, здесь также заложены основные идеи великого русского химика.

Есть и другие пути. Их наметил академик Александр Евгеньевич Ферсман, когда сказал, что «…сильные кислотные растворы будут растворять природные вещества, давая готовые соли для электролитических труб, извлекающих с разных глубин нужные человеку вещества». Почти любое рудное тело при определенных условиях можно превращать в новое месторождение и последовательно отбирать из него необходимые человеку химические элементы.

Для этого бурят скважины, опускают в них электроды постоянного тока, по трубам подают в залежь специальный растворитель металла, который мы хотим извлечь из руды. Если она проницаема, то ионы химического элемента начнут двигаться от анодов к катодам. Будет накапливаться требуемый металл.

А если руда — непроницаема? И это не помеха. Ее можно раздробить на мелкие куски с помощью взрывов. Они уже доказали свою полезность в горном деле.

Много интересного обещает применение новейших достижений физики и химии при разработке полиметаллических глубинных месторождений. Они содержат большое число различных металлов, рассеянных в горных породах. Одних сравнительно много, других меньше. Электричество и специальные растворители позволяют непосредственно в недрах рассортировать набор химических элементов. По существу, речь идет о замене природных процессов образования руд искусственными, сочетающими в себе сразу способы добычи, обогащения и переработки минерального сырья.

Или другой пример. Предположим, что нам выгоднее растворить не сами минералы, а так называемые пустые породы, в которых они спрятаны. Известно, что в каменном угле в виде элементов-примесей присутствуют кобальт, никель, германий, бериллий. В углистых сланцах прячутся молибден, ванадий, уран, медь, свинец. Выходит, что месторождения горючих камней одновременно являются и кладами металлов.

При сжигании угля и сланцев в подземных газогенераторах, как и в обычной печи, будет накапливаться зола. Так возникает искусственно созданная залежь металлов. Их концентрация здесь увеличивается в несколько раз. После выжигания угольного или сланцевого месторождения через те же скважины можно вымывать полезное ископаемое, созданное по заказу. Конечно, сразу извлечь по трубам все металлы в виде растворов нельзя. Что-то получим сначала, что-то потом. Однако и простая промывка недр окажется полезной. Мы сможем смыть в заранее выбранный участок подземной кладовой самое ценное. Иначе говоря, вновь создать месторождение, точный адрес которого будет известен без геологической разведки.

Добывающая струя

Кто видел, как в весеннее половодье вода размывает берега реки, или слышал о гидродобыче торфа, развивавшейся в нашей стране в 20-х годах, тому особых разъяснений не нужно. В последующие десятилетия на смену «гидроторфу» пришел «гидроуголь». Здесь главный инструмент не отбойный молоток, не горный комбайн. Обычная вода. Чем выше ее напор, тем лучше. Вода подается под большим давлением в виде сильной струи или импульсных выстрелов. Подобно водяному пистолету. Раздробленная смесь воды и угля по желобам или трубам поступает на поверхность. Жидкость стекает, фильтруется и снова уходит в рабочие забои. Уголь быстро обсыхает. Полезное ископаемое добыто.

На практике такая добыча, конечно, сложнее. Инженеры и конструкторы создают различные водометы. Их часто называют гидромониторами. У такого способа добычи большое преимущество: почти всю работу могут выполнять автоматические устройства с дистанционным управлением. Притом не нужно загружать углем железнодорожные составы, перегонять их за сотни километров и разгружать там. Гидросмесь по трубопроводам сама прибудет на место. В пути, на промежуточных станциях, она обогащается. Лишнее отбирают, необходимое добавляют. Уже известны варианты использования «гидроугля», когда он прямо из недр по трубам поступает на электростанции. Небольшое количество влаги, которая остается в угле, даже улучшает горение топлива. Сегодня такая гидродобыча — не новость. Впрочем, и не традиционна. Гидроугледобывающих предприятий еще немного. Но опыт их работы стал основой для развития нового направления — скважинной гидродобычи.