Способ и устройство для газификации ископаемых углей непосредственно в недрах земли

 

Класс 24е, 3

М 28274 (АОТОРСНОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ способа и устройства для газификации ископаемых углей непосредственно в недрах земли.

К авторскому свидетельству И. П. Ииричвнао, заявленному 21 ноября

1930 года (ваяв. саид. Р4. 79210).

0 выдаче авторского свидетельства опубликовано ЗО иоаоря 1932 года.

Предлагаемое изобретение касается способа газификации ископаемых углей непосредственно в недрах земли посред-, ством ввода туда воздуха и пара. Для осуществления этого способа известны устройства, состоящие из двух шахт, соединенных штреками, из которых верх-, ний служит для отвода продуктов гази- фикации и нижний — для подвода к массе газифицируемого угля сред, необходи- мых для газификации, и снабжен приспособлениями для регулировки коли-, чества подводимых сред (воздуха и пара).

В предлагаемом способе и устройстве для газификации для дробления угля газифицируемого шахтного поля применяют взрывание накладываемых в буровые скважины взрывных патронов и вместо пара к раскаленным нижним слоям угля подводят воздух. Для закладки взрывных патронов буровые скважины устраиваются наклонными и располагаются между штреками и шахтами на определенном расстоянии. Верхний штрек снабжен канавкой для отвода жидких продуктов газификации, а выработка — гидравлическими запорами. B целях улавливания образующейся при взрывах пыли в ходах, ведущих в штрек, в предлагаемом устройстве имеются пылеуловители.

На чертеже фиг. 1 изображает вертикальный разрез шахтного поля; фиг. 2— вертикальный поперечный разрез верхнего штрека; фиг. 3 — гидравлический затвор в вертикальном разрезе; фиг. 4 и 4а — разрез по АВ на фиг. 1; фиг. 5— разрез по CA на фиг. 4 и фиг. б — вертикальный разрез колосниковой решетки . над подводящими воду и воздух трубами.

Намеченный для газифицирования пласт угля вскрывается наклонными (или вертикальными) шахтами D и Е(фиг. 1).

По шахте D вводится необходимый для горения воздух, а по шахте Е выходит полученный при газификации угля газ.

Шахты D и Е закладываются одна от другой в таком расстоянии, которое диктуется техникоэкономическими соображениями. Когда указанными шахтами пройдена зона вывертывания и достигнута зона сформировавшегося угля, между шахтами проходится соединительный штрек ись который впоследствии должен служить для отвода полученного газа, Стенки шахт выкладываются из породы, а кровля в случае слабых пород— разделывается в виде свода и крепится кирпичом. Когда шахты (или уклоны) пройдут по падению пласта на длину, равную наклонной высоте этажа, то между шахтами (или уклонами) проходится второй штрек ис, который будет служить для подвода воздуха, прокладки водяных воздушных и прочих труб и для ередвижения обслуживающего персо<ала. Когда шахты будут пройдены на дину 15 — 20 м ниже основных штре<ов Ш и Ш, засекаются штреки hf< и в которых будут устанавливаться

:танки для бурения длинных скважин ю углю. Все штреки проходятся широким ходом с раскоской, в которую убизается вся порода, полученная от под)ывки. Наклонные шахты (или уклоны)

;оже проходятся широким ходом и боковые стенки их выкладываются из породы, толучаемой от подрывки и спускаемой поверхности.

Так как по штрекам Ш1 и Ш, будут проходить горячие газы, то стенки и кровля штреков должны тщательно выкладываться из кусков породы, если порода обладает достаточной огРестойкостью, или,.же в противном случае— из кирпича, как указано на чертежах.

Штреки М1 и N2 (фиг. 4 и 4а) погашаются по мере продвигания огненного забоя, а потому они крепятся облегченной железной крепыш той или иной конструкции.

В закладке между штреками Ш и

Ш1, и N и 3f оставляются диагональные проходы, по которым будет уходить газ из очистного (огненного) пространства в штрек и дальше. Проходы эти имеют диагональное направление, вопервых, для того, чтобы в них можно было пропускать буровые штанги при бурении скважин по углю и, во-вторых, чтобы пыль, уносимая струею газа, могла лучше осесть в специальных пылеуловительных камерах и1 и и2 (фиг. 4).

Если ограничиться только проведением штреков и печей для подготовки месторождения и газификации, то может произойти следующее: уголь, зажженный из штрека, загорится, но в процессе горения массив угля, (огненный забой) постепенно покроется слоем золы и шлака, которые затруднят, а впоследствии, может быть, и совсем прекратят дальнейший доступ воздуха к углю. Если же в некоторых случаях горение и не прекратится, то во всяком случае про:цесс газификации угля замедлится и проязводительность „подземного газогенератора" уменьшится.

С целью предотвратить подобное явление, необходимо,в процесс подземной газификации ввести нечто, что имитировало бы измельчение угля перед его сжиганием в обыкновенном газогенераторе и шуровку последнего. Эти две операции в предлагаемом способе газификации угля осуществляются путем взрывов в длинных скважинах. При этом уголь дробится на куски, а ударами газообразных продуктов взрыва будет сдуваться с полуобгоревших кусков угля слой золы и шлака.

Скважины направляются под угломв 45 к стенкам штреков и закладываются в расстоянии 3 — 5 м друг от друга, считая по направлению оси штрека (фиг. 1).

Если пласт залегает достаточно спокойно, то бурение скважин должно производиться с верхнего, или нижнего штрека, через всю ширину столба, при чем заряжение скважин удобнее производить с верхнего штрека, так как при этом. помогает сила тяжести. Если же пласт залегает неспокойно, то бурение и заряжение скважин производятся сни1 зу и сверху (на — ширины столба — свер2 ,, ху и наполовину снизу). !

Для удобства бурения скважины, ход-! ки через закладку имеют то же напра вление под углом в 45 . В эти ходки пропускаются буровые штанги при вынимании из скважины, а также забойные штанги при зарядке скважин.

Зарядка каждой скважины должна производиться после того, как бурение следующей скважины закончено (во избежание попадания бура на заряд взрывчатого вещества в соседней скважине при отклонении скважины.

В случае наличия в угле твердых включений (колчедана, кварцита и т. и.) следует применять комбинированный способ бурения по углю спиральным сверлом, а по включениям — алмазным.

Для зарядки скважин следует применять динамит достаточно сильный (при;.-.=рно с содержанием нитроглицерина в 83%), так как, во-первых, уголь необходимо раздробить на куски не слишком больших размеров и, во-вторых, следует создать достаточный удар газов при взрыве, чтобы сдуть с обгоревших уже кусков угля слои золы и шлака, т.-е., иначе говоря, прошуровать подземный газогенератор. В некоторых случаях, (например при пологих углах падения пласта), когда требуется отбросить оторванные куски угля на более или менее значительное расстояние, целесообразным будет применить комбинированный заряд, — динамит и черный порох, а именно: при взрывании динамита будет 1 дробиться уголь, а при следующем взры- ве черный порох будет отбрасывать куски угля от забоя.

При крутом падении, когда оторван ный взрывами уголь имеет тенденцию скатываться вниз, под влиянием силы тяжести, буровые скважины S (фиг 1) необходимо направлять так как указано на чертеже. При этом поток угля и шла-

1 ков вниз, по мере хода процесса горе- ния, осуществляется автоматически, Г1ри пологом падении необходимое течение угля и шлаков вниз должно быть осуществлено4силою взрывов, для чего бу-, ч ровые скважины Si будчт иметь напра-

J вление, указанное на фиг. 1 пунктиром., Подводка водяного пара и воздуш-, l ного дутья производр тся следующим i образом: вода, выкачиваемая насосами из зумпфа шахты, подается по трубам е1 в бетонные резервуары Чи Ч, (фиг. 1), устроенные под верхним штреком, вблизи его пересечения с гпаятой О. Отсюда, отстоявшаяся вода по трубам е лролоl женным по шахте, нижнему штреку и печам т, подводится к очагу горения угля. Сюда же по трубам v подводится воздух, нагнетаемый вентилятором оь установленным в специальной камере на I н и жнем шт реке.

Вода и воздух подводятся в газогене- ратор раздельно или же вода пульверизуется струею воздуха.

Для того, чтобы предохранить концы водяных и воздушных труб от поврежде-, ния при падении на них кусков породы и шлака, верхний конец печи прикрыт колосниковой решеткой. Решетка состоит из двух наклонно установленных чугунных решетчатых плит Р1 и Р2 (фиг. 6).:.

Между кровлей и почвой вбита железная стойка квадратного сечения, на кото-, рую своими верхними концами опираются плиты Р> и Р, Нижние концы их опираются на чугунные плиты s> и s>, уложенные на закладке по бокам печи.

В плитах Р, и Р имеются щели о, сквозь которые вода и воздух проходят в пространство горения. Вода, попадая в это пространство с раскаленными кусками породы, шлака и угля, испаряется и проходит,4альше уже в виде пара. Количество подаваемых в газогенератор воды и воздуха регулируется специальными вентилями, установленными в штреке

Ш, или же в соответствующем центральном пункте, в котором будет сосредоточена вся аппаратура по наблюдению, контролю и управлению работы газогенераторов.

Когда закончены все подготовительные работы и печью г, (фиг, 1) отделена угольная панель Р, от столба закладки возведенного вдоль шахты D,— подземный газогенератор можно пускать,.

Для этого в печи .г выкладываются из деревянных стоек клети (называемые также кострами); пространство;. =-ткду кострами заполняется не слишком пло. но. чтобы оставался проход для воздуха,— каким-либо горячим материалом, напр. щепками, стружками и т. и. и кусками угля. Зажигание производится или непосредственно из штрека, (в шахтах не газовых), или же при помощи электричества с поверхности, если шахты газовые..

Для того, чтобы в последнем случае при взрыве метана не получились сильные удары и разрушения, необходимо перед зажиганием тщательно проветрить выр=ботки.

Когда зажигание произведено и начался процесс горения под землею, о чем можно узнать по усилившейся тяге воздуха и начавшемуся выходу продуктов горения по шахте Е, то можно спускаться людям по шахте D на штрек Ш..

Так как очаг горения отделен от шахты и штрека .Ы солидными каменными стенами и так как по этим выработкам будет проходить сильная струя свежего воздуха, то пребывание людей в этих выработках будет совершенно безойасно.

Когда горение в очистном пространстве дошло до динамитных зарядов и последние начали взрываться, можно начать подачу воды в газогенератор и регулирование подвода воздуха. С этого, момента начинается собственно процесс газификации угля.

Управление лодземным газогенера- тором заключается в регулировании ко-, личеств подводимых воды (водяного пара) и воздуха. О составе получающе гося газа судят по анализу проб, взятых, или на исходящей по шахте L струе,, или же в верхнем штреке Ш„при по-, мощи специально" отсасывающей труб- ки ч (фиг, 1, 4 и 4а). Последняя пропу- скается через буровую скважину, выбу- ренную в породе почвы пласта, из верх- него штрека на нижний. В верхнем штреке конец трубки вводится примерно на середине штрека, как . указано на, фиг. 4; в нижнем штреке на конец Tpyî6- I ки (фиг. 4а) надеваются пыле- и смоло-,. отделительные насадки. Проба газа бе- ! рется из ответвлетвления о, снабженного краном.

В другой скважине, прооуренной рядом с первой, прокладываются провода термопары t. Последняя устанавливается в верхнем штреке и служит для измерения температуры газа, идущего по верх-, нему штреку. Этими двумя показателями ., (анализ газа и его температура) поль- зуются при суждении о ходе газогенера- тора и его регулировании.

Так как при газификации угля, со- провождающейся регулярными взрыва- ! ми, будет получаться значительное ко-,, личество пыли, которая будет уноситься струею газа, то необходимо производить улавливание этой пыли, Для этого в диа- l гональных проходах печах, оставляемых . в закладке между очистным простран- . ством и верхним штреком (фиг. 1, 4 и 4а), I устраиваются специальные пылеулови- тели, состоящие из перегородок у и кар-!

NQHOB И И fez.

При процессе газификации угля вместе, с газом будут уноситься пары различных жидкостей, которые при дальнейшем движении газа будут конденсироваться и осаждаться на станках выработок ! в виде смол. Для улавливания и отвода этих смол верхний штрек Ш, проходится с уклоном в сторону шахты D. Почва штре:<а имеет уклон в канавке с, устроен- ной вдоль одной из стенок штрека. Почва штрека и канавка бетонируются. Смола, пройдя по штреку Шн направляется в на-, клонную выработку <, из которой, через специальный гидравличeñêèé затвор а (фиг. Z), попадает в сборник b, а оттуда в специальных вагонетках, или посредством специального насоса, извлекается на поверхность. Герметический затвор устраивается для того, чтобы газ из штрека ис, не мог проникнуть в сборник Ь и шахту 1k

Так как конденсация смол будет происходить и в шахте Е, то и в ней имеются аналогичные устройства. Дно шахты бетонируется, в нижнеи ее части устраивается гидравлический затвор (фиг. 1 и 3). Пройдя через этот затвор, смола собирается в резервуаре п, откуда в вагонетках подается на поверхность.

Из резервуара и смолу можно отводить также по специальным трубам, приложенным по штреку М в особый резервуар, устроенный у шахты D, а отсюда при помощи насоса выкачивать на поверхность.

Чтобы газ не мог попадать из выработок, по которым он будет отводиться на поверхность, в выработки, где будут находиться люди, в соответствующих местах устраиваются герметические перемычки Р. Газ, пройдя по шахте Е, попадает в канал о, по которому ох подводится к газгольдеру, а оттуда к месту потребления. В то время, когда происходит газификация в. верхнем этаже (например Ж,) производится подготовка следующего (35>) Когда газифицируется верхний этаж, то газ отводится по штреку

Ш„во время газификации второго этажа отводящим штреком является штрек

Lflz, а подводящим — Ш, и т. д. до тех пор, пока будет достигнут предел глубины разработки. Для того, чтобы гидравлический затвор я (фиг. 1), устроенный для верхнего этажа, не мешал проходу газа по шахте при газификации нижнего, — затвор этот в конце газификации верхнего этажа взрывается, а вместо него, ниже, над следующим нижним штреком, устраивается новый затвор и т. д. По мере подвигания огненного забоя печи х (фиг. 1), за которые предвичулся забой, заделываются из штрека Ш.. плотными перемычками (из кирпича или иного материала) для того, чтобы воздух через них не попадал в очаг горения, аналогичны и образом закрыты печи, находящиеся впереди забоя. Воздух в очаг горения должен подводигься только по трубам, идущим от. вентилятора и проложенным в штреке и печах, находящихся непосредственно против очага горения, чтобы можно было управлять процессом горения. По мере продвигания забоя, трубы пере-; носятся.

Предмет изобретеиия.

1. Способ газификации ископаемых углей непосредственно в недрах земли, посредством подвода туда необходимых для газификации сред (воздуха и пера), отличающийся тем, что подлежащий газификации уголь шахтного поля дробят отдельными порциями по мере протекания процесса газ ификацин посредством взрывов взрывных патронов, закладываемых в буровые скважины, прой- денные в газифицируемом шахтном поле.

2 Видоизменение способа, означенного в и. 1, отличающееся тем, что вместо пара к раскаленным нижним слоям газифицируемого угля подводят воду в жидком состоянии, в целях использования для парообразования теплоты указанHblx счоев угля и породы.

3. Устройство. для осуществления спо- соба, означенного в и. и, 1 и 2, состоящее из двух шахт, соединенных штреками, предназначенными для отвода про. дуктов газификации и подвода сред необходимых для газификации, из которых вторые штреки снабжены приспособлениями для регулировки количества под-, водимых сред, отличающееся тем, что для закладки взрывных патронов, служащих для дробления угля и шурования газогенератора, шахтное поле между шахтами и штреками рассечено наклонными буровыми скважинами 5, расположенными на определенном расстоянии друг .от друга (фиг. 1).

4. Форма выполнения устройства означенного в и. 3, отличающаяся тем, что в целях отвода жидких продуктов газификации верхний штрек Ш (фиг. 1, 2 и

4) снабжен канавкой с, имеющей наклон в сторону одной из шахт и сообщающейся с наклонной выработкой д (фиг. 2) с гидравлическими затворами а, ведущей в сборник Ь.

5. Форма выполнения устройства означенного в п.п. 3-4, отличающаяся тем, что в целях улавливания пыли, образующейся при взрывах, в ходах х, ведущих в штрек Ш, устроены пылеуловители, состоящие из перегородок у и карманов и. б Форма выполнения устройства, означенного в и. и. 3-5, отличающаяся тем, что над трубами, подводящими воздух и воду к газифицируемому полю, установленны колосниковые решетки р1 р> >(фиг. б).

7. Применение при устройстве, означенном в и. и. 3-6, помещаемых в штреке Ш,, служащем для отвода продуктов газификации, термопар t, провода от которых проложены в скважине, пробуренной в породе почвы ниже пласта.

K авторскому евмдетельству N. И. Биркченао М 28274

Мг

П. Л.

Ленпромпечатьсоюз, тип. „Печ. Труд". Зак. 3785 — 1000