Способ подземной газификации угля

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной газификации угля. Для повышения эффективности газификации за счет более оптимального оконтуривания участка и учета его гипсометрии на участках сложного горно-геологического строения границы газогенератора проводят вдоль тектонических разрывных нарушений с амплитудой более двух мощностей газифицируемого пласта, размывов, вклиниваний и участков с зольностью более 40%. Линию розжига разрабатывают вдоль самой глубокой из границ и газифицируют уголь по восстанию от нее. При наличии пликативных дислокаций создают дополнительные линии розжига вдоль осей синклинальных складок. Участки пласта мощностью менее 3 м или крылья разрывных нарушений газифицируют после нагнетания и кристаллизации селитры. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной газификации угля (ПГУ).

Известен способ подземной газификации угля [1] включающий бурение скважин, образование поперечных каналов, отвод газа через ряды отводных скважин, расположенных между скважинами для подачи дутья, и подачу воздуха не более чем в две дутьевые скважины.

Недостатками этого способа является то, что он не учитывает различия геологического строения в границах газогенератора, что приводит к затуханию процесса, обводнению участков горения и аварийным прекращениям процесса, не предусматривает мероприятий по исключению потерь при эксплуатации в сложных горно-геологических условиях.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [2] включающий газификацию угля через скважины в границах генератора, определяемых из возможности проведения буровых работ и оборудования газопроводов с предварительным доведением общего содержания углеродов до 10-60% по отношению к общему рабочему объему и закачиванием селитры 0,3-0,8 от общего содержания углерода и серы 0,1.

Недостатками способа являются значительные потери при аварийном выведении из строя скважин вследствие затухания ПГУ, возникающего на участках газогенераторов с неблагоприятными условиями: высокой зольностью, мощностью менее 3 м, тектоническими нарушениями, гипсометрией пласта и др. наличие которых не учитывается при ПГУ в границах газогенератора, а также ограниченная применимость способа по горно-геологическим условиям.

Целью изобретения является повышение эффективности подземной газификации за счет более оптимального оконтуривания участка и учета его гипсометрии, а также расширение области применения способа на участках сложного горно-геологического строения.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что границы газогенераторов проводят вдоль тектонических разрывных нарушений с амплитудой более 2-х мощностей газифицируемого пласта, размывов, выклинивания участков с зольностью более 40% а линию розжига разрабатывают вдоль самой глубокой из границ и газифицируют уголь по восстанию от нее при отсутствии пликативных дислокаций, вызывающих волокнистое залегание пласта.

Вторым отличительным признаком является то, что при наличии пликативных дислокаций создают дополнительные линии розжига вдоль осей синклинальных складок, при этом участки пласта с мощностью менее 3 м или крылья разрывных нарушений газифицируют после дополнительного нагнетания селитры.

На чертеже показана схема границ генератора, линии розжига и порядок отработки запасов.

Участок пласта 1, осложненный выклиниванием, участком с высокой зольностью и разрывными тектоническими нарушениями, газифицируют методом поточной газификации. Для газификации устанавливают границы газогенератора, которые проводят вдоль зоны двух тектонических разрывных нарушений с амплитудой более 2 m, где m мощность газифицируемого пласта.

Устанавливают также зону 3 выклинивания пласта с сокращением мощности пласта до 3 м и зону 4 с высокой зольностью (зольность 40% и выше). Затем анализируют гипсометрию пласта и закладывают в соответствии с ней линию 5 розжига. При этом вдоль нижней границы газогенератора, примыкающей к зоне 2 тектонических нарушений, бурят скважины на удалении 20 м друг от друга, вначале нагнетают в них насыщенный водный раствор селитры 7 последовательно, до появления раствора в каждой последующей скважине. После кристаллизации селитры 7 в порах и трещинах пласта 1 проводят известные операции по фильтрационной сбойке и розжигу через скважины линии 5 розжига. Затем после выгазовывания угля в области линии 5 розжига пробуривают из образовавшегося очага газификации наклонные скважины 8 и развивают фронт газификации по направлению восстания. В случае волнистого залегания пласта создают дополнительную линию 9 розжига и развивают ее от линии 5 по восстанию с тем, чтобы затем через наклонные скважины 10 отрабатывать крылья синклинали. При наличии выклиниваний или тектонических нарушений 11 в поле газогенератора их крылья также насыщают селитрой 12 и газифицируют.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются не очевидная последовательность операций, являющаяся следствием анализа работы станции ПГУ в различных горно-геологических условиях.

Отработка газогенератора по восстанию практикуется на Южно-Абинской станции, но там это единственно возможная схема вследствие крутого залегания пласта. Однако газогенераторы в этих условиях строят по оптимальным параметрам, не учитывающим гипсометрии пласта и наличия тектонических нарушений. Признаки выделения границ газогенератора обоснованы следующим опытом практической работы станций ПГУ. Пликативные дислокации, вызывающие волнистое залегание угольного пласта, затрудняют проведение скважин по угольному пласту. Чтобы избежать осложнений, предлагается отрабатывать газогенератор с применением двух и более линий розжига, развиваемых в восходящем порядке. В противном случае подземные воды и образующиеся породы будут заваливать очаг газификации. На крыльях синклинальных складок также восходящее развитие из-за тех же причин. Экспериментально установлено, что газификация пластов мощностью менее 3 м сопряжена с большими относительными потерями тепла в окружающим породы. Поэтому для повышения технических показателей такие зоны необходимо обогащать кислородосодержащей селитрой также, как и крылья тектонических нарушений, где процесс ПГУ прерывается вследствие больших утечек дутья и заваливания каналов газификации.

Предельная амплитуда тектонических нарушений более двух мощностей пласта обоснована тем, что на удалении двух мощностей температура во вмещающих породах достигает 1000^оС, что достаточно для продолжения газификации при подаче воздуха (или окислителя в другом агрегатном состоянии). При амплитуде более чем 2 m температура резко снижается и не обеспечивает эффективного продолжения ПГУ в крыле тектонического нарушения за пределом 2 m.

П р и м е р Границы газогенератора 16 бис были проведены вдоль смесителей надвиговых тектонических нарушений с амплитудой 20 м, пересекающих 8 м буроугольный пологопадающий пласт в виде треугольника со сторонами 300, 200 и 150 м. Угол падения пласта α≈10^о. По медиане треугольного контура по восстанию расположена синклинальная складка.

Отработку генератора начали вдоль нижней границы, разработав линию розжига вертикальными скважинами диаметром 120 мм, после нагнетания раствора аммиачной селитры в объеме 5 т на 15 скважин, через 20 м одна от другой, сбитых фильтрационной сбойкой. Затем отработали линию розжига вдоль синклинальной складки семью вертикальными скважинами. На разожженные очаги провели бурение наклонно-горизонтальных скважин, по которым отвели продукты газификации. Утонение в центре газогенератора до 2,5 м отработали после нагнетания 2 т раствора селитры. Вдоль границ генератора через вертикальные скважины, используемые как воздухоподающие, также нагнетали 7 т селитры.

Применение предлагаемого способа снижает аварийные выходы из строя скважин, себестоимость получаемого газа на 25% а также сокращает потери угольного вещества в недрах до 7% против 30% нормативных, что повышает эффективность отработки газифицируемого пласта. Кроме того, появилась возможность расширить область внедрения способа ПГУ на локальные, нарушенные участки, которые не подлежали газификации.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ, включающий исследование горно-геологических условий залегания угольных пластов, установление границ газогенераторов, вскрытие пластов скважинами, нагнетание в скважины селитры, розжиг угля и отработку пластов подводом реагента и отводом продуктов горения, отличающийся тем, что на участках сложного горно-геологического строения границы газогенераторов устанавливают вдоль тектонических разрывных нарушений с амплитудой более двух мощностей газифицируемого пласта, размывов, выклиниваний и участков с зольностью более 40% розжиг угля осуществляют по линии вдоль самой глубокой из границ, а отработку пластов угля осуществляют по восстанию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при наличии пликативных дислокаций создают дополнительные линии розжига вдоль осей синклинальных складок, при этом участки пласта с мощностью менее 3 м или крылья разрывных нарушений газифицируют после нагнетания и кристаллизации селитры.

РИСУНКИ

Рисунок 1