Спосіб одержання теплової енергії

Винахід відноситься до вугільної промисловості, а більш конкретніше - до способів підземної газифікації, які полягають у тому, що безпосередньо в пластах вугілля спалюють, щоб перетворити у газ, який потім відкачують на поверхню, де використовують як газоподібне пальне, вихідний продукт для одержання хімічних речовин або джерело теплової енергії. До спалювання призначені переважно похилі чи крутопадаючі вугільні пласти, при цьому світа ци х пластів і увесь комплекс гірничих виробок являє собою підземний газогенератор. Відомий спосіб одержання теплової енергії при відпрацьовуванні світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів, що полягає в проведенні повітроподавальних і газовідвідних гірничих виробок, збійок між ними, розпалюванні вугільного пласта, подачі повітря і відведенні гарячих газів на поверхню (див. В.В. Ржевський, «Методичні розробки про стан і розвиток науково-експериментальних робіт в області підземної газифікації вугілля», М. МГІ, 1984, с.73, 97, 123, 125). Недоліком відомого способу є значний обсяг підготовчих робіт, віднесений на величину підготовлених до відпрацьовування запасів вугілля, а також обмежений обсяг теплової енергії, що одержується, внаслідок незначної кількості одночасно діючих вогневих вибоїв, які утворюються при спалюванні вугільних пластів. Відомий спосіб одержання теплової енергії при спалюванні світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів, який полягає в проведенні підготовчих виробок, що розкривають вугільний пласт, повітроподавальних і газовідвідних горизонтальних і вертикальних виробок, що оконтурюють ділянку газогенератора, розпалюванні вугільного пласта і відведенні гарячих газів на поверхню (див. Закоршменний І.М. Те хнологічна схема відпрацьовування світи потужних крутих пластів. У зб. «Технологія комплексного видобування вугілля, газу, енергії». — М., МГІ, 1988 — с.90). Недоліком відомого технічного рішення, визначеного як прототип, є також значний обсяг підготовчих гірничих робіт. Крім того, проведення вертикальних збіїчних виробок по вугільному пласту ускладнює керування процесом його випалювання, тому що виробка, для відведення газу, яка проведена по вугільному пласту у процесі горіння зруйнуються, а це призведе до утр уднень при експлуатації газогенератора. В основу винаходу поставлено завдання створити спосіб одержання теплової енергії переважно при спалюванні світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів, у якому за рахунок концентрації вогневих вибоїв ближче до газовідвідного стовбура досягається зниження витрат тепла і забезпечується зниження витрат вугілля, а також досягається можливість використання на глибинах, де традиційні технології виїмки вугілля не доступні. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що в способі одержання теплової енергії переважно при спалюванні світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів, який полягає в проведенні підготовчих виробок, що розкривають вугільний пласт і оконтурюють ділянку світи пластів, повітроподавальних і газовідвідних виробок, випалюванні вугільного пласта з наступною видачею газу на поверхню, згідно з винаходом, повітроподавальні і газовідвідні виробки проводять на кожному горизонті по породах ґрунту нижнього в світі вугільного пласта в напрямку його простягання в обидві сторони від стовбурів, причому повітроподавальні проводять на 1/3 висоти поверху нижче вищележачого горизонту кожного поверху, горизонтальні виробки, що розкривають світу вугільних пластів, проводять одночасно на декількох горизонтах і з'єднують їх горизонтальними і вертикальними виробками, що проводять по пластах відповідного горизонту, а випалювання кожного вугільного пласта в світі здійснюють одночасно на декількох горизонтах, у спадному порядку, починаючи з верхнього в світі вугільного пласта. Сукупність відмітних ознак знаходиться в причинно-наслідковому зв'язку з позитивним ефектом, що досягається, і полягає в концентрації великої кількості вогневих вибоїв, поблизу газовідвідного стовбура і виключенні не вигорілих цілин вугільного пласта в оконтурених блоках вогневих вибоїв. Крім того, гірничі виробки (квершлаги) проводять під кутом до головного водовідливу для природного стоку шахтових вод, при цьому продуктивні (газовідвідні) виробки проводять з нахилом убік першого випалюваного в світі пласта, самі нижні виробки проводять з ухилом до стовбура і потім до головного водовідливу, а усі повітроподавальні виробки проводять з ухилом убік стовбура до головного водовідливу. Зсув повітроподавальної виробки нижче на 1/3 частину поверху щодо розташування продуктивних виробок сприяє безперешкодному надходженню необхідної кількості повітря на вогневий вибій. Сукупність відмітних ознак обумовлює також підвищення потужності газогенератора, а оконтурювання вугільних ділянок одночасно всієї світи вугільних пластів забезпечує концентрацію вогневих вибоїв поруч з повітроподавальним стовбуром, що сприяє зменшенню довжини продуктивних гірничих виробок, а, отже, і зменшенню втрат тепла при транспортуванні газу по подуктивних виробках, а також скороченню загального обсягу гірничих виробок при підготовки багатоповерхового газогенератора. Багатоповерхова схема підготовки світи пластів до розпалювання дозволяє скоротити кількість гірничих виробок, необхідних для оконтурювання блоків вогневого вибою. У запропонованій схемі газогенератора продуктивні виробки кожного нижчерозташованого горизонту використовується для оконтурювання блоку вогневого вибою вищележачого горизонту. При одноповерховій схемі на це знадобилася б додаткова гірнича виробка. На фіг. наведено схему розташування гірничих виробок, яка пояснює запропонований спосіб. Спосіб здійснюють таким чином. Для підготовки до відпрацьовування світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів на декількох горизонтах одночасно проходять нові чи поглиблюють існуючі стовбури - повітроподавальний 1 і газовідвідний (продуктивний) 2 - до нижнього з підготовлюваних горизонтів багатоповерхового пластового газогенератора. На кожному горизонті в породах грунту крайнього в світі вугільного пласта зі сторони лежачого боку проводять польові продуктивні 3 і повітроподавальні 4 виробки. Останні проводять на 1/3 висоти поверху нижче верхнього горизонту кожного поверху з ухилом убік стовбура 1. На самому нижньому горизонті продуктивний стовбур 2 збивають польовою виробкою 5 з повітроподавальним стовбуром 1 для провітрювання гірничих виробок при проведенні підготовчих робіт і для відводу ша хтової води в головний водозбірник (на фіг. не показано). При експлуатації польову виробку 5 ізолюють герметизуючою перемичкою 6. З польових виробок 4 всіх горизонтів у напрямку світи вугільних пластів проводять горизонтальні виробки (квершлаги) 7 до крайнього в світі вугільного пласта 8 зі сторони висячого боку для подачі по них повітря на вогневий вибій. З польових виробок 3 всіх горизонтів у напрямку світи вугільних пластів проводять горизонтальні виробки (квершлаги) 9 до крайнього в світі вугільного пласта 8 зі сторони висячого боку для відводу гарячих газів, що виходять з вогневого вибою 10. Оконтурювання вугільного блоку вогневого вибою 10 здійснюють свердловинами-збійками 11 по пласту між виробками 9 кожного горизонту. На кожному пласті всі х горизонтів, крім самого верхнього, з продуктивної виробки 9 в обидва боки по простяганню пласта проводять свердловинні горизонтальні збійки 12 на довжину вогневого вибою. З усі х повітроподавальних виробок 7 проводять на кожному пласті всіх горизонтів свердловинні збійки 13 по падінню пласта до перетинання з горизонтальною збійкою 12, пройденої на нижньому горизонті. Під час експлуатації багатоповерхового газогенератора всі оконтурені блоки вогневих вибоїв, крім палаючого, перекриті ізолюючими перемичками 14, що відкриваються слідом за випалюванням вищележачого пласта. Після підготовки таким чином декількох блоків світи вугільних пластів, що оконтурені виробками, роблять розпалювання крайніх у світі вугільних пластів кожного блоку. Розпалювання пласта здійснюють з боку квершлагу 7, для чого в устя свердловини 12 поміщають легкозаймисті матеріали (гума, пластмаса, шкіра і т. п.) і рясно оброблене соляркою дрантя. Розпалювання розміщеного в свердловині матеріалу здійснюють дистанційно з використовуванням нитки 1 електронакалу. При цьому швидкість подання повітря у каналі свердловища 12 повинна бути в межах 1-2м/с. У процесі пропалювання каналу ділянки, що оконтурено, кількість повітря, яке подається на вогневий вибій, збільшується і визначається темпом спалювання вугілля. У процесі горіння вугільного пласта продукти горіння переміщаються по горизонтальній і вертикальній лініях вогневого вибою, надходять у квершлаг 9, а потім через польову виробку 3 і газовідвідний стовбур 2 на поверхню до теплообмінників. Слідом за випалюванням вугільного пласта відбувається обвалення порід покрівлі, причому породи, які складені вуглистими сланцями, беруть участь у горінні, чим збільшують обсяг одержуваного гарячого газу, а, отже, і тепла. При вигорянні оконтуреної ділянки вугільного пласта на 70-80% її обсягу, що визначається параметрами цієї ділянки, підпалюють наступний, у світі вугільний пласт, для чого відкривають герметизуючу перемичку 14. В устя горизонтальної свердловини 12 поміщають легкозаймистий матеріал і підпалюють аналогічно підпалюванню першого пласта. Завчасність розпалювання наступного в світі вугільного пласта обумовлена тривалістю розпалювання приблизно, 10 діб) нового вогневого вибою до робочого режиму горіння пласта. За час розпалювання нового вогневого вибою попередній вогневий вибій загасає, знаходячись якийсь час у спільній експлуатації, що збільшує потужність газогенератора. Тривалість спільної експлуатації двох зближених у світі вугільних пластів може продовжуватися не більш одного місяця, щоб уникнути впливу одного пласта на другий. Наступні у світі вугільні пласти випалюються у тій же послідовності, як описані раніше. У результаті використання запропонованого способу одержання теплової енергії при спалюванні світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів досягається підвищення обсягу одержуваного тепла за рахунок збільшення кількості вогневих вибоїв та збільшення терміну експлуатації ділянок за рахунок включення в роботу світи вугільних пластів