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 і використовують як газоподібне пальне, вихідний продукт для одержання хімічних речовин або джерело теплової енергії. До спалювання призначені переважно похилі чи крутопадаючі вугільні пласти, а світа цих 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 (В.В. Ржевський «Методичні розробки про стан і розвиток науково-експериментальних робіт в області підземної газифікації вугілля», Μ. ΜΓΙ, 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 під час горіння 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 (Закоршменний І.М. Технологічна схема відпрацьовування світи потужних крути х пластів. У зб. «Технологія комплексного видобування вугілля, газу, енергії». — М., МГІ, 1988 — С.90) Недоліком цього 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 руйнується, а це призводить до утруднень при експлуатації газогенератора. В основу винаходу поставлено завдання створити спосіб одержання теплової енергії при спалюванні світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів, у якому за рахунок збільшення кількості вогневих вибоїв досягається збільшення обсягу отримуваної теплової енергії і зниження витрат на підготовку газогенератора. 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, повітроподавальних і газовідвідних горизонтальних і вертикальних виробок, які визначають межі ділянок світи пластів, що підлягають випалюванню, і послідовне їх випалювання, згідно винаходу, горизонтальні виробки, які перетинають світу і вскривають вугільні пласти, з'єднують між собою горизонтальними і вертикальними виробками, причому горизонтальні проводять по кожному пласту світи, а частину вертикальних, з боку повітроподавальної виробки, проводять на 2/3 висоти поверху і обладнують перфорованими трубами, при цьому випалюють кожний вугільний пласт послідовно, у висхідному порядку, починаючи зі сторони висячого боку крайнього в світі вугільного пласта. Відмінною рисою запропонованого способу є забезпечення можливості концентрації великої кількості вогневих вибоїв, оконтурених обмеженою кількістю гірничих виробок, при формуванні газогенератора, а повітря, що поступає на вогневий вибій, частково проходить через вигорілий простір, відбираючи тепло загублене на нагрівання бічних порід. Порода, що обвалюється в процесі горіння, не перекриває привибійну зону вогневого вибою, що переміщається слідом за вигорянням вугільного пласта. Крім того, у відомих способах не залучена до відпрацьовування світа вугільних пластів, а запропоноване технічне рішення дозволяє робити спалювання світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів потужністю 0,15м, що лежать на межах ша хтового поля і підготовлених незалежними гірничими виробками, що включаються в роботу послідовно. Це приводить до збільшення одночасно діючих вогневих вибоїв на продуктивний стовбур. Подання повітря на вогневий вибій здійснюється після використання його підготовчих гірничих роботах шахти-ТЕЦ, що у кілька разів підвищує температуру повітря, чого немає у відомому способі. Ця обставина дозволяє значно збільшити коефіцієнт використання подаваного на вогневий вибій попередньо нагрітого повітря, що активізує окисний процес у зоні горіння, а, отже, і збільшує ККД використання газогенератора, а концентрація вогневих вибоїв збільшує його потужність. Сукупність відмінних ознак запропонованого способу обумовлює підвищення обсягу отримуваної теплової енергії, а оконтурювання вугільних ділянок одночасно усієї світи вугільних пластів, забезпечує тривалий термін експлуатації газогенератора. При цьому можливе послідовне підключення великої кількості вогневих вибоїв до головних магістралей газоходів, що пройдено по непалаючих породах. На фіг. наведено приклад розташування виробок для пояснення запропонованого способу. Спосіб здійснюють таким чином. Для підготовки до відпрацьовування світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів поглиблюють існуючи повітроподавальний стовбур 1 і газовідвідний (продуктивний) стовбур 2 на висоту поверху. Зі сторони лежачого боку в ґрунті крайнього в світі вугільного пласта, проводять польові виробки 3 нижнього і 4 верхнього горизонтів, що мають збійки з повітроподавальним 1 і газовідвідним (продуктивним) 2 стовбурами відповідно. З польової виробки 3 нижнього горизонту в напрямку пластів проводять горизонтальні виробки - квершлаги 5 - до крайнього в світі вугільного пласта 6 зі сторони висячого боку для подачі по них повітря на вогневий вибій. З польової виробки 4 верхнього горизонту в напрямку пластів проводять горизонтальні виробки - квершлаги 7 - до крайнього в світі вугільного пласта 6 зі сторони висячого боку для відведення гарячих газів на поверхню з вогневих вибоїв через стовбур 2. Виробки 4 і 7 обладнано з вогнетривкого матеріалу. Для здійснення свердловинних збійок по пластах проходять квершлаги 8. Причому для збійок між квершлагами 8 нижнього горизонту проводять горизонтальні свердловини 9, для збійок квершлагів 8 нижнього горизонту з квершлагами 7 верхнього горизонту - вертикальні свердловини 10. Вугільні пласти, розкриті квершлагами 8, ізолюють між собою герметизуючими перемичками 11, що перешкоджають перетоку повітря з одного пласта на іншій при їхньому роздільному випалюванні. З повітроподавального квершлагу 5 нижнього горизонту по пластах бурять вертикальні свердловини 12 на неповну висоту поверху, наприклад на 2/3 висоти, щоб уникнути прямої збійки верхнього і нижнього горизонтів з боку квершлагу 5. Свердловину 12 обсаджують перфорованими трубами для пропускання повітря на вогневий вибій при обваленні вигорілого простору вугільного пласта. У стовбурі 2 між нижнім і верхнім горизонтами встановлюють герметизуючу перемичку 13, щоб уникнути прямого перетоку повітря із повітроподавального стовбура 1 у газовідвідний стовбур 2, а у кожній свердловині 9 встановлюють герметизуючу перемичку 14. 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 5, для чого в устя свердловини 9 поміщають легкозаймисті матеріали (гума, пластмаса, шкіра і т. п.) і рясно оброблене соляркою дрантя. Розпалювання розміщеного в свердловині матеріалу здійснюють дистанційно з використовуванням нитки електронакалу. При цьому швидкість подання повітря у каналі свердловини 9 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 7, а потім через польову виробку 4 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. Повітря, що надходить на вогневий вибій з квершлагу 5, проходить крізь перфораційні отвори труб свердловини 12 і частково через завалені нагріті породи вигорілого пласта, відбираючи при цьому тепло, загублене на нагрівання бічних порід при спалюванні пласта, збільшуючи кількість тепла й ефективність процесів горіння. При вигорянні оконтуреної ділянки вугільного пласта на 70-80% її обсягу, що визначається параметрами цієї ділянки, підпалюють наступний, нижчележачий у свиті вугільний пласт, для чого відкривають герметизуючу перемичку 14. В устя горизонтальної свердловини 9 поміщають легкозаймистий матеріал і підпалюють аналогічно підпалюванню першого пласта. Завчасність розпалювання наступного, нижчележачого 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 підробітки випалюваного вищележачого вугільного пласта нижчележачим пластом. Наступні в світі вугільні пласти випалюються в 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.