Спосіб одержання теплової енергії

Запропоноване технічне рішення належить до вугільної промисловості, а конкретніше - до способів підземної газифікації, які полягають у тому, що пласти вугілля безпосередньо в шахтах 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 пласти, при цьому світа цих пластів і увесь комплекс гірничих виробок являє собою підземний газогенератор. Відомий спосіб одержання теплової енергії при відпрацьовуванні вугільних пластів, що полягає в бурінні з поверхні на вугільний пласт повітроподавальних і газовідвідних свердловин, здійсненні збійок між ними, розпаленні вугільного пласта, подачі повітря і відведенні на поверхню гарячих газів [див. "Одержання різних видів енергії при підземному спалюванні вугілля за технологією "Вуглегаз". / Збірник наукових праць МГІ. - М., 1988. С. 144]. Недоліком відомого способу є значний обсяг підготовчих робіт віднесений на величину підготовлених до відпрацьовування запасів вугілля; обмежений обсяг теплової енергії, що одержується, внаслідок незначної кількості одночасно діючих вогневих вибоїв, які утворюються при спалюванні вугільних пластів. Відомий також спосіб одержання теплової енергії при спалюванні вугільних пластів, що полягає в бурінні з поверхні на вугільний пласт повітроподавальних і газовідвідних свердловин, між якими вугільну ділянку оконтурюють збійками, підпалюванні вугільного пласта через повітроподавальні свердловини і відведенні гарячих газів через газовідвідні свердловини [див. Крейнін Є. і Рева М. Підземна газифікація вугільних пластів. Кемерово, 1966. - С. 32]. Недоліком відомого технічного рішення, визначеного як прототип, є обмежена потужність підземного газогенератора за рахунок малої кількості одночасно діючих вогневих вибоїв, зв'язаних з однією продуктивною свердловиною, зниження ККД використовуваного повітря, подаваного на вогневий вибій і значний обсяг підготовчих робіт з буріння продуктивних свердловин. У основу винаходу поставлено завдання зі створення способу одержання теплової енергії, у якому за рахунок збільшення одночасно діючих вибоїв забезпечується підвищення потужності підземного газогенератора і зниження витрат на його підготовку, а також підвищення ККД подаваного повітря. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що в способі одержання теплової енергії при спалюванні вугільних пластів, що полягає в бурінні з поверхні на вугільний пласт повітроподавальних і газовідвідних свердловин, оконтурюванні ділянки вугілля збійками свердловин, підпалюванні вугілля через повітроподавальні свердловини і відведенні гарячих газів на поверхню через газовідвідні свердловини, відповідно винаходу, збійки, що оконтурюють ділянку, проводять між повітроподавальними свердловинами і розташовують їх по контуру багатокутника з залишенням вугільної цілини між крайніми повітроподавальними і газовідвідними свердловинами, газовідвідну свердловину збивають з однієї чи декількома повітроподавальними свердловинами, розташованими між крайніми свердловинами в контурі багатокутника, при цьому повітря подають одночасно через усі повітроподавальні свердловини. Розташування збійок, що оконтурюють вугільну ділянку по контуру багатокутника, забезпечує збільшення кількості одночасно діючих вогневих вибоїв, пов'язаних з одержанням теплової енергії у вигляді гарячих газів і подаванні їх на одну продуктивну свердловину. При цьому можливо використання на одну продуктивну свердловину декількох оконтурюваних вугільних ділянок. Крім того, запропонований спосіб дозволяє спалювати світу вугільних пластів, що лежать у межах оконтуреної ділянки, через додаткові збійки, пробурені з тих самих повітроподавальних свердловин, що включаються в роботу послідовно, після випалювання нижче лежачого вугільного пласта на крок обвалення основної покрівлі випаленого вугільного пласта, що приводить до збільшення кількості одночасно діючих вогневих вибоїв на одну свердловину. При цьому подача повітря на вогневий вибій здійснюється не уздовж вогневого вибою, а в напрямку на вогневий вибій із усієї довжини поверхні збійного повітроподавального каналу. Ця обставина дозволяє збільшити коефіцієнт використання подаваного на вогневий вибій повітря, тому що приводить до збільшення окисної зони, а, отже, і потужності ділянки. Сутність запропонованого способу пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 схематично зображено конфігурацію оконтуреної вугільної ділянки, підготовленої для спалювання, вид у плані; на Фіг.2 - те ж, поздовжній розріз повітроподавальної свердловини; на Фіг.3 - загальна схема розташування оконтурених вугільних ділянок, вид у плані. Запропонований спосіб здійснюють так. На нижній у світі вугільний пласт 1 бурять з поверхні повітроподавальні свердловини 2, що складаються з вертикальної частини 3, яка потім переходить у горизонтальні збійки 4, проведені по вугільному пласту, і газовідвідну (продуктивну) свердловину 5, пробурену вертикально на вибій повітроподавальної свердловини 6. Перетин свердловини 5 у 8-10 разів більше перетину повітроподавальних свердловин, тому що на одну газовідвідну свердловину надходять продукти горіння з десяти і більше вогневих вибоїв. Збійки 4, що оконтурюють вугільну ділянку, розташовують по контуру багатокутника шляхом з'єднання їх між собою. При цьому одну з крайніх збійок 4 (АБ, Фіг.1) бурять завдовжки за інші збійки 4 повітроподавальних свердловин 2. Для збільшення кількості вогневих вибоїв, що працюють на одну газовідвідну свердловину 5, до вже оконтуреної вугільної ділянки підготовляють аналогічну оконтурену вугільну ділянку. Причому використовують довгу галузь АБ збійки 4 повітроподавальної свердловини 2, що є єдиною для двох оконтурених ділянок. Аналогічно оконтурюють наступні ділянки, що з'єднують між собою крайніми збійками 4 оконтурених багатокутників, при цьому довгі галузі АБ збійок 4 кожного багатокутника з'єднують із газовідвідною свердловиною 5. Щоб уникнути прогоряння вугільної цілини між продуктивною свердловиною 5 і крайньою повітроподавальною свердловиною 2, необхідно, щоб довжина останньої в багатокутнику була коротша. При відпрацьовуванні світи вугільних пластів з повітроподавальних свердловин 2 бурять додаткові збійки відгалуження 7 на вищележачі пласти 8, що спрямовані до меж вугільної ділянки, що оконтурені, для чого в кожній свердловині 2 на розрахунковій висоті зводять цементний міст 9. Після закінчення буріння відгалужень 7 цементні мости 9 розбурюють і вугільну ділянку, тим самим, підготовлено до розпалювання. Перед розпалюванням пласта 1 збійки 4 вугільної ділянки, що оконтурена, продувають і просушують шляхом нагнітання крізь повітроподавальні свердловини 2 повітря і видавання продуктів продувки через газовідвідну свердловину 5. Розпалення вугільної ділянки, що оконтурена, починають з нижнього вугільного пласта 1 через усі повітроподавальні свердловини 2, для чого в них на перетинанні з вугільним пластом 1 поміщають легкозаймисті матеріали (відходи шкіри, гуми, пластмаси і дрантя, рясно змочене соляркою). Розпалення матеріалу здійснюють закиданням розпеченого коксу. При цьому швидкість подачі повітря в каналі збійок 4 повинна бути в межах 12 м/с. В міру пропалювання каналу збійок 4 оконтуреної вугільної ділянки, кількість повітря, подаваного на вогневий вибій, збільшується і визначається темпом спалювання вугілля. Після пропалювання каналу збійок 4 на величину потужності пласта, устя повітроподавальної свердловини 6 перекривають для виключення прямоточного руху повітря на газовідвідну свердловину 5. У процесі горіння усіх вугільних вогневих вибоїв газогенератора на поверхні через свердловину 5 одержують гарячі гази. Для одержання на поверхні пального газу газогенератор працює з однією повітроподавальною свердловиною, крайньою в оконтуреній вугільній ділянці. При цьому повітря, пройшовши зону окислювання, нагрівається до високих температур і далі продукти горіння проходять зону відновлення, постійно знаходячись у контакті з вибоєм вугільного пласта, який при нагріванні без доступу кисню видає пальний газ. Вугільний пласт, який на глибину прогрівання в процесі газифікації загубив газ - випалюють шляхом подавання додаткової кількості повітря через усі повітроподавальні свердловини і відводять продукти горіння через газовідвідну свердловину, одержуючи на поверхні теплову енергію. Після спалювання частини вугільного пласта, яка загубила газ, газогенератор знову переключають на газифікацію вугільного пласта шляхом подачі повітря через крайню повітроподавальну свердловину 2 оконтуреної ділянки. Після спалювання нижнього в світі вугільного пласта 1 на крок обвалення його основної покрівлі у вищележачих породах і вищележачому вугільному пласті 8 утворюється аеродинамічний зв'язок між збійками відгалуженнями 7 сусідніх повітроподавальних свердловин через порожнечі і тріщини, утворені в результаті просідання порід при випалюванні нижнього вугільного пласта 1. У результаті реалізації запропонованого способу одержання теплової енергії при спалюванні як окремих вугільних пластів, так і їх світ, досягається підвищення потужності газогенератора за рахунок збільшення кількості вогневих вибоїв, розташованих по контурах багатокутників підготовлених вугільних ділянок і за рахунок одночасного спалювання світи вугільних, пластів, розташованих на межах підготовлених ділянок. Забезпечується підвищення коефіцієнта корисної дії використання подаваного на вогневі вибої повітря і знижуються витрати на підготовку підземних газогенераторів.