Свердловинний пристрій для дегазації масиву полігона твердих побутових відходів

Заявляється винахід, який стосується гірничої справи та відноситься до пристроїв для дегазації техногенних масивів: полігонів твердих побутових відходів (ПТПВ), вугільних териконів, тощо/ Відомими є пристрої [1], [2] для дегазації органіковміщуючих масивів, які здатні до самозапалення. Такі пристрої, що спускають в свердловину для проведення дегазації полігону твердих побутових відходів або вугільного терикону, містять газохід з вікнами та кришкою зверху, перфорований трубопровід-колектор, що переміщується всередині свердловини та входить в масив, в якому самоутворилися гази. Недоліком відомих пристроїв є їх низька ефективність при дегазації техногенних масивів, які продовжують експлуатувати. Дані пристрої неможливо використовувати на дільницях масиву, де відбувається відсипка відходів, наприклад твердих побутових відходів або відходів вуглевидобутку, тобто в місцях, де техногенний масив ще формують. Найближчим за конструктивними ознаками та технічною суттю до пропонованого є свердловинний пристрій прототип [3] для дегазації масиву полігона твердих побутових відходів, який має наступні спільні ознаки з технічним рішенням, що заявляється: - наявність газовідвідної свердловини, яка з'єднана з газопроводом; - наявність газовідвідної обсадної труби з газоходом та з можливістю дорощування її на вищий рівень складування твердих побутових відходів; - прикріплення до кришки обсадної труби знімних коробів-накопичувачів звалищного газу; - розміщення коробів-накопичувачів у верхній частині свердловини, а також з'єднання їх порожнини з газопроводом. Даний відомий пристрій працює більш ефективно, ніж пристрої [1], [2], оскільки в його конструкції передбачається дорощування газовідвідної обсадної труби та переміщення її на вищий рівень складування відходів. Проте недоліком відомого пристрою є трудомісткість в переміщуванні обсадної газовідвідної труби: її витягуванні із товщі спресованих відходів та в переміщенні на вищий рівень складування відходів. Така операція може викликати зсув стінок свердловини, що потребує проведення додаткових заходів. Крім того, відомий пристрій має низьку функціональну здатність, оскільки його конструкція не передбачає утилізацію тепла масиву відходів. Винахід направлений на підвищення ефективності роботи свердловинного пристрою за рахунок більш високої продуктивності та здешевлення проведення операцій переміщення газозбірного колектора на вищий рівень складування відходів в міру їх відсипки та формування масиву. Завдання вирішується таким чином, що у відомому свердловинному пристрої для дегазації масиву ПТПВ, який містить газовідвідну свердловину, з'єднану з газопроводом, газохід, обсадну трубу з можливістю дорощування її на вищий рівень складування відходів та з кришкою і знімними коробами-накопичувачами звалищного газу, розміщеними у верхній частині свердловини над кришкою та під нею, а також з'єднаними з газопроводом, згідно з винаходом, у пропонованому свердловинному пристрої крізь короб проходить газовідбірний патрубок, який перфорований в межах порожнини короба, зовнішні кінці патрубка, що виходять за межі короба, виконані з можливістю під'єднання, наприклад, до розміщеного всередині масиву перфорованого колектора збору звалищного газу та/або газопровода, а верхня частина короба виконана з можливістю під'єднання до порожнини обсадної труби. Крім того, в порожнині колектора та/або газопровода розміщений теплообмінник, наприклад, поліетиленовий шланг, з'єднаний з теплопомповою установкою. Крім того, газопровід розміщений вище колектора збору звалищного газу. Крім того, порожнини колектора та газопровода з'єднані між собою трубою. Отже, пропонований пристрій завдяки як новим конструктивним елементам, так і новим характерним їх взаємним розміщенням дозволяє досягнути технічний результат, який має причинно-наслідковий зв'язок з відрізняючими ознаками винаходу, та який полягає в наступному: - розміщення у коробі пропонованого пристрою газовідвідного патрубка, який перфорований в межах порожнини короба, дозволяє підключити порожнину останнього та порожнину газовідвідної обсадної труби до дегазаційного газопроводу; - виконання зовнішніх кінців патрубка, що виходять за межі короба, з можливістю під'єднання, так само дозволяє підключити порожнину останнього та порожнину газовідвідної обсадної труби до дегазаційного газопроводу; - виконання верхньої частини короба з можливістю під'єднання до порожнини обсадної труби; дозволяє здійснити операцію дорощення (переміщення) газовідвідної системи на висоту шару відходів, що досипаються. Така дія виконується під час відсипки відходів без підйому нижче розміщеної обсадної труби; - крім того, розміщення в порожнині колектора та/або газопровода теплообмінника, наприклад, поліетиленового шлангу, з'єднаного з теплопомповою установкою, дозволяє підвищити функціональність свердловинного пристрою, утилізуючи фізичне тепла масиву, яке виникає, наприклад, всередині ПТПВ, при розкладі органічної частини побутових відходів; - крім того, розміщення газопроводу вище колектора збору звалищного газу необхідно для ефективної роботи дегазаційної системи шляхом створення в масиві депресії; - крім того, з'єднання порожнин колектора та газопровода між собою трубою необхідно для функціонування дегазаційної системи. Таким чином, нові конструктивні елементи та їх характерне розміщення забезпечують технічну перевагу пропонованого пристрою перед прототипом, тобто направлені на підвищення ефективності роботи свердловинного пристрою за рахунок більш високої продуктивності та здешевлення проведення операцій переміщення газозбірного колектора на вищий рівень складування відходів в міру їх відсипки. В джерелах патентної і науково-технічної інформації не виявлено вищенаведені нові признаки свердловинного пристрою, що заявляється, отже, можна стверджувати, що пропонований пристрій для видобутку звалищного газу з масиву ПТПВ відповідає критерію "новизна". Крім того, ознаки нового свердловинного пристрою, що заявляються і відрізняють його від прототипу, надаючи пристрою нових властивостей, а також характерне їх розміщення є суттєвими для використання свердловинного пристрою та достатніми для досягнення технічного результату, який забезпечує винахід, отже відповідають критерію "суттєві відзнаки". На фіг. зображена схема (переріз) свердловинного пристрою для видобутку звалищного газу з масиву ПТПВ. Свердловинний пристрій включає свердловину 1 із газоходом 2 та з обсадною трубою 3. Гравійна обсипка 4 виконана в межах стінок газоходу 2 на нижньому шарі твердих побутових відходів (ТПВ), а обсипка 5 з крупнокускового матеріалу виконана в порожнині обсадної труби 6, утвореної після дорощування. На верхньому кінці труби 3 до її кришки 7 прикріплений зйомний короб-накопичувач 8 звалищного газу, крізь порожнину якого та крізь порожнину труби 3 проходить газовідвідний патрубок 9 з перфораційними вікнами 10 в межах порожнин короба 8. Короб 8 виконаний з можливістю під'єднання до порожнини обсадної труби 6. На нижньому рівні складування відходів до зовнішнього кінця патрубка 9, що виходять за межі короба 8, під'єднаний перфорований колектор 11 збору звалищного газу, який розміщений всередині масиву 12 ТПВ. На наступному рівні складування відходів в прошарку 13 ТПВ газовідвідний патрубок 14, який як і аналогічний патрубок 9, під'єднують до магістрального газопроводу 15. Газопровід через гребінку збору газу підключать до вакуум-помпи (на фіг. не показано), при допомозі якої в масиві 12 ТПВ створюють депресію. Для функціонування дегазаційної системи порожнини перфорованого колектора 12 та магістрального газопровода 15 з'єднані між собою через вентиль 16 трубою 17. Накопичувач 18 з прикріпленою до нього обсадної трубою 6 дорощують в міру відсипки ТПВ. В порожнині колектора 12 та/або газопровода 15 розміщений теплообмінник, наприклад, поліетиленовий шланг, з'єднаний з теплопомповою установкою для утилізації фізичного тепла ПТПВ (на фіг. не показано). Пристрій працює наступним чином Масив 12 ТПВ, на якому продовжується експлуатація, перебурюють на всю потужність, наприклад, 8м, шарошечним долотом діаметром 190мм, використовуючи станок ударно-канатного або обертального буріння. В стовбур свердловини 1 опускають перфорований газохід 2 діаметром 114мм , в позатрубний простір якого і стінкою свердловини 1 засипають гравій 5. В свердловину 1 вводять, не доходячи до основи газоходу 2, обсадну трубу 3 діаметром 351мм, порожнину якої також засипають гравієм 4. На верхній частині обсадної труби 3, що знаходиться вище рівня заскладованих ТПВ, встановлюють короб-накопичувач 8, який герметизують кришкою 7, крізь порожнину якого проходить перфорований газовідвідний патрубок 9 з перфораційними вікнами 10. Далі до патрубка 9 під'єднують газозбірний колектор 11 та через вентиль 16 магістральний газопровід 15. Для виключення можливості попадання в масив ТПВ повітря (кисню) та атмосферної води гирло свердловини 1 герметизують цементним кільцем в радіусі 1,5-2,0м, потужністю 0,3м, а всю поверхню ПТПВ покривають ізоляційним шаром глини. Звалищний газ, що утворюється в масиві 12 ТПВ виходить до поверхні в результаті різниці між тисками всередині товщі відходів і атмосферним. З метою регулювання процесом виходу газу колектори газу 11 закладають за спеціальними схемами (на фіг. не показано) в гравійні або заповнені іншим кусковим матеріалом канави, які проходять на поверхні товщі відходів глибиною 0,4-0,5м і шириною 0,4-0,6м. В такому гравійному колекторі знаходиться перфорована труба 11 яку разом з кусковим матеріалом закривають зверху захисним шаром глини, через який газ не виходить на поверхню. Перфоровані труби можуть бути як металевими, так і пластмасовими. Зовнішні кінці труб 11 заглушують, а перфораційні вікна направляють переважно в напрямку товщі ТПВ. Від кожної газозбірної свердловини 1 прокладають променеву систему канав, тиск всередині яких, а також всередині колектора 11, створюють при допомозі вакуум-помпи нижчим за тиск всередині масиву 12. Крім того, в порожнині колектора 12 та/або газопровода 15 розміщують теплообмінник, наприклад, поліетиленовий шланг, з'єднаний з теплопомповою установкою для утилізації фізичного тепла ПТПВ (на фіг. не показано). В результаті звалищний газ з нижнього шару відходів відводять спочатку на розподільчу гребінку, а потім на очистку та утилізацію. Потім приступають до другої черги спорудження та експлуатації свердловинного пристрою, яка починається із дорощення газовідвідної свердловини 1. Для цього перекривають вентиль 16 і до кришки 7 дорощують спочатку короб-накопичувач 18, який має в порожнині перфорований патрубок 14, під'єднаний також до магістрального газопроводу 1 5. Потім порожнину короба 18 з'єднують з обсадної трубою 6, всередину якої встановлений газохід 2, який в одному із варіантів виконання сполучений з патрубком 9. Висоту обсадної труби 6 вибирають із розрахунку висоти складування відходів, які поступатимуть на ПТПВ. В позатрубний простір між газоходом 2 та внутрішніми стінками обсадної труби 5 засипають крупнокусковий матеріал, який створює пористий колектор, відгороджуючи газовідбірну свердловину від контакту з відходами, що сприяє кращому виходу газів з масиву 13. В одному із варіантів виконання свердловини пористу засипку використовують для грубої очистки звалищного газу. Далі повторюють операції спорудження свердловини на першому етапі та здійснюють дегазацію товщі 12 та 13 відходів, як описано вище. Таким чином, пропоноване технічне рішення підвищує ефективність роботи свердловинного пристрою за рахунок оперативного переміщення дегазаційної системи на вищий рівень складування відходів, що зменшує витрати на проведення дегазації масиву полігону твердих побутових відходів. Техніко-економічні переваги технічного рішення полягають в тому, що застосування пропонованого свердловинного пристрою дозволить ефективно за рахунок більш високої продуктивності та здешевлення проведення операцій переміщення газозбірного колектора на вищий рівень складування відходів в міру їх відсипки. Отже, використання свердловинного пристрою дозволить ефективно провести дегазацію ПТПВ та забезпечує виконання поставленої технічної задачі. Література: 1. А.с. 1652618 СССР, МКИ4 E21F7/00. Устройство для дегазации отвального массива.- Опубл. 30.05.91. Бюл. №20. 2. Деклараційний патент України № 47777, 6 E21F7/00. Пристрій для обробки масиву сміттєзвалища. - Опубл. 15.07.2002. Бюл.№7. 3. Demande de brevet d'invention, Rep.Francaise, № de publ.2600371, 24 decembre 1987. Int. Сl4 Е21ВЗЗ/03, 34/02, 43/12. Denis Morizot / Tete de puits a debit reglable pour exploitation de biogaz - ПРОТОТИП.