Спосіб отримання теплової енергії при підземній газифікації вугілля

Реферат: Спосіб отримання теплової енергії при підземній газифікації вугілля. Здійснюють буріння свердловин для подачі дуття і відведення газу. Між ними в затопленій шахті з денної поверхні здійснюють буріння додаткових свердловин під водоносний горизонт над реакційною зоною газифікації. Спалюють вугілля у реакційній зоні, передають споживачу продуктивний газ. В процесі спалювання вугілля формують підземні води як теплоносій, з подальшою його відкачкою через додаткові свердловини і передачею споживачеві. Забезпечується можливість відбору тепла, що потрапляє у вміщуючі породи в умовах затопленої шахти, і за рахунок цього підвищення продуктивності підземного спалювання вугілля й поліпшення екологічного стану у зоні впливу реакційної зони газифікації. UA 109342 C2 (12) UA 109342 C2 UA 109342 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої справи і може бути використаний у межах затопленого шахтного поля при розробці вугільних пластів способом підземного спалювання з метою отримання теплової енергії і горючого газу. Відомий спосіб одержання теплової енергії шляхом підземної газифікації вугілля (ПГВ) включає буріння на вугільний пласт двох свердловин, однієї - для подачі дуття, іншої - для відбору продуктивного газу. Для взаємодії вугілля з дуттям у пласті між пробуреними свердловинами створюється реакційний канал, при утворенні якого застосовують фільтраційну, гідророзривну, електричну і бурову збійку [Теория и практика термохимической технологии добычи и переработки угля: Монография/ под. ред. О.В. Колоколова. - Днепропетровск: НГА Украины, 2000. - 281 с.]. Після цього вугілля підпалюють, і до каналу через нагнітальну свердловину подають хімічні реагенти (повітря, кисень або водяний пар). Утворений у результаті горіння продуктивній газ по свердловині виводиться на поверхню і через трубопровід потрапляє в установки для охолодження і очищення. Недоліком відомого способу ПГВ є значні втрати теплової енергії, отриманої в результаті горіння, у вміщуючих породах. Найбільш близьким до передбачуваного винаходу по технічній суті і результату, який досягається, є спосіб ПГВ [Патент України на винахід № 68703 A, C10J 3/00, Е21В 43/24. Спосіб одержання теплової енергії. // Бюл. Пром. власн. - 2004 - № 8. Опуб. 15.08.2004], у якому безпосереднє розташування теплообмінників біля реакційних каналів з відводом на поверхню, по-перше гарячих парів, які одержані від теплообмінників, а по-друге пальних газів із вогневого вибою забезпечує потужність процесу ПГВ. Недоліком цього технічного рішення є значні втрати теплової енергії, що утворюється при спалюванні вугільних пластів. Крім того, розташування теплообмінників біля підземного генератора вимагає виконання великого обсягу підготовчих гірничих робіт, що ускладняє процес отримання теплової енергії. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу отримання теплової енергії при ПГВ, в якому шляхом введення нових технологічних операцій забезпечується можливість відбору тепла, що потрапляє у вміщуючи породи в умовах затопленої шахти, і за рахунок цього підвищення продуктивності підземного спалювання вугілля й поліпшення екологічного стану у зоні впливу реакційної зони газифікації. Поставлена задача вирішується тим, що відомий спосіб отримання теплової енергії при підземній газифікації вугілля, який включає буріння свердловин для подачі дуття і відведення газу, спалювання вугілля у реакційній зоні, передачу споживачу продуктивного газу, згідно з винаходом, попередньо в затопленій шахті між створеними свердловинами з денної поверхні здійснюють буріння додаткових свердловин під водоносний горизонт над реакційною зоною газифікації, в якому в процесі спалювання вугілля формують підземні води як теплоносій, з подальшою його відкачкою через додаткові свердловини і передачею споживачеві. На кресленні наведено технологічну схему, що пояснює суть запропонованого способу одержання теплової енергії при ПГВ, де: Q1, Q2, - відповідно дебіти газу і теплоносіїв; 1 вугільний пласт; 2 - породи покрівлі; 3 - водоносний горизонт; 4, 5 - рівень підземних вод і воронка депресії відповідно; 6, 7 - відповідно свердловини для дуття та відводу газу; 8 додаткові свердловини для відбору теплоносія; 9 - рух повітря; 10 - реакційна зона газифікації; 11 - витоки газу; 12 - блок водогазоочистки; 13 - споживач тепла. Спосіб реалізують так. До геотехнологічної розробки долучають переважно вугільні пласти (1), що залягають у межах затопленого шахтного поля. На вугільний пласт (1) бурять свердловини для дуття (6) та газовідводу (7) на відстані 30-40 м одна від одної, вибій яких сполучають між собою фільтраційною збійкою. Також попередньо здійснюють буріння додаткових свердловин (8) з денної поверхні під водоносний горизонт над реакційною зоною газифікації. Потім на вибої дуттьової свердловини формують зону розігріву, після чого до неї подається повітря (9). В цей час відбувається спалювання ділянки вугільного пласта між двома свердловинами, а газ, що виробляється в результаті горіння (Q 1), через відвідну свердловину (7) подають на денну поверхню до блока газоочистки (12), а потім споживачам (13). У його горючих компонентах акумульована частина теплової енергії, яка утворюється в реакційній зоні (10). Інша частина тепла разом з витоками газу (11) через породи покрівлі (2) потрапляє у розташованій над реакційною зоною газифікації (10) водоносній горизонт (3) і формує підземні води як теплоносій. Температура теплоносія, як відомо, залежить від темпу спалювання і гідродинамічних умов. Відбір теплоносія (Q 2) з водоносного горизонту (3) на денну поверхню споживачам (13) відбувається через попередньо пробурену додаткові свердловини (8) як в процесі спалювання вугілля, так і після його завершення. При цьому у водоносному горизонті (3) знижується рівень підземних вод (4) та виникає воронка депресії (5), яка сприяє 1 UA 109342 C2 5 10 15 безперервному відбору теплоносіїв та запобігає міграції продуктів згорання, чим суттєво поліпшує екологічний стан у зоні впливу реакційної зони газифікації (10). Причинно-наслідковий зв'язок між ознаками, що відрізняють та характеризують винахід, і технічним результатом, який буде досягнуто, полягає в тому, що відкачка теплоносіїв з водоносного горизонту дає можливість: - істотно підвищити ефективність ПГВ шляхом використання теплової енергії, що утворюється при горінні вугілля та трансформується у водоносному горизонті; - локалізувати розвиток воронки депресії і міграцію продуктів згорання у водоносних горизонтах, розташованих у зоні дії реакційної зони газифікації; - збільшити рентабельність процесу спалювання вугілля за рахунок використання вуглеводневих накопичень, які містяться в підземних водах і придатні для виробництва цінних хімічних продуктів. Техніко-економічними перевагами запропонованого способу є підвищення ефективності процесу ПГВ за рахунок додаткового отримання теплоносіїв, які формуються з підземних вод, зосереджених у водоносному горизонті, розташованому над реакційною зоною і придатними для опалювання шахти і навколишніх населених пунктів, а також локалізації міграції продуктів згорання. Отже запропонований спосіб є економічно та екологічно доцільним, оскільки направлений на енерго- та ресурсозбереження і дозволяє ввести в розробку залишкові запаси вугілля затоплених шахт. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 Спосіб отримання теплової енергії при підземній газифікації вугілля, що включає буріння свердловин для подачі дуття і відведення газу, спалювання вугілля у реакційній зоні, передачу споживачу продуктивного газу, який відрізняється тим, що попередньо в затопленій шахті між створеними свердловинами з денної поверхні здійснюють буріння додаткових свердловин під водоносний горизонт над реакційною зоною газифікації, в якому в процесі спалювання вугілля формують підземні води як теплоносій, з подальшою його відкачкою через додаткові свердловини і передачею споживачеві. Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2