Спосіб підземної газифікації твердого палива

1. Способ подземной газификации твердого топлива, включающий бурение вертикально-гори 21863 ществления оптимального режима газификации с учетом разнесения в пространстве процессов газификации и закладки выработанного пространства, при этом обеспечивают высокую прочность закладочного материала, повышенную устойчивость пород основной кровли, предотвращают или существенно снижают деформации земной поверхности, а также существенно повышают герметичность подземного газогенератора. Изобретение иллюстрируется схемами на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 изображен вертикальный разрез подземного газогенератора с закладочной скважиной, на фиг. 2 - разрез по А-А. На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: поверхность земли 1, вертикально-горизонтальные скважины 2, угольный пласт 3, закладочная скважина 4, закладочный трубопровод 5, иньектор 6, зона беспорядочного обрушения пород 7, огневой забой 8, непосредственная кровля пласта 9, основная кровля 10. Изобретение осуществляется следующим образом. Угольный пласт 3 вскрывают с поверхности земли 1 вертикально-горизонтальными скважинами 2. Эти скважины служат для организации процесса подземной газификации угля путем подачи по одной из них дутья (воздух, пар, кислород, углекислый газ) и отвода образовавшегося искусственного паргаза по другой. Горизонтальная часть этих скважин расположена в плоскости угольного пласта 3. Параллельно скважинам 2 бурят одну или несколько закладочных скважин 4. При этом горизонтальную часть закладочной скважины располагают выше угольного пласта 3 в пограничной зоне между непосредственной 9 и основной 10 кровлями. Эта скважина бурится в пределах отрабатываемого участка. В закладочной скважине располагают закладочный трубопровод 5, состоящий из отдельных секций (труб). На конце закладочного трубопровода располагают иньектор 6, который представляет собой толстостенную перфорированную трубу с диаметром отверстий не менее 5 мм. Диаметр отверстий иньектора определяется размером частиц иньекционного раствора и должен быть не менее трехкратного диаметра наиболее крупных частиц. Расстояние между кровлей угольного пласта 3 и стволом горизонтальной части закладочной скважины выбирают таким, чтобы этот ствол располагался в верхней части зоны беспорядочного обрушения пород 7. Проектная зона беспорядочного обрушения рассчитывается на основе известных методов расчета напряженно-деформированого состояния массива горных пород или устанавливается на основании практических данных. В процессе подземной газификации угля при подаче дутья по одной из скважин в огневом забое 8 образуется искусственный газ. При газификации каменных углей, получают горючий газ следующего состава: H2S – 0,02%; CO2 – 10,57%; Cm Hn – 0,2%; O2=0,2%; CO – 16,3%; H2 – 16,59%; CH4 – 3,31%; N2 – 52,87%. Горючими компонентами искусственного газа являются моноксид, углерода (СО), водород (Н2) и метан (СН4). Для контроля процесса закладки выработанного пространства устанавливают оптимальную концентрацию горючих компонентов, которая равна для СО - 16,0%; Н2 - 15,0% и СН4=3,0%. Состав газа на поверхности определяют специальными приборами-газоанализаторами. В случае отклонения концентрации горючих компонентов решается вопрос о продолжении или временном прекращении процесса закладки. В процессе газификации угольный пласт 8 выгорает. По мере подвигания огневого забоя на определенном расстоянии позади него образуется проектная зона обрушения 7 в результате деформаций пород непосредственной кровли 9. Одновременно с газификацией угольного пласта 3 и при достижении заданного состава горючих компонентов по закладочному трубопроводу 5, расположенному в закладочной скважине 4, подают иньекционный раствор в формируемую проектную зону беспорядочного обрушения пород 7. В случае, когда обрушенный массив представлен отдельными блоками значительных размеров с пустотами между ними, иньекционный раствор подается гравитационным способом и пропитывает куски породы под действием сил тяжести. При малом размере пустот иньекционный раствор подают под давлением 0,2-2,5 МПа. В случае, когда непосредственная кровля пласта представлена пластичными слоями малой мощности или при газификации маломощных пластов слои непосредственной кровли могут ложиться на почву пласта, не разрушаясь. При этом варианте иньекционный раствор подают в полость расслоения между основной и непосредственной кровли, для чего наиболее приемлемым способом является гравитационный способ подачи иньекционного раствора. При малых размерах полости расслоения или ее отсутствии иньекционный раствор подают под давлением до 3-4 МПа, что приведет к образованию или увеличению размеров этой полости. По мере заполнения зоны обрушенных пород иньекционным раствором происходит перемещение иньектора и закладочного трубопровода вдоль газогенератора. При этом закладочный трубопровод сокращается путем отсоединения его секций у устья скважины. Составы растворов, которые используют для иньекционной закладки, известны. Для этого применяют различные виды цементов. С целью экономии цемента и повышения связанности иньекционного раствора применяют золошлаковые отходы ТЭЦ и котельных, отходы флотационного обогащения углей, пески (естественный и молотый), молотый шлак, суглинки, глины, лессы. Для ускорения схватывания добавляют хлористый кальций, хлорное железо, алюминат натрия, хлористый алюминий, нитраты калия, кальция и натрия. В качестве пластифицирующих добавок применяют добавки из сульфитно-спиртовой бражки, сульфитно-дрожжевой бражки, нитролизованной древесный пек, абистат натрия, милонафт. Количество воды в иньекционном растворе принимают таким, что бы она вся израсходовалась на смачивание обрушенных пород и не попадала в зону газификации. 2 21863 В отдельных случаях в зону газификации к огневому забою может попасть иньекционный раствор, закаченный в проектную зону полного обрушения пород. В этом случае произойдет охлаждение процесса подземной газификации угля, влекущее за собой снижение концентрации горючих компонентов в газе ПГУ (СО, Н2, СН4) и рост баластного газа СО2. В связи с этим предусматривают быструю остановку процесса закладки. При стабилизации процесса подземной газификации и достижении заданной концентрации горючих компонентов закладка выработанного пространства опять возобновляется. Преимущества данного изобретения по сравнению с прототипом очевидны. Заполняя пустоты между обрушенными породами непосредственной кровли, иньекционный раствор после затвердения образует прочный закладочный массив, что значительно уменьшает опускание и деформации вышележащих слоев надугольной толщи и земной поверхности. Кроме этого, создание более прочного закладочного массива позволит предотвратить разгерметизацию подземного газогенератора, а также утечки газа в горный массив. За счет этого улучшается экологическая обстановка и повышается безопасность работ при подземной газификации твердого топлива. При этом обеспечивается оптимальный режим подземной газификации за счет осуществления раздельных процессов газификации и закладки выработанного пространства и на этой основе повышается эффективность газификации и достоверность управления технологическим процессом. Фиг. 1 Фиг. 2 3 21863 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4