Спосіб вибору вугленосної площі, придатної до підземної газифікації

Спосіб вибору вугленосної площі, придатної до підземної газифікації, при якому проводять вивчення геологічної будови ділянок, відбір проб, визначення якості вугілля і ЛІТОЛОГІЧНОГО складу вмісних порід, у тому числі бурінням, геофізичними і геохімічними методами з побудовою карт зольнос ті вугілля та речовинного складу вмісних порід, який відрізняється тим, що з проб готують вупльно-породні суміші із вмістом від 0 до 60% теригенних, карбонатних та інших домішок, які адекватні покрівельній товщі за петрохімічними особливостями та відповідають ступеню обвалювання порід в осередок горіння на різних стадіях газифікації, потім моделюють на поверхні процес газифікації вугілля, визначаючи технологічні параметри термічної переробки вугілля більше ніж для двох сумішей по кожній точці площі, після чого визначають контури ділянок, в межах яких прогнозуються оптимальні параметри газу, згідно з моделюванням, а площі, найбільш придатні для газифікації, вибирають шляхом порівняння прогнозних показників Винахід відноситься до гірничої справи і може бути використаний при геотехнологічній розробці корисних копалин, наприклад, методом підземної газифікації Відомим є спосіб вибору вугленосної площі для газифікації вугілля, при якому здійснюється вивчення будови і складу вугільних пластів та вміщуючої товщі бурінням і комплексом геолого-геофізичних, геохімічних та інших методів Придатність вугілля і вугленосної площі до газифікації визначають по сукупності сприятливих гірничогеологічних умов та показників якості вугілля за даними стандартизованого технічного і елементного аналізу [1, 2] Недоліком способу є те, що він визначає достатній комплекс досліджень вугілля ВІДПОВІДНО до його використання, у тому числі енергетичного, незалежно від місцезнаходження вугільних родовищ, але не вміщує порівняльних критеріїв придатності конкретних вугленосних площ для газифікації Існує також спосіб визначення придатності вугілля для газифікації, при якому здійснюють відбір проб вугілля і проводять його технічний аналіз з визначенням механічної МІЦНОСТІ, вмісту сірки, смоли, золи, виходу летких речовин, здатності до спікання та інших параметрів Вимоги до вугілля, придатного для газифікації, визначають згідно норм окремо для різних вугільних басейнів [З, с 40-42, табл 35-36] Однак, вказаний спосіб визначає стандарти в цілому для вугільних регіонів, а не конкретних площ, і є якісним Крім того, спосіб передбачає використання стандартизованих методик для вугілля і недостатньо точний, оскільки при цьому використовують набір параметрів, що достатні для обгрунтування процесу спалювання вугілля лише у наземних газогенераторах Тобто не враховують можливість попадання в зону підземного горіння значних об'ємів порід покрівлі та інших факторів при підземній газифікації вугілля Відомо також, що недоліком технології підземної газифікації вугілля є неможливість одержання інтегруючої кількісної залежності експлуатаційних параметрів від геологічних і гідрогеологічних умов (у тому числі характеристик вугілля і гірничогеологічних обстановок), які можуть протилежно впливати на хід газифікації Під час газифікації розміри і конфігурація реакційної підземної зони, ступінь тріщинуватості та обвалювання покривних порід і газопроникність робочих каналів змінюються, що впливає на вихід та якість синтез-газу [4, с 163-164] Найбільш близьким за змістом до пропонованого є спосіб оцінки впливу природних факторів на підземну газифікацію вугілля, при якому проводять вивчення геологічної будови ділянок, відбір проб, визначення якості вугілля і ЛІТОЛОГІЧНОГО складу вміщуючих порід, утому числі геофізичними і геохімічними методами з побудовою карт зольності 42214 вугілля та речовинного складу вміщуючих порід Такий спосіб включає також порівняння з теплотою згоряння газу, що одержаний на ділянках газогенераторів, і режимами дуття, визначення статистичних залежностей між геологічними та технологічними показниками і на їх основі обгрунтування оптимальних умов ведення газифікації [5] До недоліків способу відноситься низька достовірність визначення характеру і сили впливу окремих факторів на теплоту згоряння вугілля і вихід газу на основі матеріалів, які одержані з діючих підземних газогенераторів В реальних умовах експлуатаційні параметри (наприклад, розхід дуття і його склад) необхідно неодноразово корегувати для підтримування роботи газогенераторів в різних гірничо-геологічних умовах, що змінюються Так, в експериментах на ПІДМОСКОВНІЙ та Лисичанській станціях "Підземгаз" [5, с 37-39, 76-81, 122] вдалося визначити межі оптимальності лише для впливу ПІДТОКІВ вод і товщин вугільного пласта та вологості газу Однак, це не є визначальним для планування ефективної роботи газогенераторів на певних ділянках, тому що необхідність попереднього осушування гірничих ВІДВОДІВ газогенераторів відома, як і кращий перебіг газифікації у більш потужних пластах вугілля [6] Таким чином, можливість закладання підземних газогенераторів на оптимальних площах обмежена через брак вихідних даних (початкові та граничні умови) про склад вугілля і вміщуючих порід на ділянках з різною геологічною будовою та вплив речовинного складу вугільно-породних сумішей на характеристики продуктів їх термічної переробки Недоліком способу є також використання показників якості саме вугілля з метою оцінки придатності до підземної газифікації Така методика є орієнтовною, тому що традиційно обґрунтовує можливість використання вугілля для ефективного спалювання тільки у наземних газогенераторах для одержання якісного напівкоксу, коксу, сировини для вуглехімічної переробки, тощо У той же час окремі показники, які позитивно оцінюють вугілля для використання у наземній вуглехімії, необ'єктивно характеризують його придатність до підземної газифікації Наприклад, ряд технологічних аналізів передбачає використання суміші вугілля з інертним наповнювачем (кварцовим піском) або збіднюючими домішками вугілля інших марок, КІЛЬКІСТЬ яких є фіксованою [7] В літературі [8, с 56] описують метод КІЛЬКІСНОГО визначення здатності вугілля до спікання шляхом встановлення КІЛЬКОСТІ піску, що спікається у суміші з 1 г подрібненого вугілля при нагріванні без доступу кисню Індекс Рога [9, с 143] визначають вимірами МІЦНОСТІ КОКСОВОГО залишку після швидкого нагрівання суміші з 5 г збіднюючої домішки антрациту і 1 г вугілля крупністю до 0,2 мм в умовах постійного тиску Тобто лабораторний технічний аналіз спрямований на уніфіковані умови проведення з метою одержання єдиної порівняльної основи для різних марок вугілля і окремих вугільних взірців різноманітного речовинного складу Оцінка якості коксу, вихід летких, температура плавлення золи, товщина пластичного шару, механічна МІЦНІСТЬ, ВМІСТ ВОЛОГИ І ІНШІ показники технічного аналізу спрямовані на визначення придатності використання вугілля у певних цілях, наприклад, у наземних газогенераторах Зрозуміло, що визначення придатності вугілля з певних площ до підземної газифікації існуючими методами технічного аналізу є недоліком через те, що порівняльні показники одержують для горючої маси вугілля без урахування можливого поступлення в зону газифікації мінеральних (породи) і органічних (вугільні прошарки і скупчення органічної речовини) домішок з покривної надвупльної товщі Для вугільно-породних сумішей реальний вихід летких сполук, теплота згорання, здатність до спікання, теплопровідність, теплота розкладу, зольність, вміст токсичних елементів та ІНШІ характеристики не відповідають результатам наземних стандартних аналізів якості вугілля Показано [2, с 85] необхідність введення поправки в аналізи при наявності у вугіллі значних ВМІСТІВ окремих сполук (карбонатів >6% і ш ) Вихід летких [2, с 89] залежить від мінеральних домішок, які під час розкладу виділяють воду (глинисті мінерали, гіпс), вуглекислий газ (карбонати), сірководень і оксиди сірки (пірит, марказит тощо) Стандарти з визначення зольності передбачають попередню демінералізацію вугілля, якщо вміст внутрішньої золи перевищує 10% Плавкість золи залежить від и складу Значні вмісти окремих оксидів можуть понижувати температуру плавлення золи (КгО, ЫагО, FeO, РегОз), ІНШІ є тугоплавкими (S1O2, АЬОз, СаО, МдО), але в певних співвідношеннях температура плавлення золи може бути нижчою за температури плавлення окремих компонентів [2, с 84, 10, с 102] Тобто, ускладнений мінералогічний склад залишкової золи з суміші вигорілого вугілля і обвалених порід не піддається термостехюметричному моделюванню і прогнозуванню Причиною недостатньої точності визначення придатності певних вугленосних ділянок для підземної газифікації стандартними методиками технічного аналізу вугілля є також те, що не враховується каталізаційна та шпбіторна дія мінеральних домішок, які поступають в зону газифікації у вигляді летких сполук з вміщуючих порід та зовнішньої техногенної "золи" з обвалених порід покрівлі Наприклад, каталізаторами газифікації служать ЛІТІЙ, натрій, калій, цезій, залізо, нікель, кобальт і ІНШІ елементи у різних формах знаходження, особливо карбонати лужних металів Інпбіторна роль в процесах окислення вугілля доведена для СаСЬ, NaCI, Ca(OH)2, Na 2 Si0 3 1 інших сполук [8, 10] Таким чином, обвалювання порід і поступлення летких речовин в канали газифікації з частковим механічним змішуванням з вугіллям, що газифікується, суттєво змінює хід процесу В певних пропорціях суміш може покращувати фільтраційні властивості каналів і збільшувати реакційну поверхню, але поступлення надлишку негорючої маси знижує теплоту згорання, роз'єднує мікроосередки горіння Це зменшує теплоту згорання та підсилює шлакоутворення, що підтверджено завірочним бурінням на Ангренській (Узбекістан) та інших станціях підземної газифікації Попереднє моделювання процесу газифікації вугільно-породних сумішей дозволяє одержати наближену до природних умов оцінку придатності вугленосних розрізів конкретних площ до підземної газифікації 42214 Ознаки прототипу, що співпадають з суттєвими ознаками винаходу, який пропонується - вивчення геологічної будови ділянок, відбір проб, визначення якості вугілля і ЛІТОЛОГІЧНОГО складу вміщуючих порід, у тому числі геофізичними і геохімічними методами з побудовою карт зольності вугілля та речовинного складу вміщуючих порід з метою порівняння ділянок, придатних до підземної газифікації В основу винаходу було поставлено задачу підвищити достовірність визначення ступеню придатності вугленосної площі до підземної газифікації Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення придатності вугільних площ до підземної газифікації, при якому проводять вивчення геологічної будови ділянок, відбір проб, визначення якості вугілля і ЛІТОЛОГІЧНОГО складу вміщуючих порід, в тому числі геофізичними і геохімічними методами з побудовою карт зольності вугілля та речовинного складу вміщуючих порід, згідно з винаходом, з проб готують вугільнопородні суміші із вмістом від 0 до 60% теригенних, карбонатних та інших домішок, які адекватні покрівельній товщі за петрохімічними особливостями та відповідають ступеню обвалювання порід в осередок горіння на різних стадіях газифікації, потім моделюють на поверхні процес газифікації вугілля, визначаючи технологічні параметри термічної переробки вугілля більше ніж для трьох сумішей по кожній точці площі, після чого визначають контури ділянок, в межах яких прогнозуються оптимальні параметри газу згідно з моделюванням, а площі найбільш придатні для газифікації вибирають шляхом порівняння прогнозних показників Причинно-наслідковий зв'язок між відрізняючими ознаками винаходу і технічним результатом полягає утому, що - важливим є приготування вугільно-породних сумішей, особливості яких тотожні петрохімм розрізів, при цьому суміш готують ВІДПОВІДНО до ступеню обвалювання покрівлі на різних етапах процесу газифікації шляхом змішування вугілля з негорючими матеріалами в КІЛЬКОСТІ ВІД 0 до 60%, - суттєвим є також те, що на поверхні моделюють процес газифікації, а ступінь придатності вугленосних площ для газифікації оцінюють за результатами моделювання шляхом порівняння характеристик Таким чином, вирішення завдання досягається тим, що параметри, які визначають ефективність термічної переробки вугілля, наближають до умов підземної газифікації на конкретних площах шляхом моделювання газифікації для набору вугільнопородних сумішей, які адекватні складу вугленосних розрізів, та виділяють площі з оптимальними для газифікації характеристиками В джерелах патентної і технічної інформації не виявлено нових ознак запропонованого способу вибору вугленосної площі, придатної до газифікації, а саме підбір проб вугільно-породних сумішей, що відповідають якості вугілля та складу перекриваючої товщі на конкретних площах Отже, спосіб, що пропонується, відповідає критерію "новизна" Крім цього, ознаки ВІДМІННОСТІ способу забезпечують йому нові якості, а саме підвищення достовірності визначення ступеню придатності вугленосної площі до підземної газифікації завдяки більшій передбачуваності процесу газифікації та його оптимізацм Це досягається врахуванням особливостей змін властивостей вугілля і покривних порід по площі на різних етапах процесу газифікації, що відповідає критерію "суттєві ВІДМІННОСТІ" Спосіб реалізують наступним чином В частинах вугленосного басейну, які виділяють для можливого проведення підземної газифікації, проводять вивчення геологічної будови, якості вугілля, ЛІТОЛОГІЧНОГО складу вміщуючих порід, у тому числі надвупльної товщі, з метою урахування особливостей петрографічного складу вугілля і зольного залишку, впливу летких продуктів та складу обвалених порід в межах майбутніх зон підсушування, сухої перегонки, відновлення та горіння у підземному газогенераторі Для площ, які діагностують, складають набір вугільно-породних сумішей з матеріалу, наприклад, кернів свердловин або із штуфних та інших проб, приміром, з ближніх шахт і кар'єрів, відібраних таким чином, щоб суміші мали петрохімічний склад, тотожний вугільним та покривним породам і достатньо враховували МІНЛИВІСТЬ складу по площі і глибині У вугільно-породних сумішах відношення горючої маси до вмісту теригенних, карбонатних та інших домішок складає від 100% (чисте беззольне вугілля) до 40% (1 частина вугілля, 1,5 частини порід покрівлі) Це відношення відповідає КІЛЬКОСТІ негорючого матеріалу, який може бути привнесений в реакційну зону підземного газогенератора, і забезпечує врахування ступеню обваленості покрівлі на різних етапах процесу газифікації КІЛЬКІСТЬ вугільно-породних сумішей для однієї точки площі (свердловини та ш) має складати більше 2, що забезпечує надійність інтерполяції даних про ефективність газифікації моделюючих сумішей для різного ступеню обваленості порід Достатню КІЛЬКІСТЬ точок випробування на площі визначають статистичними методами залежно від особливостей технологічних схем процесу газифікації та МІНЛИВОСТІ геологічних умов При моделюванні в наземних умовах визначають технічні показники ефективності термічної переробки вугільно-породних сумішей, що забезпечує наближення модельних умов до природних і більшу достовірність даних Процес моделювання проводять, наприклад, відомими лабораторними методами, які застосовують з метою оцінки придатності вугілля для одержання коксу і газогенераторного газу При наявності значної КІЛЬКОСТІ матеріалу з кар'єрів та шахт моделювання процесу газифікації сумішей здійснюють в наземних газогенераторах За результатами моделювання визначають контури ділянок, для яких одержано оптимальні параметри газифікації, наприклад, найбільша теплота згорання, вихід синтез-газу і повнота вигорання вугілля Після ЦЬОГО визначають площі найбільш придатні для газифікації шляхом порівняння прогнозних показників досліджуваних площ Пропонований спосіб вибору вугленосних площ для підземної газифікації застосовується на стадії проектування станцій підземної газифікації вугілля та їх експлуатації, при обгрунтуванні місць 42214 розташування нових підземних газогенераторів Такий спосіб може бути використаний також для обгрунтування вторинної термічної переробки ВІДХОДІВ вуглезбагачення та сміттєзвалищ Таким чином, ознаки ВІДМІННОСТІ пропонованого способу у сукупності з відомими способами суттєво вирізняють його від відомих технічних рішень і дають можливість підвищити як достовірність визначення ступеню придатності вугленосної площі до підземної газифікації, так і рентабельність термічної переробки горючих матеріалів та ефективність освоєння надр Джерела інформації 1 Кирюков В В Руководство по исследованию вещественного состава и свойств ископаемых углей Ч 1 -Ленинград ЛГИ, 1965 -107с 2 Гинзбург А И , Лапо А В , Летушова И А Рациональный комплекс петрофизических и химических методов исследования углей и горючих сланцев -Ленинград Недра, 1976 -168с 3 Требования промышленности к качеству минерального сырья Справочник для геологов Вып 66 Уголь - Москва Госгеолтехиздат, 1960 112с 4 Шиллинг Г-Д, Бонн Б, Краус У Газификация угля - М Недра, 1986 -175с 5 Силин-Бекчурин А И , Богородицкий К Ф , Кононов В И Роль подземных вод и других природных факторов в процессе подземной газификации углей (на примере Подмосковной и Лисичанской станций "Подземгаз") - Москва Изд-во АН СССР, 1960 -128 с - прототип 6 Подземная газификация угольных пластов / Е В Крейнин, Н А Федоров, К Н Звягинцев и др Москва Недра, 1982 -150с 7 Миронов К В Справочник геологаугольщика -Москва Недра, 1982 -363с 8 Химия и переработка угля / В Г Липович, ГА Калабин, И В Калечиц и др - Москва Химия, 1988 -336 с 9 Скляр М Г, Тютюнников Ю Б Химия твердых горючих ископаемых Лабораторный практикум -Киев Вища школа, 1985 -248 с 10 Нестеренко Л В , Бирюков Ю В , Лебедев В А Основы химии и физики горючих ископаемых -Киев Вища школа, 1987 -359 с ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку Обсяг с)бл -вид арк 2002 р Формат 60x84 1/8 Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вулі Горького, 180 (044) 268-25-22