Спосіб одночасної енергокомплексної розробки некондиційних вугільних масивів

1 Спосіб одночасної енергокомплексної розробки некондиційних вугільних масивів, при якому ведуть свердловинну геотехнологічну розробку підземного вугільного блока, що залишився після шахтного видобутку вугілля та виходить на гірничу виробку відпрацьованої шахти, та вугільного відвалу, а саме газифікацію та/або спалювання вугільних масивів та отримання горючих та/або гарячих газів, утилізацію газів на поверхні, а також генерацію та утилізацію тепла вигазованого простору, який відрізняється тим, що одночасно з газифікацією вугільного блока та вугільного відвалу до процесу підземної свердловинної газифікації долучають переважно некондиційний вугільний пласт, після газифікації вугільних відвалів, блока та пласта, процеси генерації газів та їх утилізації, а також процес утилізації тепла вигазованого простору проводять одночасно принаймні в одному з вугільних масивів, чергуючи процеси помасивно 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що на поверхні землі в МІСЦІ розміщення масивів створюють комплекс вуглеенергетичних підприємств, які технологічно поєднують одне з одним та формують спільний для підприємств блок утилізації газів і тепла з виробництва, наприклад, електроенергії Заявляється винахід, який стосується вуглевидобувної галузі промисловості і може бути використаний при одночасній геотехнологічній розробці за допомогою свердловин, пробурених з поверхні землі, вугільного відвалу, підземних вугільних блоків, що залишилися після шахтного видобутку вугілля, крім того, некондиційних вугільних пластів при їх підземній газифікації з отриманням енергоносіїв Відомими Є способи розробки вугільного відвалу, в масив якого бурять свердловини, при допомозі яких ведуть процес спалювання (або газифікації) вуглистих порід, утилізацію ВІДХОДІВ нафтопереробки всередині масиву та утилізацію тепла вигазованого простору з отриманням горючих газів [1, 2] Недоліком відомих способів є те, що способи не передбачають розробку підземних вугільних блоків, що залишилися після шахтного видобутку вугілля Відомими Є також способи розробки вугільних блоків, які включають їх підземну газифікацію з використанням гірничих виробок та пробурених з поверхні землі свердловин, подачу в одні сверд ловини повітря для газифікації масиву та ВІДВІД горючих газів через ІНШІ свердловини з наступною їх утилізацією на поверхні [3, 4] Недоліком відомих способів є те, що способи не передбачають розробку вугільних відвалів, що залишилися після шахтного видобутку вугілля Найближчим за технічною суттю до способу, що заявляється, є відомий спосіб одночасної енергокомплексної розробки некондиційних вугільних масивів (спосіб підземної газифікації суміжних вугільних блоків разом з закладкою в гірничі виробки порід з вугільних відвалів), який обрано за прототип [5] та має наступні ознаки, що СПІЛЬНІ З ознаками пропонованого технічного рішення, а саме - проведення геотехнологічної розробки за допомогою свердловин, пробурених з поверхні землі, підземних суміжних вугільних блоків, що виходять на гірничу виробку відпрацьованої шахти та які залишилися після шахтного видобутку вугілля, - проведення геотехнологічної розробки вмісту вугільного відвалу при допомозі свердловин, - проведення процесу одночасної газифікації вугільних масивів (відвалу і залишкових вугільних блоків), о 00 ю 58070 - отримання при газифікації горючих та/або гарячих газів, - утилізація газів на поверхні, - генерація та утилізація тепла вигазованого підземного простору Даний спосіб є більш ефективним, ніж ВІДОМІ способи [1, 2, 3, 4], оскільки до одночасної геотехнологічної розробки разом з підземними вугільними блоками залучені вуглисті породи відвалу, але недоліком способу, що обраний за прототип [5], є низька енергопродуктивність, внаслідок того, що в даному способі не передбачають геотехнологічної розробки некондиційних вугільних пластів, що залишилися після шахтного видобутку вугілля В основу винаходу поставлено задачу підвищити енергопродуктивність способу одночасної енергокомплексної розробки некондиційних вугільних масивів, а саме вугільного відвалу, підземних вугільних блоків та некондиційних пластів, що залишилися після шахтного видобутку вугілля Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі [5], при якому проводять свердловинну геотехнологічну розробку підземного вугільного блоку, що залишився після шахтного видобутку вугілля та виходить на гірничу виробку відпрацьованої шахти, та вугільного відвалу, а саме газифікацію та/або спалювання вугільних масивів та отримання при газифікації горючих та/або гарячих газів, утилізацію газів на поверхні, а також генерацію та утилізацію тепла вигазованого простору, в новому технічному рішенні одночасно з газифікацією вугільного блоку та вугільного відвалу до процесу підземної свердловинної газифікації долучають переважно некондиційний вугільний пласт, після газифікації вугільних відвалу, блоку та пласта процеси генерації газів та їх утилізації, а також процес утилізації тепла проводять одночасно по меншій мірі в одному з вугільних масивів, чергуючи процеси помасивно Крім того, за новим технічним рішенням на поверхні землі в МІСЦІ розміщення масивів створюють комплекс вуглеенергетичних підприємств, які технологічно поєднують одне з одним та формують спільний для підприємств блок утилізації газів і тепла для виробництва, наприклад, електроенергії В джерелах патентної і науково-технічної інформації не виявлено нові признаки способу, що заявляється, а саме - одночасно з газифікацією вугільного відвалу та вугільного блоку до процесу підземної свердловинної газифікації долучають переважно некондиційний вугільний пласт, - після газифікації вугільних відвалу, блоку та пласта процеси генерації газів та їх утилізації проводять одночасно по меншій мірі в одному з вугільних масивів, чередуючи процеси помасивно, - після газифікації вугільних відвалу, блоку та пласта процес утилізації тепла вигазованого простору проводять одночасно по меншій мірі в одному з вугільних масивів, чередуючи цей процес помасивно з іншими відомими та вищеназваними процесами, - крім того, на поверхні землі, в МІСЦІ розміщення вугільних масивів, створюють комлекс вуглеенергетичних підприємств, які технологічно по єднують одне з одним та формують спільний для підприємств блок утилізації газів і тепла для виробництва, наприклад, електроенергії Отже, можна стверджувати, що спосіб одночасної енергокомплексної розробки некондиційних вугільних масивів, що заявляється, відповідає критерію "новизна" Крім того, відрізняючі ознаки пропонованого способу, що надають йому нових властивостей, а саме високу енергопродуктивність одночасної енергокомплексної розробки некондиційних вугільних масивів, - відповідають критерію "суттєві відзнаки" Таким чином, пропоновані ознаки нового способу та ПОСЛІДОВНІСТЬ їх здійснення є характерними та суттєвими для його реалізації Техніко-економічними перевагами нового способу є те, що при його використанні отримують неперервно енергоносії з максимальнооптитмальними енергетичними характеристиками за рахунок помасивного регулювання процесами Крім того, для народно-господарських потреб будуть ефективно введені в розробку некондиційні вугільні масиви, що залишилися після шахтного видобутку вугілля та отримано енергію Спосіб пояснюється кресленням на фіг - схема виконання пропонованого способу для одночасної розробки некондиційних вугільних масивів На фіг зображено вугільний відвал 1, покритий теплотривким шаром ізоляції 2 з вікнами 3, в масив якого пробурена робоча 4 свердловина для подачі реагентів, наприклад, повітря для підтримання та переміщення зони горіння 5 та відвідна 6 свердловина для подачі через вакуум-помпу 7 цільових продуктів геотехнологічної розробки вугільного відвалу в наземний блок 8 утилізації При свердловинній розробці підземних суміжних вугільних блоків 9 в гірничу виробку закладено вуглисті відвальні породи 10, а на блоки 9 з поверхні землі пробурена свердловина 11 для подачі реагентів та продуктивна 12 свердловина для відводу енергоносіїв за допомогою вентиляційного димососа 13 в наземний утилізаційний блок 8 Для підземної газифікації некондиційного вугільного пласту 14 на нього бурять свердловину 15 для подачі за допомогою компресора 16 реагента в зону горіння або у вигазований простір 17, а також - експлуатаційну 18 свердловину для відводу енергоносіїв в блок 8 на утилізацію Спосіб реалізують наступним чином На шахтному полі, експлуатацію якого припинили внаслідок нерентабельністі видобутку вугілля традиційним шахтним методом, визначають вугільні масиви відвал 1 (наприклад, терикон) вуглистих порід, підземні суміжні вугільні блоки 9, що виходять на гірничу виробку відпрацьованої шахти, та некондиційні малопотужні (менше 0,5 м), глибокозалягаючі (наприклад, більше 1000м) вугільні пласти 14, придатні до свердловинної геотехнологічної розробки з поверхні землі На шахтному полі, в МІСЦІ розміщення вугільних масивів 1, 9, 14, створюють комплекс вуглеенергетичних підприємств, які технологічно поєднують одне з одним та формують спільний для підприємств блок 8 утилізації газів і тепла для виробництва, наприклад, електроенергії 58070 На І етапі геотехнологічної розробки ведуть сердловинну газифікацію (або спалювання) масивів 1, 9, 14 Для цього на вугільний відвал 1 бурять робочу 4 свердловину для подачі повітря, а також відвідну 6 свердловину для відводу із неї через вакуум-помпу 7 цільових продуктів газифікації Покривають відвал 1 теплотривким шаром ізоляції 2 з вікнами 3, в масив якого 7 через свердловини 4, 6 вводять відходи нафтопереробної промисловості В робочу 4 свердловину встановлюють свердловинний запальний пристрій [6] за допомогою якого всередині масиву 1 та в верхній його частині утворюють зону горіння 5 з температурою 700К-900К Вакуум-помпою 7 створюють депресію для введення в масив 1 окислювача, наприклад повітря Технологічні свердловини 4, 6 розміщують по всій поверхні вуглистого відвалу, регулюванням роботи яких досягають переміщення зони горіння 5 зверху вниз до основи масиву 1 ВІДВІД газу, отриманого при газифікації, проводять із свердловин 6, що розміщені близько рухомої зони горіння 5 Свердловини, що розміщені значно нижче від зони горіння 5 перекривають та вводять їх в експлуатацію при наближенні до них зони 5 горіння У випадку, коли цільовим продуктом на цій стадії робіт є тільки пара, в відвальному масиві 1 проводять, переважно, процес повного спалювання вуглистих порід до СОг з отриманням високотемпературного газу Процес спалювання за своїм технологічним оформленням є простішим за процес газифікації з отримання горючого газу (наприклад, з вмістом СО та Нг), оскільки перший не потребує створення спеціальних зон газифікації та ВІДПОВІДНОГО підводу окислювача Тому при спалюванні вуглистих порід масиву 1 для підводу повітря використовують вікна 3, утворені при покритті вугільного відвалу теплотривким шаром ізоляції 2, та через які засмоктують повітря Крім того, при вигазовуванні вуглистих порід відвалу отримують максимальний екзотермічний ефект реакції С+О2=СО2, тобто оптимальну теплоту газів для генерації пари в наземному блоці 8 утилізації, який з'єднаний трубопроводами з дегазційною системою масиву 1 Спалювання продовжують до температури газів 320К-340К, що дозволяє ефективно використовувати вторинний теплоносій для утилізації При цьому вигазований простір відвалу також має найбільш сприятливі температурні умови для наступного проведення інших відомих процесів, наприклад, при повторному введенні в масив 1 ВІДХОДІВ нафтопереробки з отриманням висококалорійних продуктів їх розкладу або при введенні в високотемпературний вигазований простір масиву 1 води, водовупльного шламу або забрудненої стічної чи шахтної води для виробництва всередині відвалу пари Таким чином, багатократне чередування вищеназваних процесів в масиві 1 відвалу продовжує термін роботи та енергопродуктивність експлуатації відвалу Одночасно на цій же стадії робіт (етап І) долучають до геотехнологічної розробки підземні вугільні блоки 9 При свердловинній розробці суміжних вугільних блоків 9 в гірничу виробку відпрацьованої шахти закладають вуглисті відвальні породи 10, наприклад, терикону, який не під лягає свердловинній розробці, а на блоки 9 з поверхні землі бурять свердловину 11 (сітку свердловин) для подачі реагентів та продуктивну 12 свердловину (сітку свердловин) для відводу енергоносіїв за допомогою вентиляційного димососа 13 в наземний утилізаційний блок 8 В цьому випадку процес газифікації/спалювання ведуть, в основному, так само як і процес вогневої розробки вугільного відвалу Використовують також ІНШІ ВІДОМІ способи геотехнологічної розробки суміжних вугільних блоків, наприклад, коли у підземний вироблений простір не закладають вуглисті породи терикону, тоді змінюють тільки систему розпалу масиву, проводячи розпал вугільних блоків 9 при допомозі "підземних пічок", облаштованими у виробках, а процес ведуть як описано вище Одночасно на цій же стадії робіт (етап І) долучають до геотехнологічної розробки переважно некондиційні малопотужні (наприклад, менше 0,5м) та/або глибокозалягаючі (наприклад, більше 1000м) вугільні пласти 14, придатні до свердловинної геотехнологічної розробки з поверхні землі методом їх підземної газифікації або спалювання Для підземної газифікації некондиційного вугільного пласта 14 на нього бурять свердловину 15 для подачі за допомогою компресора 16 реагенту в зону горіння або у вигазований простір 17, а також - експлуатаційну 18 свердловину для відводу енергоносіїв на спільний з процесами розробки вугільних відвалів 1 та підземних вугільних блоків 9 поверхневий утилізаційний блок 8 Найбільш оптимальним варіантом виробництва, наприклад, горючого газу, є підземна газифікація вугільного пласта 14 з отриманням метану [7], при якому на вибій свердловини 15 спускають свердловинний пдромонітор [8] для проведення орієнтованого пдророзиву пласта 14 для сполучення (проведення збійки) свердловини 15 з експлуатаційною 18 Свердловинний пдромонітор має гнучкий робочий орган-зонд, який просувають орієнтовано по пласту 14, після чого в утворені канали під високим тиском нагнітають воду, виконуючи пдророзрив, канали якого закріплюють піском Потім свердловинним пристроєм [6], або іншим відомим способом, формують зону горіння 17 з температурою 700К-1500К на вибої свердловини 18, компресором 16 подають в зону горіння окислювач воду або водяну пару, отриману при спалюванні порід вугільного масиву 1 та ведуть процес підземної газифікації при високій температурі та тиску з утворенням метану за реакцією 2С+2Н2О=СН4=СО2 Робочий цикл виробництва метану закінчують, коли продуктивність свердловини по метану починає падати Для отримання 1000м3 метану витрачають при такому способі [7] близько 1,5т води При цьому газифікують близько 1,0т пластового 14 некондиційного вугілля Вироблений енергетичний газ подають також в наземний блок 8 на утилізацію для виробництва, наприклад, електроенергії Крім того, способом підземної газифікації вугільного пласта 14 передбачається отримання парогазової суміші безпосередньо на вибої експлуатаційної 18 свердловини, коли на вибої свердловини 18 назустріч високотемпературному газовому потоку вприскують воду з метою закалки продуктів реакції та/або попередження 58070 перегріву колони труб Тоді парогазову суміш подають в теплообмінник та сепаратор в блоці 8, де утилізують фізичне тепло та розділяють продукти синтезу На II етапі геотехнологічної розробки вугільних масивів 1, 9, 14 визначають масиви, в яких падає енергопродуктивніть по виробництву газу чи пари та переводять їх на інший режим експлуатації Наприклад, припиняють процес вигазовування вугільного відвалу 1 та процес спалювання підземного вугільного блоку 9, продовжуючи при цьому процес підземної метанізаци вугільного пласта 14 На цьому етапі робіт у вугільний відвал I в гарячий вигазовании простір повторно закачують через робочу 4 свердловину відходи нафтопереробки Ця стадію використовують для виробництва легких фракцій вуглеводнів, які отримують при термічному розкладі (крекінгу) ВІДХОДІВ нафтопереробки в вугільному відвалі [2] Одночасно з отриманням висококалорійних газів в масиві 1 накопичуються тяжкі залишки розкладу нафтопродуктів, що збагачують відвал 1 перед наступним процесом спалювання пород масиву 1 Отриманий висококалорійний газовий продукт через відвідну 6 свердловину подають в утилізаційний блок 8 Вищеописану стадію контролюють за цільовими продуктами, а також за температурою та тиском у відвалі, яку визначають при допомозі спеціальних свердловин, в яких облаштовані ВІДПОВІДНІ давачі Одночасно з розробкою масиву 1 на етапі II проводять утилізацію тепла частково вигазованого високотемпературного простору 17 підземних вугільних блоків 9 Для цього через свердловину I I подають водовупльний шлам та ведуть процес [9] при низьких тисках та високих температурах з виробництвом висококалорійного "водяного газу" за ендотермічною реакцією С+НгО^Нг+СО Газову суміш за допомогою вентиляційного димососа 13 через продуктивну 12 свердловину відводять також на утилізаційний блок 8 Інтенсивне випаровування вологи шламу та виділення продуктів термічного розкладу вугілля веде до поступового зменшення температури масиву 9 При цьому закачку шламу в пустоти вигазованого простору 17 проводять до зменшення процесу пароутворення або із врахуванням встановлення оптимальних температурних умов для проведення наступного процесу розробки вугільних блоків 9 Процес підземної газифікації вугільного пласта 14 на етапі II проводять з виробництвом метану так само, як і на етапі І Таким чином, на етапі II також отримують оптимально висококалорійні енергоносії, які утилізують в наземному блоці 9 для отримання електроенергії На III етапі геотехнологічної розробки масивів 1, 9, 14 вугільний відвал 1, який збагачений на етапі II коксовим залишком від процесу крекінгу нафтопродуктів, вводять повторно в процес вигазовування, повторюючи технологічні операції етапу І, при якому отримують пару, що утилізують в блоці 8, а підземні вугільні блоки 9 переводять в режим вигазовування (процес описаний в етапі І) з отриманням гарячих газів, фізичне тепло яких утилізують так само в блоці 8 При цьому у вугільний пласт 14, температура якого підчас його метанізацм зменшилася, припиняють закачку води, як реа 8 генту, і через компресор 16 в пласт через свердловину 15 нагнітають повітря для утворення зони горіння 17 для наступного процесу метанізацм вугілля або для проведення процесу підземного крекінгу ВІДХОДІВ нафтопродуктів Отже, на етапі III, максимально використовуючи температурні умови масивів 1,9,14 отримують безперервно енергоносії з оптимальними параметрами На наступному етапі IV свердловинної розробки вугільних масивів, враховуючи їх температурні умови, що виникли на кінець етапу III, та виходячи з умови отримання оптимального енергоносія в блоці 8, приступають до процесу пароутворення вугільного відвалу , при якому всередину масиву 1 через робочу 4 свердловину у вигазовании простір 5 закачують воду, водовупльний шлам чи забруднені води, генеруючи в високотемпературній зоні пару та водяний газ, які подають через газовідвідну 6 свердловину в утилізаційний блок 8 На цьому етапі робіт процес вигазованного вугільного блоку 9 на попередньому етапі, що має максимальну температуру в масиві, чергують з процесом термічної переробки в масиві 9 ВІДХОДІВ нафтопереробки та отримують продукти їх термічного розкладу, які утилізують в наземному блоці 8 На етапі IV у вугільному пласті 14, що має в результаті закачки повітря максимальну після етапу III температуру масиву, повторно проводять процес його метанізацм, закачуючи через свердловину 15 реагент та отримуючи цільовий продукт, як описано вище Таким чином, помасивне чергування процесів генерації газів та їх утилізації, а також процесу утилізації тепла вигазованого простору вказаних вугільних масивів та проведення одночасно по меншій мірі в одному з вугільних масивів вищеназваних процесів дозволяє отримувати оптимальний енергоносій, що підвищує рентабельність процесу Отже, техніко-економічними перевагами нового способу є те, що при його використанні неперервно отримують енергоносії з максимальнооптитмальними енергетичними характеристиками за рахунок помасивного регулювання процесами Крім того, для народно-господарських потреб будуть ефективно введені в розробку некондиційні вугільні масиви, що залишилися після шахтного видобутку вугілля, та отримано енергію Таким чином, одночасної енергокомплексної розробки некондиційних вугільних масивів забезпечує виконання поставленої технічної задачі ЛІТЕРАТУРА 1 Авт свид СССР №1270166, М кл C10J5/00 -Опубл 15 11 86 Бюл №42 2 Авт свид СССР №1342914, кл C10J5/00 Опубл 07 10 87, Бюл №37 3 Авт свид СССР №385992, М кл С10В49/02 - Опубл 14 06 73, Бюл №26 4 Авт свид СССР №1346795, кл Е21С43/00, C10J5/00 - Опубл 23 10 87 , Бюл №39 5 Авт свид СССР №1501611, кл Е21С43/00, C10J5/00, 1989-ДСП - Способ огневой отработки смежных угольных целиков - ПРОТОТИП 6 Авт свид СССР №1627679, клЕ 21В43/25Опубл 15 0291, Бюл №6 7 Авт свид СССР №1481409, кл Е21С43/00, C10J5/00 - Опубл 23 05 89, Бюл №19 9 58070 8 Степанчиков А Е , Гвоздевич О В , Баширов В В и др Скважинные гидроструйные аппараты для интенсификации процесса нефтеизвлечения 10 М ВНИИОЭНГ, 1990 9 Авт свид СССР №1388560, кл Е21С43/00, C10J 5/00 - Опубл 15 04 88, Бюл №14 ФІГ. Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна