Спосіб підземної газифікації пласта твердого палива

1. Спосіб підземної газифікації пласта твердого палива, що включає буріння свердловини, формування реакційної зони, запалювання пласта, подачу дуття, утворення вогневого вибою, газифікацію твердого палива, отримання штучного газу, рекуперацію готового продукту, закладку деформованих порід покрівлі та вигазованого простору, який відрізняється тим, що ведуть підготовку свердловини-газогенератора в межах пласта твердого палива, з бурінням по пласту горизонтальної свердловини з виробки на протилежну виробку, які C2 2 (11) 1 3 вибою, а після закінчення робіт в камері устя її надійно герметизують, причому в ізоляційній перемичці передбачають пристрій для дуття або газовідведення, а наступний випал ціликів ведуть почергово (RU 2311531, 27.11.2007). До недоліків відомого способу належать відсутність керованої індукційної камери розпалювання, відсутність точки подачі дуття на вогневий вибій та відсутність герметичності газовідводу, значні витрати на підготовку та експлуатацію газогенератора в шахтних умовах. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб підземної газифікації вугілля в цілику методом свердловингазогенераторів, що включає буріння свердловин по вугільному пласту між двома виробками, в якому з поверхні землі бурять свердловину, в якій розпалюють вугілля, та з одного боку свердловини подають дуття, а з іншого боку виконують газовідведення продуктів газифікації у виробку (И. П. Кириченко. Химические способы добычи полезных ископаемых. - М.: Издательство Академии наук СССР, 1958. - С. 47). Недоліками відомого способу є некерованість процесом газифікації, неможливість забезпечення стабільності автотермічності, індуктивності процесу вигазовування вугільного пласта, що веде до втрат вугілля і низької якості продуктів газифікації, значні втрати енергії розпалювання та втрати продуктів газифікації під час транспортування виробками. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу підземної газифікації пласта твердого палива, який включає підготовку свердловини-газогенератора в межах пласта твердого палива, бурінням по пласту горизонтальної свердловини з виробки на протилежну виробку, що прилягає до пласта, виконання монтажу перемички дуттьової камери на сполученні свердловинигазогенератора з виробкою та перемички газовідвідної камери на сполученні свердловинигазогенератора з виробкою на протилежному боці пласта, формування на сполученні дуттьової камери з свердловиною-газогенератором розпалювальної індукційної камери, виконання від газовідвідної камери газовідвідного трубопроводу до газозбірника, який зв'язаний з комплексом переробки продуктів газифікації, утворення реакційних зон свердловини-газогенератора з дуттьової камери шляхом подачі на вогневий вибій під тиском факельно направленого дуттьового струменя, що забезпечує можливість видобутку локальних запасів малопотужних пластів твердого палива на малих та середніх глибинах, цим забезпечується керованість процесом газифікації, зменшення втрат продуктів газифікації, стабільність автотермічності та індуктивності процесу вигазовування пласта, що зменшує втрати твердого палива та підвищує якість продуктів газифікації, зменшення втрат енергії розпалювання. Поставлена задача вирішується тим, що у способі підземної газифікації пласта твердого палива, що включає буріння свердловини, формування реакційної зони, запалювання пласта, подачу дуття, утворення вогневого вибою, газифікацію 96718 4 твердого палива, отримання штучного газу, рекуперацію готового продукту, згідно з винаходом передбачені такі відміни: ведуть підготовку свердловинигазогенератора в межах пласта твердого палива з бурінням по пласту горизонтальної свердловини з виробки на протилежну виробку, ці виробки прилягають до пласта; - виконують монтаж перемички дуттьової камери на сполученні свердловини-газогенератора з виробкою та перемички газовідвідної камери з виробкою на протилежному боці пласта; - на сполученні дуттьової камери з свердловиною-газогенератором формують розпалювальну індукційну камеру; - від газовідвідної камери монтують газовідвідний трубопровід до газозбірника; - газозбірник зв'язаний з комплексом переробки продуктів газифікації; - реакційні зони свердловини-газогенератора утворюють шляхом подачі з дуттьової камери під тиском факельно направленого дуттьового струменя на вогневий вибій; - у міру вигазовування твердого палива з пласта точка дуття посувається на вогневий вибій свердловини-газогенератора. Крім того, спосіб виконують в шахтах, які вичерпали термін експлуатації і мають в шахтному полі некондиційні локальні запаси твердого палива складної конфігурації в надробленому або підробленому просторі; факельно-направлений дуттьовий струмінь подають з направляючого гнучкого трубопроводу, оснащеного перфорованою конусною насадкою; спрямування продукту підземної газифікації свердловиною-газогенератором й газовідвідним трубопроводом до газозбірника та комплексу їх переробки для отримання тепла, електроенергії й газоподібних, рідких та твердих хімічних речовин виконується підсосом. Спосіб підземної газифікації пласта твердого палива виконують за наступною технологічною схемою: Фіг. 1 - схема шахтної свердловинигазогенератора з керованою точкою дуття до початку експлуатації; Фіг. 2 - вигазовування вугільного пласта з подачею дуття свердловиною-газогенератором на вогневий вибій; Фіг. 3 - вигазовування вугільного пласта з подачею дуття вигазованим простором на вогневий вибій; Фіг. 4 - гнучкий дуттьовий трубопровід з жаростійкою перфорованою насадкою; Фіг. 5 - жаростійка перфорована насадка, на якій показане направлення дуття з перфорації насадки. Технологічна схема складається з вугільного пласта 1, горизонтальної свердловинигазогенератора 2, що виконана уздовж вугільного пласта 1 на відстані 10 % потужності пласта 1 від його підошви 3, покрівлі 4 пласта 1, вигазованого простору 5 пласта 1, в свердловині-газогенераторі 2 встановлюють направляючий гнучкий дуттьовий трубопровід 6, який оснащений жаростійкою перфорованою насадкою 7, вогневого вибою 8 (реак 5 ційного каналу), виробки (хідник № 1) 9, яка знаходиться з одного боку пласта 1, між виробкою 9 та пластом 1 розташована дуттьова камера 10, в якій розміщені розпалювальний патрубок 11, дуттьовий герметизатор 12, перемички 13, що примикає до дуттьової камери 10, розпалювальної камери 14, яка складається з кліті (брус, колода) та заповнена рядовим або фракційним вугіллям, перемички 15 газовідвідної камери 16, яка примикає до виробки 17 (хідника № 2), газовідвідного трубопроводу 18, що проходить виробкою 17, трубопроводом 18 відходять генераторні гази до газозбірника (не показаний), а із газозбірника - до комплексу переробки продуктів газифікації, на трубопроводі 18 встановлений газовідвідний герметизатор 19, під трубопроводом 18 розміщений бак 20 для збору конденсату, у виробці 9 встановлений манометр 21, а на розпалювальному патрубку 11 встановлений витратомір 22 дуття, у виробці 17 на газовідвідному трубопроводі 18 встановлений витратомір 23 генераторних газів, золозалишку 24, що залишається після газифікації. Підсос продуктів підземної газифікації виконують димососом (не показаний), який монтується над шурфом (вентиляційним, похилим стовбуром або штольнею). Спосіб виконують наступним чином. При здійсненні способу перевага надається вугільним родовищам складної конфігурації у шахтних умовах, які залягають на малих та середніх глибинах, з малопотужними локальними запасами. Підготовку шахтного свердловинного газогенератора виконують з гірничої виробки 9 на протилежну виробку 17, які прилягають до вугільного пласта 1, бурінням горизонтальної свердловини 2 по вугільному пласту 1 на відстані 10 % потужності пласта і від його підошви 3, далі виконують монтаж перемички 13 дуттьової камери 10 на сполученні свердловини-газогенератора 2 з виробкою 9 та перемички 15 газовідвідної камери 16 - на сполученні свердловини-газогенератора 2 з виробкою 17 на протилежному боці пласта 1. Для здійснення газифікації вугільного пласта 1 на сполученні дуттьової камери 10 з свердловиноюгазогенератором 2 формують розпалювальну індукційну камеру 14, в якій підпалюють дерев'яну кліть, що заповнена вугіллям. Подачу відкритого полум'я в розпалювальну камеру 14 виконують з дуттьової камери 10, через дуттьовий трубопровід 6 з перфорованою насадкою 7, герметизатор 12 та перемичку 13 дуттьової камери 10, а реакційні зони свердловини-газогенератора 2 утворюються шляхом подачі факельно-направленого дуттьового струменя на вогневий вибій під тиском. У міру вигазовування вугілля пласта 1 точка дуття посувається на вогневий вибій свердловинигазогенератора 2. Пропонується комбінована схема з активною або пасивною подачею дуття від компресора (не показаний) дуттьовим трубопроводом 6, примусовим відведенням генераторних газів свердловиною-газогенератором 2 і далі газо 96718 6 відвідним трубопроводом 18, який монтується в підготовчій виробці 17, із збором конденсату в бак 20. Примусове посування генераторних газів газовідвідним трубопроводом забезпечується за рахунок розрядження, яке виконується димососом, гази проходять газозбірником до комплексу переробки продуктів газифікації, які знаходяться на проммайданчику шахти, для отримання тепла, електроенергії та газоподібних, рідких й твердих хімічних речовин. В ході розвитку процесу газифікації подача компонентів дуття (О2, Н2О-пара, СО2) дуттьовим трубопроводом 6 здійснюється нагнітанням на вигазований простір (фіг. 3) або на вугільний масив (фіг. 2). Коефіцієнт противаги тиску Кпт=1,181,5 з урахуванням довжини вигазованого простору lвп і швидкості згоряння (посування вогневого вибою) vвв. Формування та параметри окислювальної зони свердловини-газогенератора 2 будуть відповідати параметрам розпалювальної камери 14 й конфігурації факела та точки подачі дуттьових сумішей дуттьовим трубопроводом 6 з насадкою 7 (фіг. 4). Відновлювальна зона формується по довжині свердловини-герметизатора 2, параметри цієї зони залежать від сформованих в окислювальній зоні термохімічних показників процесу й точки переходу комбінованого режиму подачі дуття від нагнітального у розріджений. Запропонований спосіб відповідає вимогам видобутку та комплексної переробки твердого палива на місці його залягання у замкнутому екологічно безпечному циклі з отриманням електричної, теплової енергії та хімічних речовин. Спосіб є ефективним при відпрацюванні малопотужних пластів твердого палива на малих та середніх глибинах залягання з газифікацією локальних запасів вугільних пластів складної конфігурації в шахтних умовах із забезпеченням ефективного управління процесом газифікації на новому якісному та кількісному рівнях. Витрати на підготовку однієї свердловини-газогенератора або системи таких газогенераторів, об'єднаних однією газовідвідною похило-горизонтальною свердловиною, покриваються в період експлуатації газогенераторів за рахунок використання некондиційних запасів вугілля, простоті конструкції, мобільності та компактності обладнання газогенератора та хімічних речовин. Розрахунки показують, що газифікація локальних запасів вугільних пластів складної конфігурації у шахтних умовах забезпечує продуктивність 57003 9500 м генераторного газу на годину, потужністю 3,8-12,4 МВт, собівартість електроенергії становить 0,25-0,34 грн./кВт, генераторного газу - 2393 362 грн./1000 м (без урахування прибутку від продажу хімічних речовин 2,6-7,4 т/добу), сумісний ККД підземного газогенератора при газифікації вугілля - 54-66 %. Термін експлуатації однієї свердловини-газогенератора - 0,7-1,0 p., термін окупності - 0,9-1,3 р. 7 96718 8 9 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 96718 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601