Спосіб дегазації вуглепородного масиву при розробці вугільних пластів

Реферат: Винахід належить до гірничої справи, а саме до підземної розробки родовищ корисних копалин шляхом дегазації вугільних пластів до відпрацювання під час та після проходу очисного вибою з підвищенням енергетичної цінності газів дегазації шляхом змішування їх з біогазом та отриманням електроенергії, тепла та паливного газу метану на компактному, мобільному біодегазаційному енергетичному комплексі у замкнутому технологічному циклі. Спосіб включає буріння вертикальних або похилогоризонтальних свердловин з поверхні землі і установку вакуум-насоса в усті дегазаційної свердловини та формування зони розвантаження у вуглепородному масиві з отриманням дегазаційної газової суміші і підвищення її енергетичної цінності шляхом додавання біогазу з значною часткою метану в ньому, який виробляється на біогазових установках, що входять до поверхневого біодегазаційного енергетичного комплексу з отримання газометанової суміші для вироблення електричної енергії, тепла, паливного газу метану та добрив. Досягається підвищення енергетичної цінності газів свердловинної дегазації вугільних пластів у замкнутому циклі та комплексне отримання енергетичних продуктів і добрив, також зменшується негативний вплив на навколишнє середовище завдяки утилізації метану вугільних родовищ та газів біомаси. UA 99285 C2 (12) UA 99285 C2 UA 99285 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничої справи, а саме, до дегазації пластів при підземній розробці вугільних родовищ і утилізації метаноповітряної суміші. Відомий спосіб дегазації пластів при підземній розробці вугільних родовищ, який включає буріння вертикальних або похилогоризонтальних свердловин, дегазацію вугільного пласта, що знаходиться у експлуатації, викид метаноповітряної суміші у атмосферу, або при збільшені у суміші частки метану більше 30 % її спалювання у генераційних установках з отриманням тепла та електроенергії [Патент SU № 1011865А, 6Е21В43/295, опубл. 15.04.83, бюл. № 142]. Недолік - значні втрати метану, у зв'язку з викидом в атмосферу газоповітряної суміші у разі наявності не відповідних (небезпечних) концентрацій метану. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб утилізації дегазаційної газометанової суміші при достатній кількості в ній метану на газогенераторній або в паротурбінній установках для виробництва електроенергії й тепла [Хоффман Е. Энерготехнологическое использование угля - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 328 с.]. Недоліки: - низький рівень ККД генераційних установок, не передбачається отримання метану як енергетичного газу. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу дегазації вуглепородного масиву при розробці вугільних пластів, в якому шляхом введення нових технологічних операцій та їх послідовностей з відповідними параметрами досягається можливість утилізації бідних дегазаційних сумішей та підвищення енергетичної цінності дегазаційних сумішей з безпечною концентрацією метану, забезпечення отримання тепла, електроенергії та енергетичного газу на місці дегазації вугільного пласта (світи пластів), локалізації викидів газів дегазації та забезпечення функціонування метантенків протягом всього року в замкнутому технологічному циклі з утилізації дегазаційної метаноповітряної суміші і, за рахунок цього, забезпечення отримання дешевої електроенергії й тепла на газо- і пароустановках, паливного газу (метану) й добрив на місці дегазації вугільного пласта (світи пластів) протягом всього року, підвищення ефективності дегазації, локалізації викидів газів дегазації, підвищення екологічної безпеки. Задача вирішується тим, що у відомому способі дегазації вуглепородного масиву при розробці вугільних пластів, що включає буріння вертикальних або похилогоризонтальних свердловин з поверхні землі та установку вакуум-насоса в усті дегазаційної свердловини і формування зони розвантаження у вуглепородному масиві з отриманням дегазаційної газової суміші, подачу на поверхню до енергетичного комплексу утилізації газів дегазації з отриманням електричної енергії, тепла, паливного газу метану, і відрізняється тим, що попередньо метаноповітряну суміш, видану на поверхню по дегазаційній свердловині, збагачують біогазомметаном, отриманим шляхом бродіння біомаси у біогазових установках з подальшою подачею газової суміші у силові установки для вироблення електроенергії. На рисунку представлений загальний вигляд технологічної схеми підвищення енергетичної цінності газів свердловинної дегазації породно-вугільного масиву при розробці вугільних пластів: 1 - дегазаційна свердловина; 2 - вакуум-насос; 3 - біогазова установка; 4 - резервуар для змішування газів дегазації та біогазу; 5 - газотурбінна установка; 6 - котел; 7 - паротурбінна установка; 8 - трубопровід гарячої води (Т = 40-60 °C); 9 - провід електроструму до двигуна гвинта мішалки біомаси; 10 - двигун гвинта мішалки біомаси; 11 - гвинт мішалки біомаси; 12 - біомаса; 13 - продукти біорозпаду (добриво); 14 - кожух з теплою водою; 15 - отвір для випуску продуктів біорозпаду (добриво); 16 - газопровід; 17 - газгольдер. Спосіб реалізується наступним чином. При реалізації способу, ділянка вугільного пласта розкривається дегазаційною свердловиною 1 (вертикальна або похилогоризонтальна), для здійснення дегазації до ведення очисних робіт, під час ведення очисних робіт і після проходу ділянка дегазації очисним вибоєм. 1 UA 99285 C2 5 10 15 20 25 30 За допомогою вакуум-насоса 2, який встановлюється в усті свердловини на поверхні землі, формується зона вилучення шахтного метану з вуглепородного масиву. По свердловині гази дегазації направляються у резервуар 4 для змішування з біогазом, який містить 60-90 % метану. Збагачені таким чином гази дегазації (26-44 % СН4) під тиском 0,6-1,9 МПа направляються на газотурбінну (газопоршневу) установку 5 для вироблення електроенергії. Тепло вихлопних газів газотурбінної (газопоршневої) установки із залишковим тиском 0,4-0,6 МПа направляється до котла 6, де виробляється пара та тепла вода. Пара направляється на паротурбінну установку 7 для отримання електроенергії, тепла вода по трубопроводу 8 подається до кожуха 14 біогазової установки 3 і при періодичному змішуванні за допомогою двигуна 10 гвинта мішалки помеленої біомаси 11 (гній великої рогатої худоби й свійських птахів, відходи асенізації, продукти переробки соняшнику й буряку, мелена солома, фураж, листя тощо). Двигун отримує електрострум, який надходить по проводу 9 і виробляється на газотурбінній установці 5. Під дією тепла у біогазовій установці 3 відбуваються процеси бродіння біомаси, що забезпечує розмноження та ріст бактерій (метаноагентів) з отриманням біогазу, значну частину якого складає метан (СН4 - 50-90 %) і вуглець (СО2) та продукти біорозпаду 13 органічної маси, що являють собою обеззаражене добриво, одна тонна якого еквівалентна 4 тоннам азотнофосфатних добрив, що виробляються у промисловості. Біогаз накопичується у верхній частині (газгольдері 17) біогазової установки 3 з 3 продуктивністю 0,3-0,9 м на 1 кг органічної сировини, а продукти біорозпаду 13 виводяться за допомогою гвинта мішалки біомаси 11 через отвір для випуску продуктів біорозпаду (добриво) 15. Час процесу переробки біомаси у біогаз та добрива з коефіцієнтом корисної дії 0,9 становитиме 8-20 діб, прискорення процесу можливо до однієї доби за рахунок інтенсивного перемішування, підтримання постійної температури для бродіння, використання якісної 3 фітомаси. Теплота згорання отриманої газової суміші складатиме 10,64-19,5 МДж/м . Кількість отриманої електроенергії становить 8572-17486 КВт/доб. при вартості 1 кВт 0,34-0,49 грн. Також можливе використання одержаної газової суміші замість природного газу в залежності від потреб споживачів та сезонних коливань пікових навантажень на мережу газопостачання. Запропонована технологічна схема дозволяє розширити область застосувань та ефективного використання технології дегазації вугільних пластів, локалізувати негативну дію процесу дегазації вугільних пластів на оточуюче середовище, забезпечити ефективну, комплексну переробку відходів у паливний газ та обеззаражене добриво, зробити процес переробки суміші газів дегазації та біогазу у замкнутому технологічному циклі на компактному й мобільному біодегазаційному енергетичному комплексі. 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Спосіб розробки вугільних пластів, що включає буріння вертикальних або похилоспрямованих свердловин з поверхні землі, формування зони розвантаження у вуглепородному масиві з отриманням метаноповітряної суміші, подачу на поверхню до енергетичного комплексу утилізації газової суміші з метаном з отриманням електроенергії, тепла, паливного газу метану, який відрізняється тим, що попередньо встановлюють вакуум-насос в усті дегазаційної свердловини, по якій вилучають метаноповітряну суміш з концентрацією 26-44 %, яку під тиском 0,8-1 МПа попередньо збагачують біогазом, який містить 60-90 % метану, отриманим шляхом бродіння біомаси у біогазових установках з подальшою подачею газової суміші у силові установки для вироблення електроенергії, теплої води та пари. 2 UA 99285 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 3