СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
METHOD OF UNDERGROUND GASIFICATION OF FLAT AND INCLINED COAL BENCHES

Изобретение относится к горному делу, а именно к разработке месторождений полезных ископаемых, и может найти применение при скважинной отработке угольных пластов посредством их газификации.
Известен способ подземной газификации угольных пластов, заключающийся в том, что пласт разделяют на панели, разделенные целиками угля, и на каждой панели с поверхности бурят направленные параллельные скважины, производят розжиг огневого забоя и осуществляют газификацию участка пласта, при этом часть скважин используют для подачи дутья, а часть - для отвода генераторного газа из подземного газогенератора (см., например, патент Австралии №540775, кл. E21B 43/00, заявлен 28.11.1979 г., опубликован 06.12.1984 г.).
Недостатком известного способа подземной газификации, применяемого в разных модификациях во многих странах, является то, что газификацию угольного пласта осуществляют отдельными панелями ограниченных размеров, разделенными целиками. По ширине размер панели ограничен допустимым расстоянием между скважинами и их количеством, а по длине - допустимой длиной скважины, определяемой ее гидравлическим сопротивлением и управляемостью потоков газов. Барьерные целики имеют ширину 70-100 м для исключения гидравлической и аэродинамической связи между соседними панелями, т.е. в барьерных целиках оставляют большое количество угля, при этом его потери в недрах могут достигать 50-60%.
Известен способ подземной газификации угольных пластов, заключающийся в том, что пласт разделяют на панели и по нему бурят наклонные скважины с выходом на поверхность, которые в начальный период последовательно используют для дегазации панели, а после окончания ее - для газификации (- Уголь. - 2007. - №2. - С.23-25). Полученный при дегазации метан в блоке газопереработки смешивают с генераторным газом, полученным при газификации другой панели, что позволяет существенно увеличить качество конечного топлива.
Кроме указанных выше, существенным недостатком как для аналога, так и для прототипа является недостаточное сечение каналов газификации (дутьевые и газоотводящие скважины и призабойное пространство), что предопределяет невысокую интенсивность процесса газификации в целом. Кроме того, разделение по времени процесса дегазации и газификации значительно увеличивает время отработки каждой панели.
Техническим результатом изобретения является сокращение потерь угля в недрах и сроков отработки угольного пласта.
Предложен способ подземной газификации пологих и наклонных угольных пластов, включающий бурение скважин, розжиг огневого забоя и отвод генераторного газа.
Отличием является то, что бурят на угольный пласт вертикальные скважины, причем сначала бурят центральную скважину и расположенные вокруг нее в пределах радиуса гидроразрыва угольного пласта остальные скважины и осуществляют через центральную скважину кольцевой ориентированный гидроразрыв пласта и розжиг огневого забоя, а через остальные скважины отводят генераторный газ, причем по мере газификации за газоотводящими скважинами бурят в пределах радиусов гидроразрыва очередной ряд скважин и осуществляют через них кольцевые ориентированные гидроразрывы пласта с последующим отводом по этим скважинам генераторного газа, а предыдущий ряд газоотводящих скважин используют для дутья.
Отличием является также то, что при переходе на новые дутьевые скважины ранее используемые для дутья скважины тампонируют.
Следующим отличием является также то, что осуществляют попутную дегазацию подработанного газификацией угольного пласта вышележащего углепородного массива.
Предложенный способ подземной газификации позволяет снизить потери угля в недрах, т.к. исключается необходимость оставлять барьерные целики. Угольный пласт газифицируется без разделения на панели, при этом эксплуатационные потери не превышают 5-7% вместо 50-60% по известному способу.
Сроки отработки участка резко сокращаются за счет увеличения интенсивности дегазации. Газификация пласта в предложенном способе происходит не по призабойному пространству и скважинам, а по непрерывной кольцевой трещине ориентированного гидроразрыва, а скважины служат только для подачи дутья и отвода генераторного газа. Кроме того, совмещение в отрабатываемом участке попутной дегазации и газификации повышает эффективность дегазации и сокращает сроки газификации.
Сущность предложенного способа газификации пологих и наклонных пластов поясняется примером и чертежами, где на фиг. 1 показана схема начального этапа газификации угольного пласта с использованием центральной скважины, на фиг. 2 показано дальнейшее развитие работ по газификации с использованием последующих рядов скважин, а на фиг. 3 показана схема попутной дегазации подрабатываемого углепородного массива при газификации угольного пласта.
Ниже приведен пример осуществления изобретения.
Газификацию свиты пологих или наклонных угольных пластов начинают с нижележащего пласта 1, для чего с поверхности бурят на него вертикальные центральную 2 и остальные скважины 3 первого ряда. Эти скважины располагают вокруг центральной скважины 2 на расстоянии не более радиуса разрыва R. Из практики и нормативной документации известно, что радиус кольцевого ориентированного гидроразрыва на угольных месторождениях составляет 150 м. После окончания бурения через центральную скважину 2 известными способами осуществляют кольцевой ориентированный гидроразрыв 4 до достижения образования гидравлической связи ее со скважинами 3 первого рада. После откачки воды производят розжиг огневого забоя путем подачи в центральную скважину 2 горючих веществ и зажигательных элементов. После розжига через центральную скважину, которая является дутьевой, подают окисляющий элемент и начинают процесс газификации, при этом скважины 3 первого ряда являются газоотводящими, а канал газификации распространяется на все сечение кольцевой трещины 4 гидроразрыва. Газификация угля происходит по трещине от центральной скважины к границам первого ряда скважин 3 и перпендикулярно плоскости трещины в обе стороны. При такой площади взаимодействия интенсивность процесса будет высокой и первый участок угольного пласта в пределах скважин первого ряда будет быстро выгазован. В период газификации этого участка угольного пласта бурят с поверхности вертикальные скважины 5 второго ряда на расстоянии R - 150 м от границ первого ряда и из каждой из этих скважин выполняют кольцевой ориентированный разрыв пласта до сообщения с границами первого ряда, в результате чего трещины кольцевого ориентированного гидроразрыва достигнут положения 6. Как только процесс газификации выходит к первому ряду скважин 3, дутьевую центральную скважину 2 тампонируют или герметизируют другими способами, а дутьевыми становятся скважины 3 первого ряда, и процесс газификации продолжает развиваться далее к скважинам 5 второго ряда, которые при этом становятся газоотводящими. Далее бурят в необходимом количестве вертикальные скважины очередного ряда с выполнением соответствующих гидроразрывов. При подходе огневого забоя к газоотводящим скважинам 5 второго ряда последние становятся дутьевыми, скважины 3 первого ряда тампонируют, а скважины очередного ряда становятся газоотводящими. Таким образом, процесс газификации идет непрерывно и выгазовывается без оставления целиков весь угольный пласт в пределах горного отвода. Остальные пласты свиты газифицируют в восходящем порядке по той же схеме.
Попутная дегазация углепородного массива проводится с целью предотвращения утечек метана и генераторного газа в атмосферу, а также для получения дополнительного высококачественного энергетического сырья. Для осуществления попутной дегазации по предложенному способу на верхний пласт 7 свиты бурят вертикальные дегазационные скважины 8, устья которых оборудуют газоотсасывающими установками 9. При движении огневого забоя по нижнему пласту 1 в подрабатываемом углепородном массиве под углами α постоянно формируется зона разгрузки, в которой проницаемость массива повышается, развиваются процессы десорбции и выделения свободного метана. За счет наличия в зоне газификации избыточного газового давления, а в дегазационных скважинах 8 разрежения высвободившийся метан и утечки генераторного газа воспринимаются дегазационными скважинами и направляются в магистральный трубопровод 10. Полученный при дегазации метан может смешиваться с генераторным газом, отводимым из подземного газогенератора, или использоваться отдельно. Попутная дегазация предотвращает загрязнение атмосферы и позволяет получить дополнительный энергоноситель.