СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ МОЩНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ СЛОЯМИ
METHOD FOR UNDERGROUND GASIFICATION OF THICK COAL BEDS IN LAYERS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке методом подземной газификации мощных угольных пластов, в т.ч. сложенных неустойчивыми и неспекающимися углями, газификация которых затруднена или невозможна известными опробованными способами.
Известен патент Австралии №540775, опубл. 1984, сущностью которого является то, что по пласту направленно бурят параллельные скважины, разжигают огневой забой и по одним скважинам подают дутье, а по другим отводят газ. Основным недостатком известного способа подземной газификации является низкая эффективность его при газификации мощных пластов угля, особенно крутого и наклонного залегания. Например, если пластовые (технологические) скважины пробурены в средней части по мощности пласта, то газифицироваться в большей степени будут средний и верхний слои, а если скважины пробурены вблизи почвы пласта, то преимущественно будет газифицироваться нижний слой, а вышележащая часть мощного пласта угля может высыпаться вниз по падению за пределы зоны огневого забоя и не примет участия в процессе газификации.
В качестве прототипа принято изобретение по патенту РФ №2091574, опубл. 1997. Сущность известного способа, раскрытого в описании патента, заключается в том, что газифицирующие скважины (дутьевые и газоотводящие) располагают вблизи почвы мощного пласта, а вышележащие слои пласта обрабатывают специальными составами, например гелеобразующими веществами, содержащими раствор жидкого стекла, хлористого аммония, бикарбоната натрия и т.д. В результате обработки уменьшается склонность верхних пачек угля к обрушению и увеличивается равномерность газификации пласта по всей мощности, что дает возможность увеличить полноту использования угольного вещества.
Существенным недостатком известного способа газификации мощных пластов угля является его низкая эффективность. Особенно сильно этот недостаток проявляется при слабоустойчивых углях малой прочности, а также если угольный пласт сложен неспекающимися или слабоспекающимися углями, например марок Т, ТС и др. Такие угли под воздействием высокой температуры в окрестности огневого забоя не спекаются и, следовательно, не образуют однородную пластичную устойчивую массу, не склонную к самообрушению. В результате этого часть угля, находящаяся вблизи канала газификации, будет выгазовываться, а большая его часть может обрушаться вниз по падению пласта выходя за пределы канала газификации, что приводит к значительным потерям. Кроме того, выполнение работ по известному способу требует значительных дополнительных затрат на обработку составами вышележащих слоев мощного угольного пласта.
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности газификации мощных, преимущественно крутых и наклонных угольных пластов за счет проведения газификации двумя слоями с использованием двух рядов пластовых скважин, расположенных друг над другом в шахматном порядке, с опережением газификации по верхнему слою.
Технический результат достигается тем, что в способе подземной газификации мощных угольных пластов слоями, включающем проведение скважин бурением, розжиг огневого забоя и осуществление газификации угольного пласта, проводят скважины по угольному пласту рядами с образованием пластовых скважин верхнего и нижнего рядов, причем бурение верхнего ряда пластовых скважин над нижним рядом пластовых скважин осуществляют в шахматном порядке, газификацию угольного пласта начинают с верхнего слоя через пластовые скважины верхнего ряда с подачей дутья по одним из них - дутьевым, и отводом горючего газа по другим - газоотводящим, а при отходе огневого забоя и формировании уступа по мощности угольного пласта приступают к газификации нижнего слоя, используя пластовые скважины нижнего ряда и дутьевые пластовые скважины верхнего ряда для подачи по ним дутья и газоотводящие пластовые скважины верхнего ряда для отвода горючего газа, причем сформированный уступ по мощности угольного пласта постоянно сохраняют опережением газификации по верхнему слою угольного пласта.
В одном из конкретных примеров верхний ряд пластовых скважин располагают над нижним на расстоянии не менее 1 м и не выше середины угольного пласта, а нижний - вблизи его почвы.
Обычно приступают к газификации нижнего слоя угольного пласта при отходе огневого забоя в процессе газификации его верхнего слоя на 10-50 м.
Целесообразно сформированный уступ по мощности угольного пласта постоянно сохранять до окончания газификации поддержанием соотношения, равного 1,0÷1,2, между количеством подаваемого дутья в пластовые скважины нижнего ряда и количеством подаваемого дутья в пластовые скважины верхнего ряда.
Полезно до начала газификации угольного пласта осуществлять его предварительную дегазацию через пробуренные пластовые скважины.
Как правило, до начала газификации угольный пласт разделяют на блоки с оставлением между ними барьерных целиков, а газификацию угольного пласта осуществляют блоками, причем в одном блоке осуществляют газификацию угольного пласта, в другом блоке - предварительную дегазацию, в третьем блоке - проведение скважин бурением.
Блок представляет собой часть угольного пласта в форме параллелепипеда с размерами l, b, m. Длина блока l равна длине пластовых скважин за вычетом расстояния по скважине от поверхности до верхней границы блока. Ширина блока b определяется количеством пластовых скважин и расстоянием между ними. Высота блока m равна мощности пласта.
Угольный пласт в пределах горного отвода разбивают на блоки с оставлением между ними барьерных целиков шириной 70-100 м.
Предлагаемая совокупность существенных признаков позволяет повысить эффективность газификации мощных, преимущественно крутых и наклонных пластов угля. Отработка таких пластов двумя слоями позволяет газифицировать мощные пласты с различными по устойчивости и спекаемости углями. При опережающей газификации верхнего слоя пласта, сложенного слабоустойчивыми или неспекающимися углями, большая часть угля верхнего слоя будет обрушаться на поверхность нижнего слоя и далее будет газифицироваться вместе с нижним слоем пласта, что повышает эффективность и снижает потери угля. Расположение нижнего и верхнего рядов пластовых скважин в шахматном порядке относительно друг друга дает возможность создать равномерные условия газификации угля по ширине блока.
Сущность предлагаемого способа газификации мощных угольных пластов слоями поясняется примером его осуществления и чертежами, где на фиг.1 показана начальная стадия газификации блока, когда работа ведется по верхнему слою (вид сбоку), на фиг.2 - то же, вид в плане, на фиг.3 - следующая стадия газификации, когда работа ведется по верхнему и нижнему слоям (вид сбоку), на фиг.4 - то же, вид в плане, на фиг.5 - пример реализации способа.
Мощный пласт угля 1 газифицируют отдельными блоками 2. Подземный газогенератор размещают в блоке и подготавливают к отработке двумя слоями с рядами пластовых скважин - нижним рядом 3, расположенным вблизи почвы пласта, и верхним рядом 4, расположенным над нижним рядом, причем скважины верхнего ряда располагают относительно скважин нижнего ряда в шахматном порядке, и проводят через все пластовые скважины предварительную дегазацию. Верхний ряд скважин находится над нижним на расстоянии не менее 1 м, причем его располагают не выше середины пласта. Для откачки воды бурят по обычной схеме вертикальные водоотливные скважины (не показаны), а для розжига огневых забоев бурят вертикальные розжиговые скважины (не показаны) или используют пластовые скважины, если они имеют достаточно крутое заложение.
2
2
Начальная стадия процесса отработки пласта начинается с газификации верхнего слоя пласта через скважины верхнего ряда 4, для чего через розжиговые, либо пластовые скважины 5-9 разжигают огневой забой 10 по верхнему слою. Газификацию верхнего слоя пласта осуществляют по известной технологической схеме, когда дутьевые скважины 6 и 8 располагают между газоотводящими скважинами 5, 7 и 9. В процессе газификации верхнего слоя часть угля вблизи огневого забоя будет выгазовываться, а остальные пачки обрушаются вниз по падению пласта и складируются в выгазованном пространстве на поверхности нижнего слоя, особенно если пласт сложен слабоустойчивыми или неспекающимися углями. Обрушенный уголь 11 в начальной стадии отработки практически не участвует в процессе газификации. Над обрушенным углем располагаются обрушенные породы 12 кровли. На начальном этапе все скважины нижнего ряда 3 перекрыты. При отходе огневого забоя по верхнему слою пласта на расстояние 10-50 м (величина которого зависит от горно-геологических условий, определяемых устойчивостью и спекаемостью угля и пород, углом залегания, мощностью пласта) начинается следующая стадия отработки пласта, для чего по известной схеме разжигают огневой забой 13 по нижнему слою пласта и газифицируют одновременно верхний слой, нижний слой и обрушенный уголь с постоянным сохранением уступа по мощности пласта до окончания отработки блока. При длине уступа менее 10 м обрушаемый уголь не будет полностью располагаться на уступе нижнего слоя и частично будет скатываться в завал, а при длине уступа более 50 м не будет теплового взаимодействия между огневыми забоями и часть угля не будет газифицироваться. На этой стадии дутьевой реагент подают во все скважины 14-17 нижнего ряда 3, а также через дутьевые скважины 6, 8 верхнего ряда (для поддержания интенсивности газификации верхнего слоя), а горючий газ отводят через газоотводящие скважины 5, 7, 9 верхнего ряда 4. Для сохранения баланса пропускной способности пластовых скважин газоотводящие скважины должны иметь больший диаметр, чем дутьевые. Например, при диаметре 6-и дутьевых скважин 6, 8, 14, 15, 16, 17, равном 0,2 м, а диаметре 3-х газоотводящих скважин 5, 7, 9, равном 0,3 м - суммарное сечение дутьевых скважин будет составлять 0,19 м, а суммарное сечение газоотводящих скважин составит 0,21 м. На данной стадии в подземном газогенераторе поднимается температура, и в процесс газификации вовлекаются как нижний и верхний слои пласта, так и обрушенный уголь 11, а также частично обрушенные породы 12 кровли (углистые алевролиты, аргиллиты и др.). Огневой забой до окончания газификации блока сохраняет уступчатую форму по мощности пласта, что позволяет обеспечить полноту использования запасов угля при относительно простой технологической схеме. Это достигается поддержанием соотношения, равного 1,0÷1,2, между количеством подаваемого дутья в пластовые скважины нижнего ряда, и количеством подаваемого дутья в пластовые скважины верхнего ряда.
В примере реализации способа (фиг.5) рассматривается горный отвод по мощному угольному пласту крутого залегания размерами 1120 м×500 м, который разбит на 4 блока длиной l=500 м и шириной b=210 м, между которыми оставлены барьерные целики шириной 70 м. Расстояние от поверхности до верхней границы блока 100 м. В данном случае первый блок находится в стадии газификации угольного пласта, причем показан момент, когда одновременно газифицируются верхний слой, нижний слой и обрушившийся уголь с постоянным сохранением уступа по мощности пласта длиной 50 м. Расстояние между пластовыми скважинами каждого ряда составляет 50 м. На втором блоке пробурены все пластовые скважины и через них осуществляется предварительная дегазация угольного пласта. На третьем блоке происходит бурение пластовых скважин, т.е. блок готовят к отработке. После завершения газификации первого блока начинается газификация второго, при этом третий блок переходит в стадию дегазации, а следующий, четвертый, блок - в стадию подготовки и т.д.
Использование изобретения позволяет повысить эффективность газификации мощных, преимущественно крутых и наклонных угольных пластов за счет проведения газификации двумя слоями с использованием двух рядов пластовых скважин, расположенных друг над другом в шахматном порядке, с опережением газификации по верхнему слою.