СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ УГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
METHOD OF INTEGRATED OPENING OF COAL DEPOSIT

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к комплексному освоению угольного месторождения с применением подземной газификации угля и извлечения ценных и/или токсичных химических элементов, содержащихся в угле и вмещающих породах, растворением водными растворами реагентов.
Известен способ добычи полезного ископаемого подземным выщелачиванием, при котором полезное ископаемое селективно растворяют на месте залегания, а образовавшиеся в зоне реакции жидкие химические соединения извлекают на поверхность. Подземное выщелачивание может производиться с помощью скважинной геотехнологии, когда через скважины, пробуренные с поверхности к полезному ископаемому, подают раствор реагента, вступающего в химическое взаимодействие с извлекаемым полезным ископаемым, переводя его в растворенное, гелефицированное или взвешенное состояние. Интенсифицировать процесс выщелачивания можно с помощью специальных бактерий или наложением на зону выщелачивания различных физических воздействий, например подогревом растворителя, предварительным обжигом полезного ископаемого под землей, пропусканием электрического тока и др. [1]. Недостатком такого способа является низкая эффективность разработки угольных месторождений.
Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является способ комплексного освоения угольного месторождения, включающий деление месторождения на блоки, бурение дегазационных и дренажных скважин, предварительную дегазацию угольных пластов и подземную газификацию угля, с выдачей на поверхность продуктов дегазации пластов и газификации угля [2]. Недостатками прототипа являются:
- потери ценных химических элементов в золошлаковых остатках и термальных метаморфизованных породах по окончании подземной газификации угля;
- загрязнение подземных вод и пород в результате активизации геохимической подвижности химических элементов, сконцентрированных в области горения;
- велика вероятность оседания дневной поверхности.
Эти недостатки снижают эффективность комплексного освоения угольного месторождения и повышают экологическую нагрузку на природную среду.
Установлено, что в кузнецких углях с высокой степенью встречаемости присутствуют в повышенных концентрациях до 40 химических элементов (Li, Al, Sc, Ti, Mn, Fe, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Ag, Ta, Au, Th, U и др.) [3]. Эти элементы образуют рудные горизонты в пластах углей, в партингах пластов, вблизи почвы и кровли. Встречаются рудные концентрации элементов по всей мощности угольного пласта в виде линз, рассеянной вкрапленности, прослоев и других прослойных или пересекающих форм залегания. Выявлены угольные пласты с содержанием золота до 3 г/т, после сжигания которых содержание золота в золе достигает 15-30 г/т (например, по пласту Бреевскому - 27 г/т).
Подземная газификация и сжигание углей - экологически опасный процесс по загрязнению подземных вод и пород фенолами, бензапиреном, другими органическими и неорганическими продуктами сгорания. Кроме того, он опасен активизацией геохимической подвижности токсичных и потенциально токсичных соединений Be, P, S, V, Co, Cd, Mn, As, Ni, Hg, Pb, Se, Sb, Tl, Zn, F, Cr, Cl, Th, U, которые будут «выгорать» из угля и вмещающих пород. В области горения произойдет концентрирование элементов с последующим образованием растворимых органических, металлорганических, неорганических химических продуктов [4].
Цель изобретения - повышение эффективности и экологической безопасности освоения угольного месторождения за счет организации извлечения и рециклинга других ценных и/или токсичных минеральных компонентов после подземной газификации угля.
Поставленная цель достигается тем, что в способе комплексного освоения угольного месторождения, включающем деление месторождения на блоки, бурение дегазационных и дренажных скважин, предварительную дегазацию угольных пластов и подземную газификацию угля, с выдачей на поверхность продуктов дегазации пластов и газификации угля, после выгорания угля в блоке его золошлаковые остатки и термально метаморфизованные породы обрабатывают водным раствором реагентов, которые подбирают в зависимости от извлекаемого компонента, продуктивный раствор откачивают на поверхность для последующей экстракции ценных и/или токсичных компонентов, на заключительной стадии выработанное пространство блока заполняют закладочным материалом, при этом выделенные токсичные компоненты направляют на рециклинговые технологии обезвреживания или получения товарных продуктов.
Предложенный способ поясняется схемой (см. чертеж), включающей деление месторождения на блоки, возможный порядок их отработки и расположения скважин в блоке.
Заявляемый способ может быть реализован следующим образом. Угольное месторождение делят на выемочные блоки ограниченных размеров. Намечают очередность отработки блоков в месторождении с условием, чтобы между блоками, вовлеченными в отработку, всегда находился бы один или два блока еще не вовлеченных в отработку или уже отработанных. На приведенной схеме очередность вовлечения блоков в отработку показана римскими цифрами.
Вовлечение в отработку начинают с бурения четного количества дегазационных скважин с поверхности в разрабатываемые пласты, например в блоке I. Скважины бурят на расстоянии 50…80 м друг от друга по всей площади блока. Затем работы по бурению скважин переносят на II блок, а в I проводят работы по дегазации угольных запасов с применением стимулирования метаноотдачи. По окончании указанных работ в блоках I и II их в том же порядке переносят в блоки III и II, а в I блоке приступают к подземной газификации. Для этого дегазационные скважины по угольному пласту попарно сбивают между собой и делят их на дутьевые 1 и газоотводные 2. Затем разжигают газогенератор и производят подземную газификацию угля с выдачей на поверхность продуктов углегазификации.
По окончании подземной газификации угля в I блоке этот процесс переносят во II-й блок, а в I - осуществляют тушение газогенераторов заполнением выработанного пространства водным раствором реагентов, начиная тем самым следующую стадию - выщелачивание. Для подачи водного раствора реагентов в выработанное пространство используют имеющиеся скважины 1 и 2.
На следующей стадии в блоке I осуществляют откачивание продуктивного раствора и подачу его на экстракцию ценных и/или токсичных компонентов с последующей передачей токсичных компонентов на переработку - рециклинг.
На заключительной стадии работ в блоке I производят подачу по тем же скважинам жидкоподвижного закладочного материала, заполняющего выработанное пространство блока, т.е. консервацию. В блоке II в это время осуществляют откачивание продуктивного раствора, в блоке III - тушение подземных газогенераторов, в блоке IV - подземную газификацию, в блоке V - дегазацию, а в блоке VI ведут подготовительные работы - бурение скважин.
Деление месторождения по площади на примерно равные выемочные блоки и установление очередности вовлечения их в отработку позволяет интенсифицировать освоение угольного месторождения путем совмещения во времени производство различных процессов с разделением их в пространстве. В совокупности с излечением ценных компонентов из золошлаковых остатков и термально метаморфизованных пород все это повышает эффективность освоения угольного месторождения; извлечение для рециклинга токсичных компонентов в совокупности с заполнением выработанного пространства снижает экологическую нагрузку на природную среду. Все это свидетельствует о достижении цели изобретения.
Источники информации
1. Жигалов М.Л. Технология, механизация и организация подземных горных работ / М.Л.Жигалов, С.А.Ярунин. - М.: Недра, 1999. - 423 с. (с.214 - аналог).
2. Способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном углесжигании / Патент РФ №2100588, опубл. 1997.12.27 (прототип).
3. Нифантов Б.Ф. Ценные и токсичные элементы в углях // Угольная база России. Угольные бассейны и месторождения Западной Сибири (Кузнецкий, Горловский, Западно-Сибирский бассейны; месторождения Алтайского края и Республики Алтай). - М.: ООО «Геоинформцентр», 2003. - Т.II. - 604 с. (с.77-91).
4. Нифантов Б.Ф. Геологические аспекты эффективного развития добывающей промышленности в Кузбассе // Геомеханика и технологическое развитие подземной угледобычи в Кузбассе. - Кемерово: ИУУ СО РАН, 2004. - С.58-82.