Способ управляемой газификации угольного пласта

(51) 21 41/00 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ В блоке, предназначенном для выгазовывания угольного пласта с поверхности, с одной стороны бурят воздухоподающую,а с другой газоотводящую скважины, из которых по мощности пласта бурят ряд параллельных скважин и соединяют их между собой в плоскости пласта поперечными воздухоподающими скважинами, в которых размещают температурный датчик и искровую ударную систему, с помощью которой при достижении заданной температуры в зоне сушки угольного массива, производят разрыхления пласта. Для увеличения дебита метаногазовой смеси одновременно запускают в работу несколько газогенераторов.(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Институт проблем комплексного освоения недр(54) СПОСОБ УПРАВЛЯЕМОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА(57) Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной газификации угольных пластов. 22840 Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной газификации угольных пластов. Известен способ газификации угольных пластов 1, где вскрытие угольного пласта осуществляется двумя скважинами воздухподающей (дутьевой) и газоотводящей, и далее от каждой скважины по пласту бурятся два параллельных канала,прожигается реакционный канал между дутьевым и газоотводящим каналами и начинается процесс газификации. По мере необходимости вдоль воздухоподающего канала переносится точка подвода дутья. Фронт горения смещается по ходу дутья. При таком способе газификации зоны термического разложения угля находится за зоной горения, поэтому продукты терморазложения загрязняют газ (сажа, смолистые вещества,канцерогены, фенолы и другие токсичные вещества). Процесс горения недостаточно управляемый из-за невозможности влияния на перемещение огневого забоя, как по длине канала,так и по мощности пласта. Следующим недостатком данного способа является низкий дебит метаногазовой смеси(продуктов газификации), поскольку работает поочередно один газогенератор. Наиболее близким по технической сущности предлагаемому способу угольных пластов является способ извлечения метаногазовой смеси из газоугольного пласта 2, включающий бурение с поверхности на пласт воздухоподающих и газоотводящих, а по пласту - продольных и поперечных скважин. Розжиг реакционного канала осуществляется путем подачи воздуха в соответствующий канал, где предварительно происходит разгерметизация пакетов, содержащих реакционную угольную мелочь - смесь на основе железа и серы. В процессе подачи воздуха происходят окислительные реакции с угольной массой, и образуется очаг горения. Недостаток этого способа такой же, как и в первом случае. Фронт горения и нагрев угольного пласта смещается по ходу дутья. Поэтому и в этом случае продукты терморазложения загрязняют горючую смесь, а способов, влияющих на направление перемещения основного забоя огневого забоя, ограничено. Цель изобретения - снижение содержания вредных веществ в горючем газе, повышение дебиты метаногазовой смеси и управление перемещением огневого забоя по заданной траектории. Указанная цель достигается тем, что в блоке,предназначенном для выгазовывания угольного пласта (параметры которого определяются в зависимости от физико-механических свойств вмещающих пород) с поверхности бурят воздухоподающую и газоотводящую вертикальные скважины, из которых с применением технологии 3 бурят ряд горизонтальных скважин по мощности пласта,которые соединяются скважинами,пробуренными в плоскости пласта, создавая 2 требуемую структуру скважин (реакционных каналов), соединяя их с воздухоподающей и газоотводящей вертикальными скважинами. Розжиг реакционных горизонтальных каналов осуществляется путем подачи воздуха в соответствующий канал, где предварительно происходит разгерметизация пакетов, содержащих реакционную угольную мелочь-смесь на основе железа и серы 2. В процессе подачи воздуха происходят окислительные реакции с угольной массой, и образуется очаг горения. В скважинах,пробуренных в плоскости пласта, соединяющих горизонтальные скважины,пробуренные по мощности, размещают температурные датчики и искровую ударную систему 1 4 с помощью которой при достижении заданной температуры в зоне сушки угольного массива 2 5, производят разрыхление пласта. Разрыхленный угольный массив заполняет сечение воздухоподающего канала, и дальнейшее движение воздуха (кислорода) к огневому забою происходит по каналам,образовавшимся трещин между частицами разрыхленной угольной массы. Фронт горения(огневой забой) смещается навстречу дутью и продукты терморазложения попадают в зону горения и подвергаются огневому обезвреживанию,то есть полностью расщепляются. В процессе горения большая часть летучих веществ и органических соединений, находящихся в угле, газифицируется с образованием горючего газа,содержащего СО, Н 2, СН 4 и не содержащего смолистых и токсичных веществ. Вследствие низкой скорости фильтрации воздуха через разрыхленный массив нет выноса летучей золы и пыли. Контролируя показания температурных датчиков расположенных в воздухоподающих каналах и регулируя подачу соответствующего количества воздуха(кислорода) в тот или иной воздухоподающий канал, тем самым управляют перемещением огневого забоя по заданной траектории. Сущность предложенного решения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена технологическая схема способа газификации угольного пласта. С поверхности шахтного поля с одной стороны блока, предназначенного для выгазовывания угольного пласта(параметры которого предварительно определены в зависимости от физико-механических свойств вмещающих пород,технологических и режимных параметров газификации),бурят вертикальную воздухоподающую скважину 1, из которой по мощности пласта сооружают горизонтальные скважины 2 с ответвлениями 3, пробуренными в плоскости пласта. Ответвления 3 (реакционновоздухоподающие каналы) формируются путем временной установки скважинного отклонителя 3 и выбуриванием ответвлений с последующим переносом штанг на следующий плановый узел сопряжения. В результате на всем участке от забоя вертикальной скважины 1 по мощности и плоскости 22840 пласта создается требуемая структура скважин (2 и 3), так называемый рыбий скелет. С противоположной стороны блока бурят вертикальную газоотводящую скважину 4, из которой по мощности пласта сооружают горизонтальные скважины 2. Горизонтальные скважины 2 пересекаются со скважинами 3. Таким образом, воздухоподающая вертикальная скважина 1 соединена с вертикальной газоотводящей скважиной 4 системой скважин 2, 3 и 2,пробуренных по пласту. Далее в горизонтальные скважины 2 размещают пакеты, содержащие реакционную угольную мелочь-смесь на основе железа и серы 2, а в скважинах 3 размещают температурные датчики и искровую ударную систему,после этого начинают процесс выгазовывания угольной массы, заключенной в блоке. Розжиг реакционных горизонтальных каналов 2 осуществляется путем подачи воздуха в соответствующий канал, где предварительно происходит разгерметизация пакетов с реакционной смесью, а в процессе подачи воздуха происходят окислительные реакции с содержимым пакетов и угольной массой, и образуется очаг горения. После выгазовывания угольной массы на всю мощность угольного пласта вокруг реакционных каналов 2 дальнейшее выгазовывание угольной массы идет по реакционным каналам 3 в направлении горизонтальных скважин 2, пробуренных по мощности пласта. Огневой забой движется навстречу дутью. Навстречу дутью перемещаются химико-технологические зоны восстановления,окисления, частичного термического разложения и сушки. В зоне сушки в воздухоподающих каналах 3 располагают температурный датчик и искровая ударная система. При достижении в зоне сушки определенной температуры срабатывает датчик, и подается заряд на искровую ударную систему, и механическая энергия, заключенная в ударной волне(это десятки тысяч МПа) 4 передается рабочему инструменту и угольная масса, расположенная в химико-технологических зонах,разрыхляется. Свежий воздух (кислород) поступает в зону огневого забоя по каналам образовавшихся трещин между частицами разрыхленной угольной массы и поддерживает процесс горения угля по площади,которая зависит от физико-механических свойств угля, последние наряду с мощностью угольного пласта и физико-механических свойств вмещающих пород влияют на количество сооружаемых воздухоподающих каналов 2 и 3 как по мощности,так и в плоскости пласта. Что касается направленности выгазовывания угольного пласта, то огневой забой будет перемещаться по каналам, пробуренным в плоскости пласта 3, по которым подается свежий воздух к огневому забою (ОЗ). Следовательно, в процессе сооружения воздухоподающих каналов 3 определяется трасса перемещения огневого забоя(подземного газогенератора). Для увеличения дебита метаногазовой смеси необходимо включить в работу необходимое количество газогенераторов (воздухоподающие скважины 3), чтобы огневой забой имел сечение равное поперечному сечению блока 6,где- ширина блока- мощность угольного пласта. В процессе горения большая часть летучих веществ и органических соединений, находящихся в угле, газифицируются с образованием горючего газа и не содержащего смолистых и токсичных веществ. Вследствие низкой скорости фильтрации воздуха через разрыхленный массив, нет выноса летучей золы и пыли. Получаемый горючий газ выдается на поверхность по вертикальной газоотводящей скважине 4. Эта газовая смесь без очистки пригодна для генерации электрической и тепловой энергии,как в традиционной схеме котел-паровая турбина,так и в парогазовых установках, имеющих повышенный электрический КПД (коэффициент полезного действия). 1 Сущность явления заключается в том, что под действием электрического поля высокой напряженности, происходит интенсивная ионизация частиц рабочей жидкости между электродами в рабочей камере, электроэнергия преобразуется в энергию движения ионов плазмы. Высокая подвижность ионов вызывает повышение давления в камере разряда, канал искры начинает расширяться, вытесняя жидкость. Вследствие инерционности частиц в жидкости возникает уплотненный слой,то есть происходит формирование ударной волны в рабочей камере с амплитудой давления в десятки тысяч МПа. Распространение такой ударной волны в жидкости считается адиабатическим и изнтропным 4,поэтому механическая энергия, заключенная в ударной волне, передается рабочей камере и соединенному с ней инструменту, который и разрушает удаленный массив. Заряд искровой ударной системы может осуществляется по высоковольтному коаксальному кабелю от вынесенного источника выпрямленного напряжения. 2 При обращенном методе газификации угля в пласте расположение химико-технологических зон со стороны дутьевой скважины (канала) следующее 1 - зона сушки (ЗС) 2 - зона очистного термического разложения (ЗЧТ) 3 - зона окисления(ОЗ) 5. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ подземной газификации угольных пластов, включающий бурение воздухоподающей и газоотводящей вертикальных скважин,отличающийся тем, что из вертикальной воздухоподающей и газоотводящей скважин бурят по мощности пласта ряд горизонтальных параллельных скважин и соединяют их между собой в плоскости пласта поперечными воздухоподающими скважинами,в которых 3 22840 размещают температурный датчик и искровую ударную систему, с помощью которой при достижении заданной температуры в зоне сушки угольного массива, производят разрыхление пласта. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для увеличения дебита метаногазовой смеси запускают в работу несколько газогенераторов, огневой забой имеет сечение, равное поперечному сечению блока б,где- ширина блока- мощность угольного пласта.