способ подземной газификации мощных угольных пластов

Формула изобретения

1. Способ подземной газификации мощных угольных пластов, включающий разделение угольного пласта в пределах горного отвода на столбы с последующим бурением на них вертикальных скважин с поверхности и проведением газификации каждого столба циклично отдельными блоками, начиная с нижнего слоя угля в пласте, при этом по нижнему слою угля в пласте бурят направленные скважины, перекрывают вертикальные скважины и проводят газификацию нижнего слоя угля в пласте в пределах блока, причем после ее окончания осуществляют газификацию обрушившихся и необрушившихся вышележащих слоев угля в пласте с подачей дутья по направленным скважинам и отводом генераторного газа по открытым в пределах блока вертикальным скважинам.

2. Способ подземной газификации угольных пластов по п.1, отличающийся тем, что после бурения направленных и вертикальных скважин через них проводят предварительную дегазацию пласта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к разработке угольных месторождений путем их подземной газификации на месте залегания.

Известен способ подземной газификации угольных пластов, заключающийся в том, что пласт разделяют на панели и отрабатывают их поочередно, причем на каждую панель с поверхности бурят направленные параллельные скважины, производят розжиг огневого забоя и осуществляют газификацию панели, при этом часть направленных скважин (через одну) используют для подачи дутья, а часть - для отвода генераторного газа из подземного газогенератора (см., например, патент Австралии № 540775, кл. Е21В 43/00, опубликован в 1984 г.).

Недостатками известного способа являются:

- газификация мощных угольных пластов с помощью одного ряда пластовых скважин позволит выгазовать только слой угля в окрестности скважин, мощностью 2-4 м, при этом нижележащий слой угля останется в целике, а вышележащий слой обрушится в выработанном пространстве и не будет вовлечен в процесс газификации;

- газификация мощных пластов с помощью двух или нескольких рядов скважин, пробуренных по пласту, трудноосуществима из-за переменной мощности пласта (от 8 до 20 м).

Таким образом, существенным недостатком известного способа газификации угольных пластов при его использовании для мощных пластов являются большие потери угля, которые могут достигать 60-70%.

Известен способ подземной газификации мощных буроугольных пластов, заключающийся в том, что пласт отрабатывают блоками, при этом вертикальные дутьевые и газоотводящие скважины бурят с поверхности до условной кровли нижнего слоя пласта, обрабатывают перебуренные слои в отдельности гелеобразующими составами для обеспечения равномерной газификации их, после чего перебуривают нижний слой, производят гидроразрыв и розжиг огневого забоя в блоке и осуществляют газификацию его, затем циклы повторяют (патент РФ на изобретение № 2091574, кл. Е21В 43/295, заявлено 16.01.1991 г., опубликовано 27. 09. 1997 г.).

Недостатками известного способа являются:

- значительное усложнение технологии работ и возрастание их стоимости;

- при газификации блока в образовавшуюся на месте нижнего слоя пласта полость обрушатся последовательно вышележащие слои угля и породы кровли, в результате чего сократится длина дутьевых скважин, что приведет к тому, что огневой фронт переместится в верхнюю часть пласта, а нижний слой и часть обрушенного угля верхней части пласта не будут вовлечены в процесс газификации, что снизит эффективность процесса и приведет к значительным потерям угля.

Кроме того, сущность известного способа сводится к обработке слоев жидкостью с целью снижения интенсивности их горения, что однозначно снизит эффективность процесса газификации.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности газификации мощных угольных пластов за счет последовательной отработки их в два слоя, с отработкой нижнего слоя угольного пласта с помощью пластовых скважин, а верхнего оставшегося слоя - путем подачи дутья по пластовым скважинам и отвода генераторного газа по вертикальным скважинам. Изобретение может быть использовано для подземной газификации мощных угольных пластов пологого и наклонного залегания.

Предложен способ подземной газификации мощных угольных пластов, включающий разделение угольного пласта в пределах горного отвода на столбы (с разделением столбов на блоки) с последующим бурением на них вертикальных скважин с поверхности и проведением газификации каждого столба циклично отдельными блоками, начиная с нижнего слоя угля в пласте. Отличием является то, что по нижнему слою бурят направленные скважины, перекрывают вертикальные скважины и проводят газификацию нижнего слоя пласта в пределах блока. При этом после ее окончания осуществляют газификацию обрушившихся и не обрушившихся вышележащих слоев угля с подачей дутья по направленным скважинам и отводом генераторного газа по открытым в пределах блока вертикальным скважинам.

Отличием является также то, что при отработке газоносных пластов после бурения направленных и вертикальных скважин через них проводят предварительную дегазацию пласта.

За счет последовательного проведения в каждом блоке мощного пласта сначала газификации нижнего слоя угля с использованием пластовых дутьевых и газоотводящих скважин, а затем газификации оставшейся части блока обеспечивается высокая степень газификации запасов угля. Использование во второй стадии газификации направленных пластовых скважин для подачи дутья и отвод генераторного газа по вертикальным скважинам обеспечивает высокую эффективность процесса, т.к. дутье подают от почвы пласта и газификация проходит как в обрушенных, так и в необрушенных слоях - при этом дутьевой поток пронизывает обрушенный уголь и омывает необрушенные слои пласта.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема подготовки к газификации мощного угольного пласта; на фиг.2 - газификация нижнего слоя угля в блоке; на фиг.3 - вид сверху на фиг.2; на фиг.4 - газификация обрушенных и необрушенных вышележащих слоев угля в блоке, показанном на фиг.2; на фиг.5 - вид сверху на фиг.4; на фиг.6 - газификация нижнего слоя угля в очередном блоке; на фиг.7 - вид сверху на фиг.6; на фиг.8 - газификация обрушенных и необрушенных вышележащих слоев угля в очередном блоке, показанном на фиг.4; на фиг.9 - вид сверху на фиг.8.

Подготовка мощного угольного пласта 1 для газификации по предложенному способу (см. фиг.1) осуществлена путем бурения с поверхности ряда параллельных направленных скважин 2 с выходом их на нижний слой 3 пласта с дальнейшим бурением их по указанному слою до границ столбов 4 и бурения вертикальных скважин 5. Каждый столб 4 представляет собой часть угольного пласта в форме призмы с размерами L, В, М. Высота М столба 4 равна мощности пласта, его ширина В равна расстоянию между направленными (пластовыми) скважинами 2, а длина L соответствует размерам горного отвода. По своей длине столб делится на блоки 6, длина которых l, равна расстоянию между вертикальными скважинами 5. Таким образом, блок 6 имеет размеры l, В, М. Высота (мощность) нижнего слоя m=2-4 м.

Вертикальные скважины 5 пробурены через расстояние l=10-30 м с поверхности до кровли нижнего слоя 3 пласта по оси направленных скважин 2. Такое же расстояние принято и между направленными скважинами 2 (В=10-30 м).

Газификацию блока проводят в два этапа (см. фиг.2-5). На первом этапе газифицируют нижний слой 3, для чего перекрывают вертикальные скважины 5, а направленные пластовые скважины 2 используют для газификации, при этом одну из них используют для подачи дутья, а другую - для отвода газа, т.е. газификацию нижнего слоя 3 угля в блоке проводят по известной схеме, например, в соответствии с аналогом (патент Австралии № 540775). В процессе газификации нижнего слоя 3 пласта часть верхних слоев угля в блоке последовательно обрушается в полость выгазованного пространства.

На втором этапе производят газификацию оставшегося угля в блоке, для чего по обеим направленным пластовым скважинам 2 подают дутье, а две вертикальные скважины 5, находящиеся за линией остановленного огневого забоя 7 в выгазованном пространстве, открывают и используют их для отвода генераторного газа. Вместе с потоком дутьевого реагента огневой забой 7 распространяется в зону 8 обрушенного угля и в оставшиеся верхние слои и полностью газифицирует их. По мере газификации оставшейся части угля происходит обрушение пород кровли 9, которыми заполняется выработанное пространство. После окончания отработки блока начинают цикл работ в следующем блоке (см. фиг.6-9), для чего на первом этапе перекрывают вертикальные скважины 5, а подачу дутья и отвод генераторного газа при продолжении газификации нижнего слоя осуществляют по направленным (пластовым) скважинам 2. После отработки нижнего слоя пласта в очередном блоке осуществляют газификацию оставшихся запасов угля в нем, т.е. повторяют работы второго этапа. Таким образом, газифицируют весь угольный столб 4 между двумя направленными (пластовыми) скважинами 2, при этом мощность пласта может изменяться в любых пределах. В пределах горного отвода по угольному пласту одновременно можно газифицировать несколько столбов 4 с расположением огневых забоев 7 уступами и розжигом каждого забоя с помощью трещин гидроразрыва.

Предложенный способ позволяет иметь любое число действующих столбов 4, в зависимости от заданной производительности подземного газогенератора, и отрабатывать пласт полностью без оставления целиков.

Если угольный пласт является метаноносным, то перед началом газификации можно осуществить предварительную дегазацию его, используя системы пробуренных пластовых и вертикальных скважин.