способ подземной газификации угольных пластов

Формула изобретения

Способ подземной газификации угольных пластов, включающий бурение скважин с поверхности, подготовку и розжиг подземного газогенератора с отводом генераторного газа и попутной дегазацией вышележащего массива, отличающийся тем, что определяют положение первичных сводов разгрузки подрабатываемого массива подземным газогенератором, а дегазационные скважины бурят в вершины указанных сводов, причем расстояние между дегазационными скважинами В определяют по формуле

B=2(H-H_в)·ctg , м,

где Н - глубина залегания газифицируемого угольного пласта, м;

Н_в - глубина залегания верхнего пласта угленосной свиты, м;

- угол полных сдвижений подрабатываемого массива, град.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке методом подземной газификации свиты пологих и наклонных газоносных угольных пластов с ее попутной дегазацией с целью комплексного использования природных ресурсов углеметановых месторождений.

Известен способ комбинированной разработки свиты газоносных угольных пластов, включающий дегазацию с отсосом метана на одних панелях и газификацию угля на других, ранее дегазированных панелях, с последующим смешиванием метана с генераторным газом (патент РФ №2100588, кл. Е21В 43/295, опубликован в 1997 г.). Сущность известного способа заключается в том, что панели последовательно подвергают сначала дегазации, а затем газификации.

К недостаткам известного способа следует отнести то, что эффективность дегазации неразгруженного от горного давления пласта не превышает 15-20%.

Другим недостатком является то, что при проведении газификации над подземным газогенератором образуется зона разгрузки массива горных пород, имеющая повышенную газопроницаемость, а наличие избыточного давления в газогенераторе ведет к утечкам метана и газогенераторного газа на поверхность, снижая эффективность способа и ухудшая экологическую ситуацию.

Известен способ комплексной разработки угольных пластов, включающий частичное совмещение процессов дегазации и газификации через систему скважин (патент РФ №2251000, кл. E21F 7/00, заявлен 10.12.2003 г., опубликован в 2005 г., БИ №12). Сущность известного способа заключается в том, что по угольному пласту бурят с поверхности скважины и через них осуществляют гидродинамическое и огневое воздействие на угольный пласт с целью его разгрузки от горного давления, после чего в систему скважин нагнетают нейтральный газ и производят тушение воспламененной зоны, а затем начинают дегазацию. Процесс газификации осуществляют после окончания дегазации посредством повторного розжига и нагнетания дутья в направленные обсаженные скважины. Основным недостатком известного способа является низкая эффективность дегазации, т.к. термическая проработка скважин создает весьма небольшой радиус разгрузки пласта. Более того, газоносность отдельного пласта составляет лишь несколько процентов от газоносности всего месторождения, следовательно, основная часть ресурсов метана в разгружающемся, по мере выжигания рабочего пласта, массиве углегазоносных пород неизбежно теряется, создавая при его выходе на поверхность дополнительные экологические проблемы. Кроме того, известная технология предусматривает совмещение операций только на стадии подготовки, а процессы дегазации и газификации проводят последовательно. Это требует значительных затрат времени и оказывает отрицательное влияние на эффективность способа.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа газификации угольных пластов с их попутной дегазацией путем совмещения процессов газификации и дегазации с использованием при этом эффекта разгрузки массива при работе подземного газогенератора.

Предложен способ подземной газификации угольных пластов, включающий бурение скважин с поверхности, подготовку и розжиг подземного газогенератора с отводом генераторного газа и попутной дегазацией вышележащего массива.

Отличием является то, что определяют положение первичных сводов разгрузки подрабатываемого массива подземным газогенератором, а дегазационные скважины бурят в вершины указанных сводов.

Отличием является также то, что расстояние между дегазационными скважинами В определяют по формуле

В 2(Н-Н_в)·ctg , м,

где Н - глубина залегания газифицируемого пласта, м;

Н_в - глубина залегания верхнего пласта угленосной свиты, м;

- угол полных сдвижений подрабатываемого массива, град.

В основе предложенного способа используются геомеханические процессы, происходящие в подрабатываемом массиве при работе подземного газогенератора.

При движении огневого забоя за его линией образуется выгазованное пространство, заполненное обрушенными породами. По высоте этого пространства наблюдаются зоны беспорядочного, блочного и крупноблочного обрушения, переходящие в расслоение и сдвижение массива горных пород. Исследованиями динамики метанообильности выемочных участков установлено, что за линией забоя при отработке пласта с полным обрушением кровли формируются первичные своды разгрузки и обрушений, имеющие длину до 250 м в зависимости от типа кровли, и включающие их волнообразные последующие своды разгрузки и сдвижений с периодом до нескольких сотен метров. Интенсивность разгрузки массива в последующем своде меньше, чем в первичных. Соотношения периодов первичных сводов к последующим кратно 0,5 и соответствует принципу суперпозиции, т.к. каждый внешний свод охватывает два внутренних.

Данная закономерность используется в предложенном способе подземной газификации угольных пластов, что позволяет в 3-4 раза увеличить эффективность попутной дегазации и совместить процессы дегазации и газификации.

Сущность изобретения поясняется примером его осуществления и чертежами, где на фиг.1 приведена зависимость относительной метанообильности подрабатываемого массива при движении огневого забоя, на фиг.2 - схема осуществления предлагаемого способа газификации угольных пластов.

На фиг.1 точками обозначены замеренные значения динамической составляющей относительной метанообильности в момент, когда линия забоя находилась в створе данной точки.

Газифицируемую панель подготавливают дутьевыми 1 и газоотводящими 2 пластовыми скважинами направленного бурения, которые являются каналами газификации. Сбойку забоев каналов газификации осуществляют любым известным способом (направленной скважиной, гидроразрывом, фильтрационным прожигом и т.д.). Водоотлив осуществляют через вертикальную скважину, пробуренную на 50 м глубже залегания газифицируемого угольного пласта 3. Розжиг огневого забоя 4 производят через вертикальные скважины (не показаны), пробуренные в забои дутьевых.

По аналогии с ранее отработанными участками или на основании расчетов с учетом физико-механических свойств и стратиграфии углепородного массива определяют положение за огневым забоем первичных сводов разгрузки 5, образующихся выше зоны обрушения 6, высота которой может достигать 12·m, где m - мощность пласта. Кроме первичных сводов, при движении линии огневого забоя образуются и последующие своды 7, охватывающие первичные, интенсивность разгрузки в которых значительно меньше. Чтобы довести до максимального уровня эффективность попутной дегазации всего подрабатываемого массива горных пород, предлагается вертикальные дегазационные скважины 8 бурить в вершины первичных сводов разгрузки 5, т.е. в зоны максимального метаносбора. В этом случае основная часть метана, в т.ч. и пород первичных сводов разгрузки, создающего в процессе своего выделения из угля избыточное давление, будет затягиваться в дегазационные скважины 8, в которых с помощью газоотсасывающих установок 9 создают разрежение. В результате натурных наблюдений на шахтах Кузбасса установлено, что длина основания первичного свода разгрузки L достоверно определяется из выражения

L=2(Н-Н_в)·ctg , м,

где Н - глубина залегания газифицируемого угольного пласта, м;

Н_в - глубина залегания верхнего пласта угленосной свиты, м;

- угол полных сдвижений подрабатываемого массива, град.

Расстояние В между дегазационными скважинами 8 принимается при этом равным длине основания свода разгрузки L, причем первая из этих скважин располагается от начала выемочного столба на вдвое меньшем расстоянии.

При работе подземного газогенератора дутьевой реагент подают через дутьевые скважины 1 с помощью компрессорной установки 10. Генераторный газ из газогенератора выдают по газоотводящим скважинам 2, производят очистку его в высокотемпературном фильтре 11 и направляют в котел-утилизатор 12, из которого тепловую энергию передают потребителям, а охлажденный газ подают в магистральный трубопровод 13. В зоне огневого забоя 4 подземного газогенератора создается избыточное давление, поэтому неизбежны утечки генераторного газа через подработанный массив, которые также затягиваются в дегазационные скважины 8 и подаются вместе с метаном газоотсасывающими установками 9 в магистральный трубопровод 13. При снижении концентрации метана в дегазационных скважинах ниже кондиционной по условиям утилизации они отключаются от дегазационной системы во избежание образования взрывоопасных концентраций.

Полученную газовую смесь существенно большей теплотворной способности направляют для использования потребителю.

Предложенный способ позволяет в 3-4 раза повысить эффективность попутной дегазации.