способ комплексного освоения угольного месторождения

Формула изобретения

Способ комплексного освоения угольного месторождения, включающий бурение системы дутьевых и газоотводящих скважин, гидравлически связанных между собой по угольному пласту, осуществление через них гидродинамического воздействия с образованием зоны искусственных полостей и трещин и огневого воздействия на угольный пласт с образованием очага горения, перемещаемого от дутьевой скважины в сторону газоотводящей скважины, получение сырого генераторного газа, охлаждение его до температуры ниже температуры конденсации компонентов, входящих в состав сырого газа, и получение вместе с очищенным газом других полезных компонентов, отличающийся тем, что в пространстве между дутьевой и газоотводной скважинами бурят на равном расстоянии друг от друга ряд питающих скважин с поверхности в зону искусственных полостей и трещин, в очаг горения сначала по дутьевой, а потом по мере перемещения очага горения и по питающим скважинам подают пыль минерала, содержащего химически активный элемент, по выходе из газоотводящей скважины генераторный газ сепарируют, выделяя из него газообразные соединения ценных химических элементов и переводя их в жидкоподвижное состояние для извлечения ценных элементов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к комплексному освоению угольного месторождения при подземной газификации угля, и может быть использовано для получения продуктов подземной газификации угля, теплоносителя с заданными параметрами и в качестве способа попутной добычи ценных элементов.

Известен 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 [1]. Недостатком этого способа является то, что многие полезные компоненты, переходящие в процессе подземной газификации угля в газообразное состояние, в дальнейшем никак не улавливаются и не извлекаются, снижая тем самым эффективность освоения угольного месторождения.

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является способ комплексного освоения угольного месторождения, включающий бурение системы гидравлически связанных скважин, осуществление гидродинамического и огневого воздействия на угольный пласт, получение сырого генераторного газа, охлаждение его до температуры ниже температуры конденсации компонентов, входящих в состав сырого газа, и получение вместе с очищенным газом других полезных компонентов [2].

Недостатком прототипа является то, что из всего многообразия химических элементов, встречающихся в угольном веществе, лишь небольшое их количество полностью переходит в газообразное состояние при подземной газификации угля, например рений, селен, мышьяк, ртуть; именно эти элементы проще всего попутно добывать при подземной газификации угля. Многие другие элементы или не переходят в газообразное состояние или переходят, но в значительно меньшей степени, улавливание которой экономически нецелесообразно. Этот способ не позволяет активировать процессы перевода химических элементов в их соединения, пригодные для улавливания с газообразными продуктами подземной газификации угля, что снижает эффективность комплексного освоения угольного месторождения.

Целью изобретения является повышение эффективности комплексного освоения угольного месторождения за счет перевода ценных химических элементов, входящих в состав угольного вещества, в соединения, переходящие в газообразное состояние при подземной газификации угля, и попутной их добычи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе комплексного освоения угольного месторождения, включающем бурение системы дутьевых и газоотводящих скважин, гидравлически связанных между собой по угольному пласту, осуществление через них гидродинамического воздействия с образованием зоны искусственных полостей и трещин и огневого воздействия на угольный пласт с образованием очага горения, перемещаемого от дутьевой скважины в сторону газоотводящей скважины, получение сырого генераторного газа, охлаждение его до температуры ниже температуры конденсации компонентов, входящих в состав сырого газа, и получение вместе с очищенным газом других полезных компонентов, согласно техническому решению в пространстве между дутьевой и газоотводящей скважинами бурят на равном расстоянии друг от друга ряд питающих скважин с поверхности в зону искусственных полостей и трещин, в очаг горения сначала по дутьевой, а потом по мере перемещения очага горения и по питающим скважинам в очаг горения подают пыль минерала, содержащего химически активный элемент, на выходе из газоотводящей скважины генераторный газ сепарируют, выделяя из него газообразные соединения ценных химических элементов и переводя их в жидкоподвижное состояние для извлечения ценных элементов.

Способ поясняется схемой подготовки участка месторождения для подземной газификации угля.

В составе угольного вещества многих пластов содержатся ценные химические элементы, но концентрация их недостаточна для организации разработки таких пластов с целью извлечения ценных элементов. Другое дело - попутное извлечение ценных элементов при подземной газификации угля. Однако не все ценные химические элементы переходят в газообразное состояние при подземной газификации угля, например платина. В том же угольном пласте всегда содержится небольшое количество фтора, соединение которого с платиной, PtF₆ , кипит при температуре 68°C [3], т.е. переходит в газообразное состояние, и выходит с газообразными продуктами подземной газификации угля на дневную поверхность. Но количества фтора, входящего в состав угольного вещества недостаточно для перевода всей платины в подвижное состояние.

Идея предлагаемого способа состоит в том, чтобы доставить к очагу образования газообразных продуктов подземной газификации угля избыточное количество минерала, содержащего фтор (флюорит), для обеспечения перевода всей платины, входящей в состав угольного вещества пласта, в соединения с фтором, переходящие в газообразное состояние при температурах подземной газификации угля.

На участке, намеченном для осуществления подземной газификации угля, осуществляют направленное бурение дутьевой скважины 1 с поверхности до пласта и далее по пласту до границы участка. Затем от границы участка в обратном порядке осуществляют гидродинамическое воздействие на пласт методом гидроразрыва с образованием вокруг пластового участка скважины 1 зоны искусственных полостей и трещин. На границе участка осуществляют бурение с поверхности газоотводящей скважины 2, которой сбивают пластовый участок скважины 1 с дневной поверхностью. В пространстве между дутьевой 1 и газоотводящей 2 скважинами с поверхности на равном расстоянии друг от друга бурят питающие скважины 3, 4, 5, 6 в зону искусственных полостей и трещин. В питающих скважинах датчики температуры газов в зоне искусственных полостей и трещин.

Способ комплексного освоения угольного месторождения реализуется следующим образом. В пластовой части скважины 1 до питающей скважины 3 осуществляют огневое воздействие на пласт - создают очаг горения, который затем перемещают в направлении газоотводящей скважины путем подачи дутьевого воздуха с избыточным давлением по скважине 1 и отвода газообразных продуктов подземной газификации угля посредством создания разрежения в скважине 2. Положение очага горения на траектории его перемещения контролируют измерением температуры газов в питающих скважинах 3, 4, 5 и 6.

После розжига газогенератора (очага горения) по дутьевой скважине начинают подавать флюоритовую пыль (CaF₂), которая дутьевым воздухом под избыточным давлением доставляется не только в очаг горения, но и дальше - в зону искусственных полостей и трещин. Здесь из-за наличия большой площади поверхности флюоритовая пыль оседает и под действием высокой температуры от близкого очага горения CaF₂ взаимодействует с платиной, входящей в состав угольного вещества данного пласта, образуя гексафторид платины PtF₆, испаряющийся при температуре выше 68°C. Так как температура газообразных продуктов подземной газификации угля значительно выше, то гексафторид платины, двигаясь с продуктами газификации, выводится на дневную поверхность.

При подходе очага горения к питающей скважине 3 (это определяют по достижении максимальной температуры газов в указанной скважине) подачу флюоритовой пыли осуществляют по этой скважине, прекратив ее подачу по дутьевой скважине 1 и т.д.

Продукты подземной газификации угля, выданные на дневную поверхность по скважине 2, направляют в гидроциклон, в котором их сепарируют, растворяя соединения платины в воде. Далее раствор, содержащий соединения платины, направляют на извлечение самой платины.

Достигаемый эффект состоит в том, что способ позволяет получить не только ценное топливо - генераторный газ, но и сырье для получения ценного элемента - платины. Поскольку фтор - это очень активный химический элемент, взаимодействующий не только с платиной, но и другими химическими элементами, фториды которых также испаряются при температурах протекания процессов подземной газификации, то на выходе из гидроциклона будет получен раствор полиметаллической руды. Будет достигнуто наиболее полное извлечение из недр полезных ископаемых, а это и есть комплексное освоение месторождения. То есть заявляемый способ позволяет повысить эффективность комплексного освоения угольного месторождения.

Источники информации

1. Способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном углесжигании/ Патент РФ № 2100588, опубл. 1997.12.27 (аналог);

2. Способ комплексного освоения угольного месторождения/ Патент РФ № 2391508, опубл. 10.06.2010, бюл. № 16 (прототип);

3. Нараи-Сабо И. Неорганическая кристаллохимия. Издательство Академии наук Венгрии, Будапешт, 1969, с. 233.