Способ добычи горючих ископаемых
Сущность1 образующиеся при газификации зону и вмещающие горные породы отделяют от горючего газа и дополнительно нагревают до температуры диссоциации карбонатных пород. После этого их подвергают гравитационному обогащению, после чего из полученного концентрата извлекают полезные элементы. Газификацию при этом осуществляют плазмой с температурой 4000-5000 К. 3 ил. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 B 43/285
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и|@®щ
" К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4838409/03 (22) 12.06.90 (46) 15.12.92. Бюл. N 46 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И.Носова (72) Н;И,Иванов и А.В.Вачаев (56) Авторское свидетельство СССР N1278445,,кл. Е 21 В 43/22, 1980. Аренс В.Ж. Геотехнические методы добычи полезных ископаемых, с, 181 — 187. Изобретение относится к добыче топливно-энергетических ресурсов и может быть использовано для полной выемки углей, горючего сланца, твердых и жидких углеводородов из недр земли подземным способам с утилизацией продуктов газификации с извлечением из них сопутствующих минералов. Известны способы обработки угольных и нефтяных месторождений подземным;. способом путем газификации угольных пластов и нефтепродуктов в пористых коллекторах, включающие вскрытие продуктивной толщи скважинами, зажиганиеугля или нефти от специального запала. с подачей окислителя для окисления (газификации) угля или нефти, последующего отбора газов иэ газифицируемого пласта через скважины, пробуренные параллельно вскрывающей, сбора газа в сборные коллекторы-газопроводы и транспорта его потребителю. В известном способе газификации потери топлива достигают 30-60%, процесс за„, . Ж „„1781420 А1 (54) СПОСОБ ДОБЫЧИ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ (57) Сущность; образующиеся при газификации зону и вмещающие горные породы отделяют от горючего газа и дополнительно нагревают до температуры диссоциации карбонатных пород. После этого их подвергают гравитационному обогащению, после чего из полученного концентрата извлекают полезные элементы. Газификацию при этом осуществляют плазмой с температурой 4000-5000 К. 3 ил. 1 табл. жигания топлива и ведение огневого забоя представляет, вследствие недостатка информации о процессах горения, существенные трудности. Сопутствующие полезные ископаемые безвозвратно теряются в золе горелых пород, извлечение которых практически невозможно. Сама газификация, как правило, связана с экологическим загрязнением газами из огневого забоя, по трещинам достигая поверхности и поступая в атмосферу, Газификация мощных месторождений приводит к обрушению поверхности, выводя из оборота большие участки плодородных земель, Наиболее близким к заявляемому решению по своей технической сущности является способ подземной переработки углей и жидких углеводородов (в дальнейшем — горючие ископаемые), включающий вскрытие. подготовку и нарезку продуктивной толщи и газификацию запасов горючих ископаемых путем зажигания их, подвода окислителя к . огневому забою, газификации горючих ис1781420 копаемых до состава генераторного газа, отвода газа от огневого забоя, сбор газа в магистральные газопроводы и выдачу его на поверхность с дальнейшим использованием в качестве топлива или химического сырья. Способ характеризуется селективным извлечением углеродсодержащих горючих полезных ископаемых с переводом их в газообразное состояние при подводе к огневому забою окислителя. — кислорода воздуха. Недостатки способа заключаются в существенных потерях горючих ископаемых, достигающйх 70, особенно при газификации маломощных с пережимами угольных пластов или мэлопористых углеводородосо. держащих пород коллекторов, потери в которых достигают 30-50 . Потери готовой продукции — газа через тектонические разломы, сбросы, надвиги и другие, в том числе и техногенные, геологическйе нарушения земной коры трудно поддаются учету, ориентировочно они могут достигать тех же величин, что и потери в недогоревших забоях. Недостатком способа-прототипа является необходимость ведения буровзрывных работ, применение комбайновой выемки, конвейерного и рельсового транспорта в процессе подготовки месторождения к выемке. Крупный недостаток способа — зараже- ние атмосферы выделяющимися по трещинам газами, обрушение поверхности земли, потеря попутйых минералов и руд с золой и горелыми землями. Получаемые продукты от подземной газификации горючих ископаемых имеют низкую теплоту сгорания, могут быть использованы в качестве энергетического топлива, Целью изобретения является повышение эффективности добычи за счет сокращения потерь горючих ископаемых и использования попутных минералов и вмещающих пород. Поставленная цель достигается тем, что способ добычи горючих ископаемых, включающий вскрытие залежи полезного ископаемого, подготовку выемочных блоков, газификацию полезного ископаемого со сбором полученного горючего .газа в сборный коллектор и последующую закладку выработанного пространства, отличающийся тем, что образовавшуюся при газификации золу и вмещающие горные породы отделяют от горючего газа и дополнительно нагревают до температуры диссоциации карбонатных пород, после чего подвергают гравитационному обогащению с последующим извлечением из полученного концентрата полезных элементов, при этом газификацию осуществляют плазмой с температурой 4000-5000 К, а хвосты обогащения направляют на изготовление бетона для закладки выработанного пространства. На фиг, 1 изображена схема вскрытия, подготовки и выемки горючих ископаемых для осуществления заявляемого способа; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3— схема очистного механизированного комплекса, используемого для осуществления заявляемого способа. Месторождение горючих ископаемых— угля 1, битуминозных песчаников 2 и нефте10 15 газовой залежи 3, вскрыто наклонными стволами 4 и 5, расположенных на расстоянии 3-5 км по простиранию. Через 500...1000 м стволы сбиты между собой горизонтальными выработками 6, 7, 8 и 9. Из тые между собой концентрационными штреками 12 и 13, штреком 14, где размещают ремонтные и энергетические подразделения предприятия (не показаны). Квершлаги 11 сбиты между собой штреками 15, из которых пройдены развитые по высоте камеры для размещения химических перерабатывающих цехов (не показаны). Из горизонтальных выработок 6, 7 и 8 30 пройдены подготовительные этажные квершлаги 16, 17 и 18 сбитые этажными штреками 19, 20, 21, 22; 23. Этажные выработки сбивают между собой восстающими 24, 25, 26, 27, 28, 29, из которых развертывают очи35 стные работы слоями вкрест простирания 30, 31, 32, 33 очистными механизированными комплексами 34, получающими питание от энергоустановок (не показано), размещенных в штреке 14 или от поверхностной 40 тепловой электростанции 35, снабжаемой горючим газом по магистрали 36. Наклонные стволы 4 и 5 герметизируют вентиляционными перемычками 37. 45 Углеводородное сырье из залежи 3 по трубопроводам 38 компрессором 39 перекачивают в камеры 15, Очистные выработки герметизируют парусными вентиляционными перемычками 40. Схема очистного механизированного комплекса (фиг. 3) включает в себя высоко50 температурный рабочий орган 41, снабженный плазменными нагревателями 42 пород 3 груди забоя 43. Рабочий орган соединен с термокамерой 41, совмещенный с камерой гравитационного обогащения 45, откуда концентрат передают на дальнейшую переработку, а легкую фракцию передают на бе55 тонорастворный узел 46, соединенный с пневмонагнетэтелем 47, подающим бетон20. последней в фундаменте месторождения 10 пройдены капитальные квершлаги 11, сби1781420 ную массу или за опалубку 48, или в.закладку 49. Изобретение иллюстрируется следующим примером конкретного выполнения заявляемого способа добычи горючих 5 ископаемых. После вскрытия, подготовки и нарезки, выемочных участков, монтажа очистного механизированного комплекса 34, оснащенного плаэмотронами 42 (рис. 3) мощностью 30-60 10 Мвт, разработанными энергетическим институтом СО АН СССР. Из восстающих 24, 26. 28.(рис, 1) осуществляли обработку груди очистного забоя 43 (рис. 3) слоями 30, 31, 32, . 33 снизу-вверх. Выемку запасов углей и угле- 15 родсодержащего сырья вели высокотемпературной газификацией с получением горючего газа, для этого воздействовали высокотемпературной плазмой, плазмотронов 42, имеющих температуру плазмы 4000- 20 5000К на углеродсодержащие и углеводородсодержащие породы 3. Полученный горючий газ компрессорной установкой 39 через термокамеру 44 направляют в сборный коллектор — трубопроводы 30, 33. Обра- 25 зовавшиеся золу и вмещающие породы вместе с горючим газом также направляли в термокамеру 44. Причем золу и вмещающие породы в термокамере 44 дополнительно нагревали до температуры 1500К 30 специально установленным там плазмотроном мощностью 30 МВт, где частично оплавляли и восстанавливали до чистьи металлов. Термокамера 44 термоизолирована каолиновой или минеральной ватой; термо- 35 стойкость которой не ниже 1610К. Термообработа н ную дегазированную массу из камеры 44 направляли в камеру гравитационного обогащения 45, где в установленных центробежных сепараторах-раз- 40 делителях производительностью 2» 10зм /с,. осуществляли разделение подо гретои в камере 44 массы на тяжелую и легкую фракцию, Тяжелую фракцию направляли для получения чистых металлов мине- 45 ралов в камеры штрека 15 и подвергали ее высокотемпературной обработке, например, в плазменных печах (не показаны). К плазменным печам доставку полученного концентрата осуществляли самоходным 50 транспортом. Осталь ную породу — x восты (легкую фракцию) — передавали на бетонорастворный узел 46, оборудованный бетономешалками емкостью 100-150 л. В 55 бетонорастворный узел 46 из цехов, размещенных в выработках 15, подавали связующие (полиуретановые, зпоксидные смолы и т.п.). Готовую смесь пневмонагнетателями 47 подавали на опалубку 48, образуя крепь выработки или закладочный массив в очистном пространстве. Горючий газ из трубопроводов 30, 33 подавали или в качестве топлива по трубопроводу 36 для сжигания в котлах 35 теплоэлектростанции, куда из-sa вентиляционной перемычки 37 забирают воздух для подачи в топки котлов (на черт. 1 не показано), или подавали по магистрали 38 по выработке и на переработку в подземные химические цехи 15 (фйг, 1). Производительность комплекса 34. оснащенного плазмотронами мощностью 30...60 мВт, составляла до 50 м в 1 ч угольного, углеводородсодержащих пород и йрилегаемых пустых пород. Часовая производительность комплекса по выработке горючего газа — до 10 тыс.м, выходу з концентрата тяжелых металлов (тяжелая фракция) — до 10 т/ч, бетона -до 20 м /ч для . крепления и 30м /ч — закладки выработанз ного пространства. То, что в предлагаемом решении выемку углей и углеродсодержащего сырья ведут высокотемпературной газификацией с получением горючего газа, который направляют в сборный коллектор исключает применение буровзрывных работ, комбайновой выемки, конверторного и рельсового транспорта с заменой последнего в заявляемом решении трубопроводным, что исключает распространение полученного горючего газа по трещинам и способствует сокращению потерь горючего газа, что сокращает расходы на добычу и исключает загрязнение окружающей среды. Нагрев до- температуры диссоциации карбонатных пород образовавшихся золы и вмещающих пород и гравитационное обогащение с последующим извлечением из полученного концентрата полезных элементов исключают потери попугных минералов и руд, из которых извлекают металлы и другие элементы, что также снижает расходы на добычу; То, что из оставшихся пустых пород приготавливают бетон для крепления выработок и закладки выработанного простран,ства, ведет к сокращению расходов на добычу, исключает заражение атмосферы выделяющимися по трещинам газами, обрушение поверхности земли. Положительный эффект от заявляемого способа складывается из полной газификации углерода — и углеводородсодержащих материалов из полезных ископаемых и за счет исключения потерь горючего газа, мигрирующего по тектоническим трещинам, выходящим на поверхность и заражающим атмосферу. Обработка прилегающих вмещающих пород и золы в термокамере при их дополнительном нагреве до температуры диссоциации карбонатных пород заменяет 1781420 Способ Статья расходов П ототип Подземная. газификация угля; тыс.руб. Добыча углеводородного сырья, тыс.руб. Потери от.неполноты извлечения, тыс.руб. Потери от недополучения попутных элементов, тыс.руб. Экономия средств за счет ликвидации химпредприятий по переработке генераторного и углеводородных газов, тыс.руб. Потребление электроэнергии из вне, тыс.руб, Затраты на рекультивацию земель и обеспечение экологической чистоты охо от амо тиза ии подземных вы аботок П е лагаемый 8400 3680 1270 4340 100,0 747 542 84,5 21,6 43,5 измельчение их в мельницах. Гравитационное обогащение позволяет разделить тяжелую металлическую (или оксидную) фракцию. в виде порошка, поступающего на переработку для получения металлов или сплавов, позволяя извлекать сопутствующие металлы и минералы без строительства специальных обогатительных фабрик. Положительный эффект от использования хвостов гравитационного обогащения заключается в исключении- подачи в шахту бетонных смесей. Состав хвостов удовлетворяет по качеству (активность-до 0,9, крупность -0,1) удовлетворяет требованиям, предьявляемым к бетонам на цементе марки 400, схватившаяся масса обладает прочностью до 2.5 МПа, водопроницаемостью 0.03, коэффициентомтеплопроводйости у-0,48...0,56 8т/(м.к.). Расчетная коррозионная стойкость 2...3 мм в год, а при добавках полиуретайа- до 1,5 мм. Дополнительный положительный эффект создается за счет сжигания выделяющихся в атмосферу шахты горючих газов в топках тепловой электростанции, куда газовоздушная смесь, представляющая собой вентиляционный выбросной воздух из шахты, подаЮт как воздушное дутье. Предлагаемый способ обеспечивает по сравнению с прототипом повышенный выход газа при подземной газификации углей, полное извлечение углеводородного сырья из месторождений нефти, газового конденсата, природных асфальтитов, битумов и т.н. углеводородов с попутным извлечением содержащихся в золе; —.вмещающих породах металлов, в том числе щелочных, резкоземельных и тугойлавких. Экономическая эффективность. предлагаемого решения, рассчитанная для поеа-. приятия, добывающего 100000 м /сутки генераторного газа от газификаций углей 5 или 100000 м /сутки углеводородных газов с их химической переработкой, оценивается следующими цифрами (в расчете на год), приведенными в. таблице. Предлагаемый способ обеспечивает 10 кроме того устранение загрязнений окружающей среды газами, сопровождающими подземную газификацию углей и переработ-. ку углеводородного сырья на поверхностных химических заводах, что имеет место в 15 прототипе, Формула и зоб рете н и я Способ добычи горючих ископаемых, включающий вскрытйе залежи полезного ископаемого, подготовку выемочных бло20 ков, газификацию полезного ископаемого со сбором полученного горючего газа в сборный коллектор и.последующую закладку выработанного пространства; о т л и ч аю шийся тем; что, с целью повышения 25 эффективности добычи за счет сокращения потерь горючих ископаемых и использова-. ния попутных минералов и вмещающих пород. образовавшуюся при газификации эолу и вмещающие горные породы отделяют от 30 горючего газа и дополнительно нагревают до температуры диссоциацйи карбонатных пород, после чего подвергают гравитационному обогащению с последующим извлечением из полученного концентрата полезных 35 элементов, при этом газификацию осуществляютт плазмой с температурой 4000-5000К, а хвосты обогащения направляют на изготовление бетона для закладки выработанного пространства. 1781420 1781420 па Фиг,2 Составитель А, Вачаев Техред М,Моргентал Корректор С. Юско Редактор. Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 4262 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5
