Способ закладки выработанного пространства при подземной газификации твердого топлива

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для добычи полезных ископаемых подземной газификацией. Способ закладки выработанного пространства при подземной газификации включает бурение скважин, сбойку их между собой, розжиг пласта, перевод топлива в газ с получением генераторного газа и тампонаж обрушенных горных пород подработанной газификацией толщи подачей закладочного материала по скважинам. Новым является то, что скважины для подачи закладочного материала бурят с разветвленной или одинарной горизонтальной частью, которую располагают в непосредственной кровле пород пласта твердого топлива выше ее горизонтальной оси, подают закладочный материал с помощью сжатого воздуха для закладки выработанного пространства при обрушении пород непосредственной кровли на удалении от огневого забоя и создают условия для проведения работ по закладке выработанного пространства независимо от подземной газификации угля. 10 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых геотехнологическими способами.

Известен способ подземной газификации угля, оставленного после подземной отработки с посадкой кровли, включающий тампонаж подработанной толщи горных пород, бурение скважин, подачу дутья розжиг пласта, получение генераторного газа [1] В качестве основного недостатка этого способа является отсутствие закладки выработанного пространства, и на этой основе, возможны провалы и просадки земной поверхности, утечки газа, вынос конденсата подземными водами.

Наиболее близким техническим решением является способ подачи дутья и закладочного материала, включающий бурение скважин, сбойку их между собой, розжиг пласта полезного ископаемого, перевод топлива из твердого состояния в газ, получение генераторного газа и тампонаж обрушенных горных пород подработанной газификацией толщи горных пород, для чего осуществляют подачу в указанную толщу закладочного материала по скважинам [2] Целью изобретения является повышение эффективности закладки выгазованного пространства и предотвращение провалов и просадок земной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что разветвленную или одинарную горизонтальную часть ориентированной скважины бурят по породам непосредственной кровли выше горизонтальной оси этого слоя, по которой затем нагнетают пневмогидравлическим способом закладочную смесь и обеспечивают закладку выработанного пространства на некотором удалении от огневого забоя за счет зависания пород кровли, предопределяющей независимую работу процесса газификации и закладки выработанного пространства, снижая или ликвидируя при этом просадки и провалы земной поверхности.

При залегании в массиве горных пород устойчивой непосредственной кровли, обрушающейся с отставанием от огневого забоя во времени и пространстве, гидрозакдадочную смесь нагнетают принудительно-пневматическим способом в пространство между обрушенными породами и зависающей основной кровлей.

Наличие же среднеустойчивой непосредственной кровли предопределяет подачу в пространство между обрушенными и зависшими породами твердеющей закладки из термостойкого расширяющегося пенобетона принудительно-пневматическим способом.

При залегании в непосредственной кровле слабоустойчивых и неустойчивых пород предусматривают закладку выработанного пространства мелкодисперсным пылевидным материалом с помощью воздушного дутья.

Чтобы гидрозакладочная смесь не проникла в зону газификации и не подавляла процесс ПГУ, закладочную смесь подают с перерывами (непостоянно), а воздух нагнетают беспрерывно, обеспечивая при этом очистку скважины от остатков закладочной смеси. Далее этот воздух, нагревшись от окружающих горячих пород и твердеющей закладочной смеси, попадает в зону газификации, где он участвует в интенсификации процесса ПГУ.

Для повышения эффективности процесса ПГУ, раскройку поля газификации осуществляют таким образом, чтобы удлиненная часть подземного газогенератора (участка ПГУ) располагалась по падению пласта полезного ископаемого. Благодаря этому закладочный материал, поступающий в выработанное пространство, самотеком под уклон заполняет пустоты. Это исключает проникновение воды или гидросмеси в зону газификации и подавление процесса ПГУ.

Во избежание преждевременной закупорки скважин затвердевшим цементным камнем или пневмогидросмесью закладочный материал подают по вращающемуся и перемещающемуся к устью скважины трубопроводу (буровой колонне труб). При этом конец буровой колонны труб перемещают с некоторым опережением линии огневого забоя.

Если гидрозакладочная смесь или вода все же попадет в зону газификации, то она окажет отрицательное воздействие на процесс ПГУ. В этом случае необходимо прекратить подачу закладочной смеси в выработанное пространство. Момент прекращения подачи закладочного материала в выработанное пространство определяют по скачкообразному ухудшению концентрации горючих компонентов в газе ПГУ, определяемому текущим контролем на газоанализаторе.

Применение постоянной (без перерывов) подачи воздуха в зону закладочных работ позволяет осуществить регулирование температурного режима твердения гидрозакладочной интенсивной вентиляционной струи.

Одновременно с этим регулируют также температурный режим твердения гидрозакладочной смеси, подаваемой в высокотемпературное поле обрушенных горячих пород путем введения низкотемпературных вяжущих со специальными добавками, вызывающими эндотермические процессы в закладочной смеси.

Герметизация подземного газогенератора за счет высокой температуры и повышенного давления и на этой основе фильтрации раскаленных газов в массив боковых пород и оплавления поверхности массива пород ликвидирует утечки газа ПГУ, поступление подземных вод в зону газификации, а также вынос водами конденсата за пределы этой зоны, при этом возрастает эффективность процесса ПГУ.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известных тем, что разветвленную наклонно-горизонтальную (ориентированную) скважину бурят не по пласту полезного ископаемого, а в породах непосредственной кровли выше горизонтальной оси слоя. По этим скважинам подают в выработанное пространство пневмогидравлическим способом закладочный материал, попадающий в это пространство с обрушаемыми породами на некотором удалении от огневого забоя, обеспечивая при этом независимость процессов закладки и газификации. Применение гидропневмозакладки снижает или ликвидирует оседание поверхности земли над выработками.

В зависимости от обрушаемости пород непосредственной кровли закладку выработанного пространства производят дифференцированно гидросмесью, твердеющей закладкой и пневмоспособом. При этом гидрозакладочную смесь подают в выработанное пространство с перерывами, а воздушное дутье нагнетают в эти же скважины постоянно это способствует очистке скважин от останков закладочного материала и повышению КПД газификации за счет участия этого дополнительного воздушного дутья в процессе ПГУ, предварительно подогретого от контакта с горячими обрушенными породами.

Раскройка поля газификации с учетом угла падения пласта полезного ископаемого и расположения удлиненной части подземного газогенератора по падению пласта способствует повышению эффективности закладочных работ. При этом применение вращающейся и перемещающейся буровой колонны труб с некоторым опережением огневого забоя повышает надежность закладочных работ за счет ликвидации преждевременной закупорки скважин твердеющей закладкой из термостойкого расширяющегося пенобетона.

Одновременно с этим предусмотрено регулирование подаваемого объема закладочного материала по текущему контролю за составом газа ПГУ, а температуру твердения закладочного материала снижают интенсивной вентиляционной струей дутья, подаваемой по закладочной скважине в периоды прекращения подачи закладочного материала, а также применением низкотемпературных вяжущих с добавками, снижающими температуру твердения закладочной смеси.

Применение же технологии ПГУ с использованием загерметизированных газогенераторов знаменует собой новый шаг в развитии процесса подземной газификации угля.

Таким образом, сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с известными техническими решениями показывает, что пневмозакладка выработанного пространства с транспортированием закладочного материала по ориентированной неразветвленной скважине, с пробуренной горизонтальной частью в плоскости пласта, известна. Наше же техническое решение предусматривает реализовать закладку выработанного пространства более совершенным способом: горизонтальная часть ориентированной разветвленной или одинарной скважины бурится параллельно пласту полезного ископаемого в породах непосредственной кровли. В зависимости от класса этих пород по обрушаемости осуществляется закладка выработанного пространства тремя способами: гидро-, пневмо и твердеющей закладкой в комбинации с воздушным дубьем и чередованием подачи гидрозакладки и воздушного дутья. Причем важной отличительной особенностью нашего решения является попутное использование дутья и специальных добавок к низкотемпературным вяжущим для температурного регулирования режима твердения закладочного материала.

Правильное расположение подземного газогенератора с учетом падения пласта и применение вращающегося бурового става труб в качестве трубопровода для нагнетания закладочной смеси улучшает эффективность закладочных работ и сам процесс подземной газификации полезного ископаемого газа за счет герметизации выработанного пространства.

Вышеприведенные особенности позволяют, по сравнению с известными решениями, осуществлять закладку выгазованного пространства вне прямой связи с процессом газификации за счет обрушения пород, спустя некоторое время после подвигания огневого забоя, и на этой основе проводить закладку материала за зоной огневых работ. Это, несомненно, улучшит экономическую обстановку в зоне газификационных работ за счет снижения, а в отдельных случаях и ликвидации просадок и провалов земной поверхности.

При рассмотрении других известных решений признаки подачи закладочного материала по одинарным или разветвленным скважинам, пробуренным в породах непосредственной кровли пласта полезного ископаемого, дифференциация закладки выработанного пространства с учетом механических свойств и структурных особенностей пород кровли, влияющих на развитие процессов обрушения, модификация пневмо- и гидрозакладки, контроль за эффективностью закладки по составу горючих компонентов в газе ПГУ, температурное регулирование режима твердения закладочного массива, расположение подземного газогенератора по падению пласта, использование вращающегося и перемещающегося с некоторым опережением от огневого забоя трубопровода для транспортировки закладочного материала в выработанное пространство, а также герметизация подземного газогенератора, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Изобретение иллюстрируется схемами на фиг. 1 и 2, где эксплуатационные ориентированные скважины 1, закладочный трубопровод (буровая колонна труб) 2, закладочная ориентированная скважина 3, поверхность земли 4, покрывающая толща пород 5, непосредственная кровля 6, горизонтальная часть закладочной ориентированной скважины 7, разветвленные закладочные ориентированные скважины 7^I и 7^II, одинарные закладочные ориентированные скважины 7^III и 7^IV, основная кровля 8, закладочный материал 9, обрушенные породы в выработанном пространстве 10, почва угольного пласта 11, аэродинамическое пространство огневого забоя 12, огневой забой 13, угольный пласт 14, горизонтальная ось слоя непосредственной кровли угольного пласта 15.

Изобретение реализуется следующим образом.

Параллельно эксплуатационным (нагнетательным и газоотводящим) скважинам на некотором удалении бурятся закладочная разветвленная или несколько одинарных ориентированных скважин. Горизонтальные части этих скважин проходят по слою непосредственной кровли выше его горизонтальной оси. По этим скважинам в выработанное пространство подают закладочный материал с транспортированием в зону обрушенных пород тремя способами: гидро-, пневмо-, твердеющей закладкой из термостойкого расширяющегося пенобетона в комбинации с воздушным дутьем и чередованием подачи гидрозакладки и воздушного дутья. При этом воздушное дутье, подаваемое по закладочным скважинам, используется попутно для охлаждения слоя закладочного материала, а далее участвует в процессе газификации с основным дутьем, поступающим по эксплуатационным скважинам, содействуя при этом интенсификации процесса ПГУ.

Ориентация подземного газогенератора по падению пласта позволяет повысить эффективность закладочных работ и улучшить процесс ПГУ. А применение вращающегося трубопровода из става буровых труб улучшает процесс транспортировки закладочного материала в выработанное пространство. При этом конец трубопровода перемещают с опережением огневого забоя. Одновременно с целью снижения температуры твердения закладочного материала, поступающего в зону горячих обрушенных пород, применяют низкотемпературные вяжущие материалы для регулирования режима твердения закладочной смеси.

Такая технологическая схема закладки выработанного пространства создает условия для подачи гидросмеси в зону обрушенных пород вне зависимости от процесса подземной газификации. Это связано с тем, что обрушение пород и закладка материала ведется на некотором удалении от огневого забоя за счет зависания пород. В результате этого закладочный материал подают не в аэродинамическую зону огневого забоя (это ведет к ухудшению процесса ПГУ), а на некотором удалении от него. Благодаря этому эффективность закладки выработанного пространства возрастает, что скажется на снижении или ликвидации просадок и провалов земной поверхности. Создание герметичного газогенератора предопределяет повышение эффективности ПГУ и улучшение экологической обстановки.

Пример выполнения изобретения.

С поверхности земли 4 в непосредственной близости друг от друга бурят ориентированные эксплуатационные 1 и закладочные скважины 3. Эксплуатационные скважины служат для организации процесса ПГУ путем подачи дутья по одним скважинам и отвода образующегося газа по другим. Горизонтальная часть этих скважин пробурена в плоскости угольного пласта 14. Ориентированные скважины 3 предназначены для подачи закладочного материала 9. Горизонтальная часть этих скважин 7 пробурена в верхнем слое породы непосредственной кровли выше горизонтальной оси 15. По мере газификации и подвигания огневого забоя 13 размеры консольной плиты устойчивых слоев непосредственной кровли 6 увеличиваются и в некоторый момент начинается обрушение нижнего слоя породы, расположенного ниже горизонтальной оси 15. Обрушенная порода нижнего слоя подбучивает верхний слой с находящейся здесь скважиной 7. В результате этого порода верхнего слоя обрушается на ранее обрушенные породы и вместо с закладочным материалом 9 заполняет пространство между основной кровлей 8 и обрушенными породами нижнего слоя 10.

При наличии в непосредственной кровле 6 среднеустойчивой породы размеры зависающей консольной плиты будут незначительны. В этом случае закладочная гидросмесь может попадать в аэродинамическое пространство огневого забоя 12 и резко ухудшать процесс газификации за счет понижения температуры процесса ПГУ. Избежать этот нежелательный процесс можно путем применения в качестве закладочного материала твердеющей закладки из термостойкого расширяющегося пенобетона. Такая закладка быстро твердеет, а аэродинамическое пространство 12 остается свободным для прохода дутьевых потоков. При этом температурный режим процесса ПГУ не нарушается.

При залегании же в непосредственной кровле неустойчивой или слабоустойчивой породы, обрушение ее происходит очень быстро и гидрозакладочный материал будет попадать в аэродинамическое пространство, нарушая при этом нормальный процесс ПГУ. Поэтому следует отказаться от гидро- и твердеющей закладки. Применение же нагнетания воздушного дутья с мелкодисперсным закладочным материалом обеспечит удовлетворительную закладку выработанного пространства и при этом не будет нарушать процесс газификации в связи с тем, что закладочный материал, поступающий в зону ПГУ, быстро нагреется от процесса ПГУ.

Гидрозакладочный материал 9 подает в выработанное пространство самотечно-пневматическим способом. Этот способ доставки заключается в том, что в наклонной части ориентированной закладочной скважины 3 смесь движется самотеком (под действием гравитации) и с помощью воздуха, поступающего в закладочный трубопровод 2 через специальные пневмоврезки (отрезки труб), вмонтированные под углом 20-30^o к продольной оси закладочного трубопровода и направленные в сторону движения закладочной смеси. Пневмоврезки соединяются гибким шлангом с магистралью сжатого воздуха, при этом скорость движения закладочной смеси резко возрастает (до 10 20 м/с). На горизонтальном участке ориентированной скважины смесь движется порционно под воздействием энергии сжатого воздуха. Пузырьки воздуха обеспечивают перемещение гидросмеси на горизонтальном участке закладочного трубопровода.

Самотечно-пневматическая закладка позволяет производить прерывные закладочные работы. При прекращении подачи закладочной смеси горизонтальный участок трубопровода очищается от смеси за счет воздуха, поступающего из пневмоврезок, благодаря этому закупорки закладочного трубопровода не произойдет. Одновременно с этим, воздух поступает и в выработанное пространство от соприкосновения с горячими породами и смесью, а затем в аэродинамическое пространство 12, где интенсифицирует процесс подземной газификации угля на зеркале огневого забоя 13. В результате этого увеличивается концентрация горючих компонентов в газе ПГУ и его теплота сгорания.

С учетом бурения горизонтальной части закладочный материал подается в наивысшую точку выработанного пространства 10 и этим обеспечивается его заполнение и растекание в горизонтальной плоскости слоя закладочной смеси.

В условиях пологого залегания угольного пласта 14 обеспечение полноты заполнения выработанного пространства может быть достигнуто путем правильной раскройки поля газификации и расположения подземного газогенератора (участка газификации) по падению пласта с таким расчетом, чтобы выработанное пространство 10 постоянно находилось ниже (под уклоном) огневого забоя 13. В этом случае закладочная смесь будет растекаться под уклон в противоположную сторону от огневого забоя. При этом очень важно отметить, что наличие уклона в сторону выработанного пространства предотвращает поступление воды из гидрозакладочной смеси или гидрозакладочного материала в зону газификации 12.

Доставка закладочной смеси в выработанное пространство осуществляется по буровой колонне труб 2 и транспортируется в выработанное пространство самотечно-пневматическим способом в состоянии золя. Поддержание закладочной смеси в состоянии золя в процессе ее транспортирования осуществляется непрерывным вращением и перемещением закладочного трубопровода от забоя скважины 7 к ее устью. Использование вращающейся и перемещающейся буровой колонны труб предотвращает закупорку закладочной скважины преждевременно затвердевшим цементным камнем или гидро-, пневмосмесью. При этом очень важно, чтобы противоположный конец закладочного трубопровода 2, находящийся в горизонтальной части скважины 7, перемещался к устью скважины 3 с опережением огневого забоя 13. Благодаря этому непосредственная кровля пласта не будет удерживаться этим трубопроводом, в результате чего будет обеспечено обрушение пород в зоне выработанного пространства. На участке между концом трубопровода 2 и выработанным пространством 10 гидрозакладочная смесь будет транспортироваться по скважине 7. В выработанном пространстве гидросмесь вместе с обрушенной породой непосредственной кровли заполняет пустоты и подбучивает основную кровлю. В результате этого вышележащий массив горных пород не деформируется и поверхность не проседает (или имеются незначительные просадки).

Закладочные ориентированные скважины 3 бурятся по двум технологическим схемам. Первая схема предусматривает бурение разветвленных скважин 3-7^I-7^II. Из фиг. 2 видно, что в центре спаренного подземного газогенератора бурится один ствол скважины 3, затем траектория ствола искривляется с одновременным отклонением от первоначальной оси и далее бурятся последовательно скважина 7^I, а затем 7^II. На каждый газогенератор в дальнейшем бурится одна искривленная скважина. В зависимости от необходимого количества подземных газогенераторов бурят требуемое количество закладочных искривленных скважины 7^I.7^II. 7ⁿ.

По второй схеме на каждый газогенератор бурят по одной закладочной ориентированной скважине 7^III, 7^IV и т. д. При n-м количестве подземных газогенераторов бурят n-е число ориентированных закладочных скважин.

В отдельных неблагоприятных условиях в зону газификации 12 может попадать гидрозакладочный материал или затекать вода из гидросмеси, закачанной в выработанное пространство 10. В этом случае произойдет охлаждение процесса подземной газификации угля, влекущее за собой снижение выхода горючих компонентов в газе ПГУ (CO, H₂, CH₄) и рост балластного газа CO₂, которые определяются по текущему контролю концентрации газов ПГУ на газоанализаторе. В связи с этим предусматривают быструю остановку процесса закладки. Воздух же из пневмоврезок продолжает поступать в ориентированную закладочную скважину, обеспечивая при этом очистку буровой колонны труб и концевого участка скважины от остатков гидрозакладочного материала.

Через определенный период времени процесс закладки выработанного пространства опять возобновляется.

На формирование закладочного массива 9 в обрушенных горячих горных породах 10 оказывает влияние тепловыделение, интенсифицирующее быстрое твердение смеси в начальный период за счет процесса гидратации вяжущего. Нарастание прочности закладочного массива при сжатии происходит тем интенсивнее, чем выше его температура в процессе твердения. Но в дальнейшем высокая температура отрицательно сказывается на твердении. Нужно принудительное охлаждение. К организационным мерам регулирования теплообмена следует отнести обдув поверхности слоя закладочного массива интенсивной вентиляционной струей воздуха, поступающего из пневмоврезок в выработанное пространство в период остановки процесса закладочных работ. При этом достигается положительный эффект уменьшение срока твердения и упрочнения поверхностного слоя закладочного массива.

К перспективным способам управления температурным режимом твердения закладочного материала следует также отнести применение низкотемпературных вяжущих за счет специальных пластифицирующих добавок КСДБ, вызывающих эндотермические процессы в закладочном массиве.

Закладочная смесь подается по поверхностным трубопроводам с помощью бетононагнетателя и далее сжатым воздухом в выработанное пространство порциями по 1,5-2,0 м³. Состав твердеющей смеси на 1,0 м³: цемент марки М400 140 кг, золошлаки 1500 кг, вода 320 л. Управление закладочным комплексом автоматическое. На блок управления задаются требуемые расходы заполнителя, цемента и воды для получения закладочной смеси необходимой плотности, обеспечивающей при твердении получение массива заданной нормативной прочности и транспортабельности смеси по колонне буровых труб 2.

Ликвидация утечек газа и вынос конденсата ПГУ из отработанных подземных газогенераторов обеспечивается их герметизацией за счет термического упрочнения поверхностных слоев боковых пород кровли и почвы. Термический способ упрочнения пород основан на интенсивном и продолжительном воздействии на них высоких температур процесса ПГУ. В результате породы частично или полностью изменяют свои свойства, превращаясь в искусственный камень.

Высокая температура процесса ПГУ (1100-1300^oС и повышенное давление дутья в подземном газогенераторе приведет к проникновению горячего воздуха и газов в поры и трещины в приповерхностные слои основной кровли и пород почвы. В результате этого эти породы изменяют свои физико-механические свойства, становясь в некотором объеме прочными, плотными и теряют способность к просадке.

Передача тепла боковым породам кровли и почвы осуществляется путем теплопроводности, конвенции и излучения. Наиболее эффективно нагреваются породы при конвективном теплообмене, т. е. когда тепло переносит движущая среда горячий воздух и продукты газификации. Горячие газы проходят по порам и трещинам пород, нагревают ее, вызывая, кроме того, и химические реакции.

При термоупрочнении массива боковых пород создают избыточное давление. Под действием этого давления и температуры вначале при t=100^o и более свободная влага перемещается к периферийной зоне, удаляется химически связанная вода и частично испаряется, далее с ростом температуры происходит дегидратация каолинов, диссоциация карбонатов и образование силикатов, алюминатов и алюмоферритов, а при температуре около 1200^oС начинается спекание и плавление пород. Стенки пород оплавляются на толщину 5-10 см и более. Оплавленный слой препятствует дальнейшей передаче тепла глубинным породам основной кровли и почвы путем конвекции. В этой связи основная кровля, подбучиваясь обрушенными породами непосредственной кровли и гидрозакладкой, не обрушается и не деформируется а образовавшийся оплавленный слоя герметизирует выработанное пространство. Благодаря этому ликвидируются утечки газов ПГУ в массив горных пород, исключается поступление подземных вод и вынос водой конденсата (фенолов) из зоны газификационных работ.

Герметизация подземного газогенератора позволит создать повышенное давление в зоне газификации (0,3-0,8 МПа и более), что повлияет на рост концентрации горючих компонентов в газе ПГУ и, соответственно, на повышение теплоты сгорания этого газа.

К преимуществам пневмо-гидравлической закладки следует отнести следующее. Для приготовления закладочных смесей могут быть использованы отходы тепловых электростанций, что позволяет более экономно решать проблему отвалов и шлаконакопителей. Твердеющая закладка в конечной фазе готовности обладает практически нулевой сжимаемостью при нагрузках, не превышающих ее временное сопротивление сжатию. Это соответствует условиям возникновения и проявления горного давления и деформации горных пород вокруг закладочного массива.

Применение гидропневмозакладки устраняет необходимость принудительного обрушения налегающих пород, снижает влияние вредного горного давления. Применение твердеющей закладки увеличивает себестоимость ПГУ, но при этом значительно улучшается экологическая обстановка в районе газификационных работ за счет устранения провалов поверхности, просадок и заболачивания местности.

В качестве вяжущего (вместо цемента) можно применить золу унос ТЭС, природный ангидрид, фосфогипс, известь, гранулированные шлаки доменного производства, нефелиновые шламы, хвосты углеобогащения, содержащие значительное количество легкоокисляющихся сульфидов, а также песчаники, известняки и другие материалы, используемые в качестве активной добавки к вяжущему.

Искусственная герметизация подземного газогенератора позволяет повысить эффективность процесса ПГУ, улучшить экологическую обстановку в недрах земли за счет ликвидации утечек газа и выноса конденсата подземными водами.

Формула изобретения

1. Способ закладки выработанного пространства при подземной газификации твердого топлива, включающий бурение скважин, сбойку их между собой, розжиг пласта, перевод топлива в газ, получение генераторного газа и тампонаж обрушенных горных пород подработанной газификацией толщи подачей закладочного материала по скважинам, отличающийся тем, что скважины для подачи закладочного материала бурят с разветвленной или одинарной горизонтальной частью, которую располагают в непосредственной кровле пород пласта твердого топлива выше ее горизонтальной оси, подают закладочный материал с помощью сжатого воздуха для закладки выработанного пространства при обрушении пород непосредственной кровли на удалении от огневого забоя и создают условия для проведения работ по закладке выработанного пространства независимо от подземной газификации угля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при наличии устойчивой непосредственной кровли, которая зависает и обрушается с отставанием от огневого забоя во времени и пространстве гидрозакладочную смесь нагнетают принудительно-пневматическим способом в полости, образующиеся между обрушенными породами и зависающей основной кровлей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при залегании среднеустойчивой непосредственной кровли в пространство между обрушенными и зависшими породами кровли подают твердеющую закладку принудительно-пневматическим способом, при этом в качестве твердеющей закладки применяют термостойкий расширяющийся пенобетон.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при наличии в непосредственной кровле слабоустойчивой и неустойчивой породы в обрушенное пространство нагнетают мелкодисперсный закладочный материал с помощью воздушного дутья.

5. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что во избежание подавления процесса подземной газификации, гидрозакладочную смесь нагнетают периодически, а воздух подают непрерывно, обеспечивая при этом очистку закладочных скважин от остатков гидросмеси в промежутках между закладочными работами, далее этот воздух нагревают от горячих обрушенных пород и твердеющей закладки и направляют в зону газификации для интенсификации процесса газификации.

6. Способ по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что поле газификации раскраивают таким образом, чтобы удлиненная часть участка подземной газификации располагалась по падению пласта полезного ископаемого и обеспечивают полноту заполнения выработанного пространства гидрозакладочной смесью за счет ее самотека в сторону уклона и, на этой основе предотвращают поступление воды из гидрозакладочного материала или самой гидросмеси в зону газификации.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что закладочный материал подают по вращающейся и перемещающейся к устью скважины с некоторым опережением огневого забоя буровой колонне труб, и предотвращают закупорку закладочной скважины преждевременно затвердевшим цементным камнем или пневмогидросмесью.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что момент прекращения подачи закладочного материала в выработанное пространство определяют по текущему контролю за составом газа подземной газификации угля и резкому снижению концентрации горючих компонентов, происходящему вследствие проникновения гидросмеси в зону газификации и влияющей на снижение температуры процесса газификации в этой зоне.

9. Способ по пп.1,5,8, отличающийся тем, что температурный режим твердения закладочного материала регулируют подачей воздуха по закладочной скважине в период остановки закладочных работ и на этой основе охлаждают слой закладочного массива интенсивной вентиляционной струей и снижают при этом срок твердения и упрочнения поверхностного слоя закладочного массива.

10. Способ по пп.1 и 9, отличающийся тем, что температурное формирование закладочного массива регулируют введением низкотемпературных вяжущих за счет специальных добавок, которые вызывают эндотермические процессы в закладочной смеси.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что выработанное пространство герметизируют за счет высокой температуры процесса подземной газификации угля и повышенного давления в газогенераторе и на этой основе обеспечивают условия для фильтрации раскаленных газов в стенки массива боковых пород пласта, оплавляя их при этом, благодаря чему ликвидируют утечки газа подземной газификации в массив горных пород, поступление подземных вод в зону газификации и вынос водами конденсата за пределы этой зоны, обеспечивают рост эффективности процесса подземной газификации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2