Способ подземной газификации угля

 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при подземной термической разработке пластов топлива. Способ включает вскрытие угольного пласта буровыми скважинами. Розжиг подземного газогенератора и его осушение. Выгазовывание угольного пласта путем подачи дутья через одни скважины и отвод образовавшегося газа через газоотводящие скважины. Новым является то, что при выгазовывании поддерживают соотношение между давлением в подземном газогенераторе и давлением столба подземных вод, равным 0,75-1,0, путем регулирования степени открытия задвижки на газоотводящих скважинах и уровня воды в водопонижающих скважинах, при этом периодически измеряют уровень столба подземных вод на участке подземной газификации и давление в подземном газогенераторе.1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при подземной термической разработке пластов топлива (угля).

Известен способ подземной газификации угольного пласта путем ограничения притока воды в зоны газификации и установления расхода нагнетаемого дутья в строгом соответствии с величиной водопритока.

Характерной особенностью известного способа является возможность получения газа повышенной теплоты сгорания. Вопросы предотвращения загрязнения подземных вод продуктами из очага горения в этом способе не рассматриваются.

Наиболее близким аналогом заявляемого способа является способ подземной газификации угля, заключающийся не только в выгазовывании угольного пласта путем подачи дутья через одни скважины и отвода образовавшегося газа через другие скважины, но и в промежуточном контроле за основными технологическими и гидрогеологическими параметрами, а также их регулировании [2] Известный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в пренебрежении возможностью загрязнения подземных вод продуктами газификации. Контакт продуктов из очага горения с подземными водами вообще не рассматривается и принимается в качестве неизбежного сопровождения подземной газификации угольного пласта.

Таким образом, известный способ не учитывает экологических последствий подземной газификации угля.

Целью предложенного способа является предотвращение негативных последствий воздействия на экосистему, обусловленных контактом продуктов газификации топлива с подземными водами.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе подземной газификации угля, включающем вскрытие угольного пласта буровыми скважинами, последующем розжиге газогенератора и его осушении, выгазовывании угольного пласта путем подачи дутья через одни скважины и отвода образовавшегося газа через другие скважины, а также контроле за технологическими и гидрогеологическими параметрами и их регулировании, периодически измеряют уровень столба подземных вод на участке газификации и давление в подземном газогенераторе, на основании этого регулируют степень открытия задвижек на газоотводящих скважинах, а также уровень воды в водопонижающих скважинах, и поддерживают соотношение между давлением в подъемном газогенераторе и давлением столба подземных вод, равным 0,75-1,0.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что подземную газификацию угля осуществляют в строгом гидравлическом режиме, заключающемся в регулировании соотношения между давлением в подземном газогенераторе и давлением столба подземных вод на участке газификации в пределах 0,75-1,0. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Регулирование технологических и гидрогеологических параметров в известных технических решениях направлено только на повышение теплоты сгорания получаемого газа и не преследует цели снижения загрязнения подземных вод. В заявляемом же техническом решении практически полностью предотвращаются утечки продуктов газификации за пределы зоны очага горения и этим самым исключается их контакт с подземными водами, а следовательно негативное воздействие на экосистему. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена принципиальная схема подземного газогенератора в плоскости угольного пласта; на фиг.2 принципиальная схема подземного газогенератора в поперечном разрезе.

Предлагаемый способ подземной газификации угля реализован следующим образом.

На подземном газогенераторе были пробурены дутьевые 1 и газоотводящие 2 скважины. Для осушения подземного газогенератора и регулирования столба подземных вод на участке газификации имеются водопонижающие: водоотливные 3 и дренажные 4 скважины. Величина столба подземных вод контролируется по специальной гидронаблюдательной скважине 5, а давление в подземном газогенераторе по одной из закрытых скважин 1 или 2.

Оптимальность заявляемого соотношения величин давлений и принцип его регулирования иллюстрируется на примере опытного участка Южно-Абинской станции "Подземгаз". В таблице приведены основные итоговые результаты эксперимента.

Эксперимент был проведен в широком диапазоне изменения соотношения давления (Р) в подземном газогенераторе и давления (Н) столба подземных вод от 0,5 до 1,1. Соотношение P/H фиксировалось двояким образом: степень открытия задвижек на скважинах 2 влияла на величину давления P; количество откачиваемой воды из водопонижающих 3 и 4 скважин обуславливало положение уровня воды, измеряемого в скважине 5, а следовательно уровень H (или давление столба подземных вод) на участке газификации. С помощью влияния на обе величины P и H поддерживали требуемое их соотношение. При P/H= 1,0(9-ая строка в таблице), т.е. равенстве давлений в газогенераторе и столба подземных вод, приток подземных вод в зоны газификации практически отсутствует, утечки газа из газогенератора малы настолько, что содержание фенолов в подземных водах на границе газогенератора меньше предельно допустимых концентраций для питьевых вод (0,001 мг/л). При соотношении P/H > 1,0 (строки 10 и 11 таблицы) возрастают утечки газа, резко возрастает концентрация за пределами газогенератора с подземными водами. Экосистема загрязняется.

Как следует из таблицы, по мере снижения соотношения P/H (P/H < 1,0) возрастает приток подземных вод в газогенераторе, из-за чего утечки газа минимизируются. Содержание фенолов в подземных водах становится равным фоновому 0,0007- 0,0008 мг/л. Вследствие возрастающего (от строки 9 к строке 1 таблицы) притока подземных вод в зоны газификации теплота сгорания получаемого газа снижается. При притоке подземных вод больше 4 м³/ч (строка 4) теплота сгорания газа снижается ниже кондиционной величины (750 ккал/м³). Появляются сложности (строки 3-1 таблицы) со сжиганием газа, снижается его теплота сгорания. Экосистема загрязняется продуктами неполного сжигания газа (CO, CH₄).

Таким образом, (с точки зрения минимального ущерба для экосистемы) экспериментально показано, оптимальными режимами являются режимы в строках 4-9 таблицы. Регулируемое соотношение должно поддерживаться: 0,75≅P/H≅1,0.

Использование предлагаемого способа подземной газификации угольных пластов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: минимизация загрязнения подземных вод продуктами газификации угля; сокращение утечек газа из зоны газификации угля, а следовательно повышение энергетического КПД процесса.

Формула изобретения

Способ подземной газификации угля, заключающийся во вскрытии угольного пласта буровыми скважинами, последующем розжиге подземного газогенератора и его осушении, выгазовывании угольного пласта путем подачи дутья через одни скважины и отвода образовавшегося газа через газоотводящие скважины, а также контроле за основными технологическими и гидрогеологическими параметрами и их регулировании, отличающийся тем, что поддерживают соотношение между давлением в подземном газогенераторе и давлением столба подземных вод, равным 0,75 1,0, путем регулирования степени открытия задвижек на газоотводящих скважинах и уровня воды в водопонижающих скважинах, при этом периодически измеряют уровень столба подземных вод на участке подземной газификации и давление в подземном газогенераторе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2