Способ разработки защитного пласта

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам подземной газификации углей. Способ характеризуется тем, что включает опережающую отработку пласта методом подземной газификации путем бурения двух скважин. Разжигают пласт и отводят продукты газификации. При разработке защитного пласта газ метан подрабатываемого пласта направляют в зону горения или предварительного прогрева регулированием давления нагнетания P_н и давления разрежения в пределах соотношения P_н > P_о > P_р где P_н - давление нагнетания, Па, P_о - барометрическое давление атмосферного воздуха, Па, P_о - давление разрежения, Па. При этом, смещая зону P_о в рамках области горения и предварительного прогрева, получают различный состав горючих компонентов. Технический результат - возможность обезопасить ведение работ в пласте, склонном к гео- и газодинамическим проявлениям, и мобильно менять состав получаемых горючих газов. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу.

Известен способ создания защитного эффекта путем подрезки угольного пласта канатной пилой. При этом способе механически разрушается часть угольного пласта при создании щели [1].

Однако этот способ характеризуется небольшим эффектом защитного действия и может применяться для защиты собственно подрезаемого пласта. Наиболее близким к предлагаемому варианту является способ по (авт. св. N 949201, Б.И. N 29 от 07.08.82 г.), основанный на принципе подземной газификации, включающий опережающую отработку защитного пласта, бурение скважин, розжиг пласта и отвод продуктов газификации.

Недостатками способа являются: 1) опасность ведения процесса подземной газификации из подземных горных выработок; 2) неуправляемость процесса подземной газификации приводит к получению в продуктах газификации высокого содержания CO₂, что делает их непригодными для дальнейшего использования.

Задачами предлагаемого способа являются: защита угольного пласта от гео- и газодинамических проявлений при его разработке традиционными способами и получение различного состава горючих газов.

Поставленные задачи решают за счет того, что проводят опережающую отработку пласта методом подземной газификации, путем бурения двух скважин, розжига пласта и отвода продуктов газификации, а газ метан подрабатываемого пласта направляют в зону горения или предварительного прогрева за счет неравенства давления газов, которое определяют соотношением: P_H > P_o > P_p, где P_H - давление нагнетания, Па; P_o - барометрическое давление атмосферного воздуха, Па; P_p - давление разрежения, Па, при этом, смещая зону P_o в рамках области горения и предварительного прогрева, получают различный состав горючих компонентов.

На чертеже представлена технологическая схема способа разработки защитного пласта, где 1 - подрабатываемый угольный пласт; 2 - защитный угольный пласт;
3 - нагнетательная скважина;
4 - газоотводящая скважина;
5 - трещина гидроразрыва (канал газификации);
6 - зона горения угля;
7 - зона предварительного прогрева;
8 - компрессор для подачи воздуха;
9 - дымосос для отвода продуктов газификации.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Вскрытие пластов 1, 2 с поверхности производят вертикальными скважинами 3 и 4 (нагнетательная и отводящая соответственно). Далее осуществляют гидрогазодинамическую связь в пласте 2 между скважинами 3 и 4 за счет гидроразрыва, газодинамического воздействия или образования канала 5 за счет частичного сжигания угля. На забое нагнетательной скважины 3 создают розжиг пласта 2 и одновременно осуществляют подачу воздуха к очагу горения. По газоотводящей скважине 4 за счет разрежения отводят продукты газификации (горения) или горючих смесей CO + CH₄. После газификации определенной части угольного пласта (когда огневой забой пройдет зону устойчивого пролета) произойдет обрушение кровли с образованием секущих трещин и трещин расслоения. Зона влияния трещин достигает 100 m, где m - мощность защитного пласта (по данным ВНИМИ) под водными объектами.

Таким образом, подрабатываемый пласт попадает в зону трещинообразования, что вызовет перераспределение давления в нем и начнется его дегазация. Метан начнет по порам и трещинам поступать в зону нулевого давления P_o. Если нулевое давление поддерживать в зоне горения угля 6, то практически весь метан сгорает, тем самым увеличивает зону горения угля 6, что способствует увеличению концентрации CO в продуктивном газе.

Поскольку реакция газификации идет в две стадии, то необходимы высокая температура и больше поверхности раскаленного угля. Это достигается за счет сжигания CH₄.

C + O₂ = CO₂;
CO₂ + C = 2CO
Если зону нулевого давления сместить в зону предварительного прогрева 7 перед фронтом горения, то метан, минуя зону горения, попадет в продуктивный газ и повысит его калорийность (CO + CH₄).

В зависимости от интересов потребителя технологический процесс позволяет получать горючий газ на основе C_o и композиции CO + CH₄. Компрессор 8 служит для подачи воздуха, а дымосос 9 - для отвода продуктов горения.

Применение предлагаемого способа позволяет достичь следующих преимуществ:
1) обезопасить ведение работ в пласте, склонном к гео- и газодинамическим проявлениям;
2) повысить эффективность использования энергетического потенциала угольного пласта.

3) вовлечь в энергетический баланс некондиционные, высокозольные, высокосернистые, маломощные и угольные пласты;
4) обеспечить энерго-и теплоснабжение на период строительства шахты в районах, удаленных от централизованного энергообеспечения.

5) оставить на месте переработки золу, шлаки и захоронить отходы собственных и других производств.

6) Смесь CO + CO₄ меняет условия взрываемости по сравнению с чистым метаном, тем самым повышая безопасность ее использования.

Источники информации
1. Дорохов Д.В., Овчаров В.С. Изменение начальной скорости газовыделения и крепости угля в подрезной зоне выбросоопасного пласта. Уголь Украины, 1974 г. N 6.

Формула изобретения

Способ разработки защитного пласта, включающий опережающую отработку пласта методом подземной газификации путем бурения двух скважин, розжига пласта и отвода продуктов газификации, отличающийся тем, что газ метан подрабатываемого пласта направляют в зону горения или предварительного прогрева за счет создания неравенства давления газов, которое определяется соотношением
Р_н > Р_о > Р_р,
где Р_н - давление нагнетания, Па;
Р_о - барометрическое давление равное атмосферному, Па;
Р_р - давление разрежения, Па,
при этом, смещая границу Р_о в рамках зоны горения и предварительного прогрева, получают различный состав горючих компонентов.

РИСУНКИ

Рисунок 1