Блочная система разработки для хранения углеводородов

Изобретение относится к блочной системе разработки для хранения углеводородов. Техническим результатом является обеспечение непроницаемости целиков угля. Система состоит из двух и более камер, разделенных между собой целиками, имеющих сбойки для последовательного проветривания, являющиеся запасными и для снабжения материалом выходами, камеры имеют с обеих сторон бортовые неразрезные целики угля, расстояния между которыми менее шага посадки основной кровли, камеры проходят вдоль его кливажа, обеспечивающего непроницаемость поперек кливажным трещинам, междукамерные целики на оптимальном расстоянии выполняют плавными заездами горнопроходческого комбайна, причем разгрузку горной массы от горнопроходческого комбайна на групповой конвейер осуществляют самоходными вагонами. 2 ил.

 

Газохранилища являются обязательным звеном с транспортировкой газа по трубам на большие расстояния от его месторождений до потребителей.

Подземные газохранилища, начиная с 1950 года, приобретают все большую популярность в северных странах, таких как в Германии, Франции, США, Англии, Швеции, Норвегии, т.к. они приобрели важную роль в энергоснабжении и обеспечивают надежное и безопасное снабжение газом потребителей в периоды сезонных неравномерных потребления газа, вероятных аварий в газопроводных системах и других кризисных явлениях. Двадцать пять подземных хранилищ газа, расположенных на территории РФ, составляют суммарную активную емкость 80 млрд. м³. Среди промышленных объектов хранилища газа являются наиболее экологичными и безопасными, т.к. газ в них хранится на значительных глубинах от 500 до 1500 м в безкислородной среде [1]. В северных странах более 50% хранилищ нефти и газа - подземные. В подземных хранилищах кроме газа, в том числе и сжиженного, хранят сырую нефть, мазут, дизельное топливо, керосин, бензин. Есть такие хранилища в США, Франции, Великобритании, Германии.

Хранилища шахтного типа сооружаются в практически непроницаемых для нефти породах, кроме того, в процессе строительства предъявляются требования к их устойчивости, влажности и химическим характеристикам массива горных пород [1]. К сожалению, на Юге России, который находится на значительном расстоянии от основных месторождений газа и других углеводородов, подземных хранилищ нет, отсутствие которых вызывает определенный риск остаться там без запаса углеводородных ресурсов в критических ситуациях по объективным - субъективным причинам. При стратегической значимости подземных хранилищ углеводородов, которые должны быть рассредоточены по стране и приближены к местам сконцентрированной промышленности, там же компактному проживанию населения, отсутствие таких резервов недопустимы. Еще в период своего вторичного избрания Президент РФ В.В. Путин сказал, что использование природного горючего газа только как энергоносителя не отвечает условиям безопасности, ему необходима альтернатива, такой альтернативой может служить в качестве резерва подземные хранилища газа. В Ростовской области для строительства больших подземных емкостей углеводородов, состоящих из отдельных блоков, больше всего подходят Сулино-Садкинское и Кадамовское месторождения антрацитов. На этих месторождениях намечалось строительство 3-х шахт, но из-за высокой стоимости строительства и сомнительной конкурентоспособности частные владельцы этих шахт воздерживаются от реализации проектов.

Промышленный и густонаселенный Юг России расходует большое количество природного газа, например, только в Ростовской области реализуется 7,5 млрд. м³ газа в год. Одним из главных потребителей является Новочеркасская ГРЭС, сжигая 150 тыс. м³ газа в час. Кроме того, через Ростовскую область вблизи этих месторождений будет проходить газопровод Южный поток, строительство которого уже ведется. Строительство подземных хранилищ газа и других углеводородов в Ростовской области жизненно важная необходимость, которые необходимо построить в наиболее выгодных антрацитовых месторождениях области. Сулино-Садкинское антрацитовое месторождение состоит из 20-ти пластов полого залегания, где можно будет создать каскад из блоков подземного хранения углеводородов в свите платов, Фиг. 1.

Шахта Садкинская-Восточная в стадии проектирования находится 8 лет. Рабочий пласт $$m_8^1$$ , который мощностью 1,8-2,2 м, преимущественно пологого падения с углами залегания 6-10°, представляет собой синклиналь с глубиной погружения до 360 м. Зольность пласта достигает до 40%, сера 2,2-3,7%, балансовые запасы угля составляют 85 млн. т., породы кровли устойчивые.

Шахта Садкинская-Северная, строительство которой отложено на неопределенную перспективу, основной пласт $$m_8^1$$ мощностью 1,5-2,2 м., преимущественно пологого падения с углами залегания 6-12° представляет собой синклиналь с глубиной погружения до 650 м., зольность пласта достигает до 40%, сера 2,2-3,7%. Балансовые запасы угля составляют 192443000 т.

Шахта «Кадамовская», основной пласт угля - антрацит $$k_1^1-k_2^{1в}$$ , мощность пласта преобладает 1,59-1,70 м., преимущественно пологого падения. Глубина залегания пласта от дневной поверхности составляет от 30 до 400 м. Углы падения пород на выходах угольных пластов 10-15°, выполаживаясь у оси синклинали до 3-5°. Зольность пласта достигает до 40%, содержание серы, в среднем 2,1%, балансовые запасы - 9482000 т. Большая часть месторождений нуждается в доразведке и в балансовые запасы не включены.

Антрацитовый уголь этих месторождений, особенно сортовой, после обогащения имеет сбыт в основном на внутреннем рынке, в наиболее доходном на внешнем - нет, так как он имеет высокое содержание серы. Во многих странах мира законодательно запрещено ввозить и сжигать уголь с содержанием серы более 1%, зольность угля тоже после обогащения не должна превышать 10-12% для ТЭС. Так как в данный период времени и обозримом будущем антрацитовый уголь с Сулино-Садкинского и Кадамовского месторождений не представляет большой ценности, то предлагается на базе этих месторождений построить максимальное количество устойчивых и долговечных емкостей для хранения углеводородных ресурсов. Проектирование и строительство углеводородных хранилищ на Сулино-Садкинском и Кадамовском угольных месторождениях должно учитывать выполнение Долгосрочной программы развития угольной промышленности России на период до 2030 г., разработанной в 2010 г. и утвержденной Правительством РФ от 24 января 2012 г. №14-р [3] с обязательным выполнением добычи угля за этот период, возложенных на Восточный Донбасс, в том числе и при строительстве подземных хранилищ углеводородов.

В качестве аналогов наиболее представительным является "Способ разработки месторождений полезных ископаемых" (пат. РФ №2443864), целью которого является достижения полноты отработки месторождения и недопущения ослабления окружающего массива выработанного пространства и создание выемок малой, средней и большой емкости, отличающаяся от разработки ранее известных месторождений полезных ископаемых тем, что разработка рудных тел ведется снизу вверх слоевым способом с ограниченной выемочной мощностью слоя шпуровым (скважинным) способом из бортовых ортов, что создает устойчивое выработанное пространство, позволяющее использовать его для хранения газов, нефти и ее продуктов, радиоактивных отходов.

Данный способ разработки полезных ископаемых приемлем в тех условиях, когда само полезное ископаемое представляет собой монолитную структуру, не допускающую проницаемость газов и жидкостей, а размеры самих блоков не зависимы от влияния основного горного давления на них. В природе многие полезные ископаемые имеют трещины, микротрещины, целенаправленные кливажи, существенно влияющие на проницаемость. Основное горное давление при защите блока от разрушения имеет существенное влияние и большей частью определяется при отработке полезного ископаемого шагом посадки основной кровли.

Блочная система разработки полезных ископаемых, включающая очистной забой камеры шириной до 12 м, между ее камерами оставляются междукамерные целики, шириной 3-5 м, для последовательной вентиляции камер их сбивают сбойками, для поддержания кровли в камерах часто применяют анкерную крепь, после извлечения полезных ископаемых камеры погашаются путем обрушения пород кровли.

Междукамерные целики, породы кровлей должны быть устойчивыми, своими физическими и химическими свойствами удовлетворять требованиям сохранения в камерах углеводородов, в конце срока службы камер целики извлекают лавами, оборудованными высокомеханизированными комплексами по восстанию или по простиранию, используя сохраняемые выработки этой системы. Предлагается блочная система разработки для хранения углеводородов (Фиг. 2), состоящая из двух и более камер 3), разделенных между собой целиками, имеющих периодически сбойки 10) для последовательного проветривания, служащих запасными выходами для снабжения материалами, через определенные интервалы целики имеют заезды для разгрузки горной массы 9) на групповой конвейер, установленный в одной из центральных камер. Камеры имеют с обеих сторон бортовые целики 1), расстояние между которыми менее шага основной посадки кровли, установленной в лавах. Например, на шахте Садкинская шаг основной посадки кровли по отрабатываемому пласту $$m_8^1$$ составляет 50 м.

В целях обеспечивающих непроницаемость целиков угля камеры проходятся вдоль его кливажа, обеспечивающего максимальное сопротивление проницаемости поперек кливажным трещинам или его отсутствие. На шахте Садкинская в отрабатываемом пласте $$m_8^1$$ кливажные трещины по углю распространены так, что они почти полностью совпадают с углом падения пласта. В Краснодонецком шахтоуправлении, отрабатывающем этот же пласт $$m_8^1$$ , доказано, что метан активно выделяется по наименьшему сопротивлению вдоль кливажных трещин и практически не проницает поперек им. См. наши патенты на изобретения №2442899, №2466277, решение о выдаче патента на изобретение, заявка №20111367882 [4]. Кровля и почва пласта $$m_8^1$$ на шахте Садкинская не имеют открытых кливажных трещин. Если междукамерные целики в сочетании с анкерной крепью удерживают непосредственную кровлю блока, то барьерный целик вместе с междукамерными целиками и анкерной крепью 4) удерживают основную кровлю блока, не позволяя ей расслаиваться, оседать, образовывать трещины, микротрещины и нанотрещины.

Междукамерные целики двойного исполнения: большая часть из них прямоугольного исполнения сбиваются междукамерными сбойками 2) и периодически для обеспечения оптимального расстояния для разгрузки горной массы самоходными вагонами на групповой конвейер целики с плавными заездами 9).

Блочная система разработки, ее подготовка полностью механизирована. Проходка камер и сбоек между целиками ведется горнопроходческими комбайнами 5), транспортировка горной массы из всех проходимых блоков - групповым ленточным конвейером 8), доставка горной массы от комбайнов на ленточный конвейер - самоходными вагонами 6), доставка людей и материалов - подземными автомобилями 7).

Целесообразность устройства и применения подземных хранилищ углеводородов по данным американских ученых для хранения газов свыше 19 тыс.м³ выгодным являются подземные сооружения. В скандинавских странах считается целесообразно создание подземных емкостей объемом 20-30 тыс. м³. [5]

Предлагается создать подземные емкости для хранения углеводородов в Ростовской области суммарной емкостью до 100 млн. м³, в перспективе до 1 млрд. м³, состоящих из отдельных блоков с тремя или более камерами суммарной емкостью их 90-120 м³. Целесообразность предлагаемых подземных хранилищ углеводородов очевидна.

Блочная система разработки для хранения углеводородов, отличающаяся тем, что система состоит из двух и более камер, разделенных между собой целиками, имеющих сбойки для последовательного проветривания, являющиеся запасными и для снабжения материалом выходами, камеры имеют с обеих сторон бортовые неразрезные целики угля, расстояния между которыми менее шага посадки основной кровли, для обеспечения непроницаемости целиков угля камеры проходят вдоль его кливажа, обеспечивающего непроницаемость поперек кливажным трещинам, междукамерные целики на оптимальном расстоянии выполняют плавными заездами горнопроходческого комбайна, причем разгрузку горной массы от горнопроходческого комбайна на групповой конвейер осуществляют самоходными вагонами.