Способ извлечения жидких и газообразных продуктов из подземных формаций,содержащих горючие сланцы Советский патент 1984 года по МПК E21B43/24 E21B43/38 

2. Способ по П.1, отличающийся тем, что одновременно производят выемку штреков верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте.

3.Способ по пп. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что выемку горизонтальных полостей на одном из горизонтов производят одновременно выемкой по крайней мере части соответствующего штрека доступа к реторте на этом горизонте.

4.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что края верхней и нижней горизонтальны полостей в местоположении реторты располагают в общих вертикальных плоскостях.

5.Способ по пп. 1-4, отличающийся тем, что штреки верхнего и нижнего горизонта доступа к реторте выполняют посередине соответствукнцих им верхней И нижней горизонтальных полостей.

6.Способ по пп. 1-5, отличающийся тем, что, в штреке по крайней мере одного промежуточного горизонта, расположенного между штреками верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте и проходящего через противоположные боковые границы местоположения реторты, производят выемку горизонтальных полостей промежуточного горизонта в нераздробленной породе вдоль штрека промежуточного горизонта в границах местоположения реторты.

7.Способ по пп. 1-6, о т л ичающийся тем, что производят выемку по крайней мере двух

вентиляционных штреков и штрека доступа к реторте между этими вентилягдсонными штреками, а затем производят выемку по крайней мере части полостей вдоль указанного штрека доступа к ретррте.

8.Способ по пп. 1-7, отличающийся тем, что последовательно производят выемку первого главного верхнего штрека доступа к реторте, выемку первого главного нижнего штрека доступа к реторте ниже указанного первого главного верхнего штрека, выемку второго главного верхнего штрека доступа к реторте, параллельного указанному первому главному верхнему штреку, выемку второго главного нижнего штрека доступа к реторте, расположенного ниже второго главного верхнего штрека доступа к реторте и параллельного указанному первому главному нижнему штреку, выемку штрека верхнего горизонта доступа к реторте так, чтобы противоположные концы такого штрека выходили в первый и

во второй главные верхние штреки доступа к реторте, выемку штрека нижнего горизонта доступа к реторте так, чтобы противоположные концы такого штрека выходили в первый и во второй главные нижние штреки доступа к реторте.

9.Способ по п.8, отличающийся тем, что производят выемку штреков верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте и связанных с ними полостей между первым и вторы главными штреками доступа к реторте перед расширением взрывом породы для образования реторты.

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ПОДЗЕМНЫ ФОРМАЦИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ, включанщий проведение нижней выработки доступа к создаваемой реторте через боковую границу указанной реторты, выемку нижней горизонтальной полости в пределах границ создаваемой реторты, горизонтальное сечение которой больше горизонтального сечения выработки доступа к реторте и имеет прямоугольную форму, подобную горизонтальному сечению реторты, оставление в указанной полости опорных целиков, взрывное разрушение нераздробленной породы в пределах реторты в направлении горизонтальной полости с образованием проницаемой марсы частиц горючего сланца в пределах верхней, нижней и боковых границ реторты, одновременное с разрушением породы разрушение опорных целиков, перегонку раздробленной породы, содержащей горючий сланец с получением жидких и газообразных продуктов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса перегонки, перед разрушением породы в верхней части реторты проводят дополнительную вьфаботку доступа к реторте, образуют из нее верхнюю горизонтальную полость, взрывное разрушение нераздробленной породы в пределах реторты производят одновременно в направлении верхней и нижней горизонтальных полостей.

1

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке сланцевых месторождений методом подземной перегонки.

Известен способ извлечения жидких и газообразных продуктов из реторты на месте залегания в подземном пласте, содержащем горючие сланцы,включающие Бырмку штреков перхнего и нижнего горизонтов ..гупа к реторте

производят из указанных штреков выемку полостей, одна из которых расположена по длине верхнего штрека доступа к реторте и имеет горизонтальное сечение больше горизонтального сечения штрека доступа к реторте, в местоположении реторты оставляют зону нераздробленной породы пласта, поверхность забоя которой граничит с по.чос.тямп в указанном местоположении, производят взрывное обрушение зоны нераздробленной породы пласта в направлении указанной поверхности забоя с образованием раздробленной проницаемой массы, содержащей горючие сланцы, в пределах верхней, нижней и боковых границ местоположения реторты и пер гоняют горючие сланцы в раздробленн массе с получением жидких и газообразных продуктов lj. Недостатком указанного способа является то, что в соответствии с ним формируют вертикально расположенную колоннообразную полость, расширяя взрывом породу в сторону вертикальных свободных полостей,что приводит к образованию большого количества полостей в той части раздробленной массы, которая бьша занята перед дроблением породы вертикальной колоннообразной полостью, и к неравноверному охвату раздробле ной массы потоком греющего газа, к появлению зон, в которых извлечение жидких продуктов из сланцев незначи тельной Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования реторт для перегонки горючих сланцев, включающий проведение нижнего горизонта доступа к создаваемой реторте через боковую границу указанной реторты, выемку полости, простираемой в горизонтальной плоскости в пр делах границ местоположения реторты и имекнцей горизонтальное поперечное сечение, существенно большее горизо тального поперечного сечения соединякицегося с ней штрека доступа к реторте, загрузку зоны нераздроблен ной породы взрывчатым веществом и расширение указанной зоны взрывом в сторону горизонтальной свободной поверхности с образованием раздробленной проницаемой массы частиц породы в пределах верхней, нижней и боковых границ в нераздробленной по роде. При этом горизонтальную полос в местоположении реторты формируют прямоугольной формы в горизонтально поперечном сечении, которая по суще ству подобна горизонтальному попе- речному сечению местоположения реторты, а в полости оставляют колонн неразрушаемой породы, которые отбивают взрывом одновременно с расшире нием (отбойкой) зоны неразрушенной породы в пределах местоположения реторты 2. Однако известный способ касается только формирования единичных реторт и не предусматривает рациональной последовательности их сооружения и отработки с минимальным неэкономическим извлечением породы. Цель изобретения - повышение эффективности процесса.перегонки за счет более равномерного дробления породы, содержащей горючий сланец, сокращение потерь горючего сланца и времени на подготовку и отработку залежи. Указанная цель достигается тем, что согласно способу извлечения жидких и газообразных продуктов из подземнь х формаций, содержащих горючие сланцы, включающему проведение нижней выработки доступа к создаваемой реторте через боковую границу указанной реторты, выемку нижней горизонтальной полости в пределах границ создаваемой реторты, горизонтальное сечение которой больше горизонтального сечения выработки доступа к реторте и имеет прямоугольную форму, подобную горизонтальному сечению реторты, оставление в указанной полости опорных целиков, взрывное разрушение нераздробленной породы в пределах реторты в направлении горизонтальной колонны с образованием проницаемой массы частиц горючего сланца в пределах верхней, нижней и боковых границ реторты,одновременное с разрушением породы разрушение опорных целиков, перегонку раздробленной породы, содержащей горючий сланец с получением жидких и газообразных продуктов, перед разрушением породы в верхней части реторты проводят дополнительную выработку доступа к реторте, образуют из нее верхнюю горизонтальную полость, а взрывное разрушение нераздробленной породы в пределах реторты производят одновременно в направлении верхней и нижней горизонтальных полостей. Кроме того, одновременно производят выемку штреков верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте. Выемку горизонтальных полостей на одном из горизонтов производят одновременно с выемкой по крайней мере части соответствующего штрека доступа к реторте на этом горизонте. Наружные края верхней и нижней горизонтальных полостей в местоположении реторты располагают в общих вертикальных плоскостях. Штреки верхнего и нижнего горизонта доступа к реторте выполняют посередине соответствуншр х им верхней и нижней горизонтальньк полостей. В штреке по крайней мере одного промежуточного горизонта, расположенного между штреками верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторт и проходящего через противоположные боковые границы местоположения рето ты, производят выемку горизонтальных полостей промежуточного горизонта в нераздробленной породе вдол штрека промежуточного горизонта в границах местоположения реторты. Кроме того, производят выемку по крайней мере двух вентиляционных щтреков и штрека доступа к реторте между этими вентиляционными штреками, и затем производят выемку по крайней мере части полостей вдоль указанного штрека доступа к реторте Далее последовательно производят выемку первого главного верхнего штрека доступа к реторте, выемку первого главного нижнего штрека дос тупа к реторте ниже указанного первого главного верхнего штрека,выемку второго главного верхнего штре ка доступа к реторте, параллельного указанному первому главному верхнему штреку, выемку второго главного нижнего штрека доступа к реторте, расположенного ниже второго главног верхнего штрека доступа к реторте и параллельного указанному первому главному нижнему штреку, выемку штрека верхнего горизонта доступа к реторте таким образом, чтобы противоположные концы такого штрека выхо ли в первый и во второй главные вер ние штреки доступа к реторте, выемку штрека нижнего горизонта доступа к реторте таким образом, чтобы противоположные концы такого штрека выходили в первый и во второй главные штреки доступа к реторте. Также производят выемку штреков верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте и связанных с ними полостей между первым и вторым глав ными штреками доступа к реторте перед расширением взрывом породы для образовяния реторты. На фиг.1 приведена схема частич- i но подготовленного к перегонке пласта горючего сланца; на фиг.2 схематический разрез пласта по вертикали на фиг.З - схематический разрез пласта по вертикали (разрез А-А на фиг.2); на фиг.4 - разрез пласта по вертикали, демонтирующий перемычку; на фиг.З - горизонтальный разрез пласта с альтернативным вариантом формирования горизонтальных полостей. Схемы на фиг.1-5 выполнены, для большей наглядности, с нарушением действительных масштабов. Так, например, раздробленная масса в реторте может иметь форму куба размером 37-61 м, а целик нераздробленной породы между ретортами может иметь размер Эми менее. Способ осуществляют следующим образом. В зоне выемки 1 породы 2, содержащей горючий сланец, производят выемку породы и для подрывного обрушения с образованием реторт 3. В зоне подготовки реторт 4 производят подрывное обрушение породы с формированием в каждой реторте 3 проницаемой раздробленной массы В зоне 5 перегонки производится перегонка раздробленной массы в каждой реторте 3 с получением жидких и газообразных продуктов. Все зти стадии можно осуществлять в разных зонах пласта одновременно. При подготовке системы реторт в верхней части пласта производят выемку главной штрековой системы 6 вентиляционного горизонта, а главную штрековую систему 7 продуктивного горизонта выбирают в нижней части пласта. Между верхней и нижней границами образуемых реторт 3 формируют одну или несколько штрековых систем доступа ретортам, например, верхнюю главную штрековую систему горизонта доступа к ретортам 8, промежуточную главную штрековую систему 9 и нижнюю главную штрековую систему 10. Штреки вентиляционного горизонта располагают вьш1е верхних границ реторт, а штреки продуктивного горизонта ниже нижних границ реторт. Выработки главного вентиляхщонного горизонта, продуктивного горизонта и штреки доступа к ретортам проходят по периметру части разрабатываемого пласта, образуя между собой прямые углы. Реторты 3 располагают параллельными рядами, проходящими между противоположными паралле ными участками главных штрековых систем. Вдоль первых концов реторт 3 проводят первый главный штрек 6 вентиляционного горизонта, первый штрек продуктивного горизонта и пер вые главные верхний, промежуточный и нижний штреки 8-10 горизонта доступа к ретортам. Вдоль вторых ко цов рядов реторт 10 проводят второй главный вентиляционный горизонт и штреки 11 и 12 продуктивного горизонта, вторые главные верхний, промежуточный и нижний штреки 13-15 горизонта доступа к ретортам. Штрек 16, служащий коллектором газа,проводят ниже штрековой системы продук тивного горизонта. Сообщение между основными штрековыми системами и земной поверхностью обеспечивают одним или большим числом вертикальных стволов, а доступ к штреку 16 обеспечивается отдельным, изолированным от других вьфаботок, газовым стволом. Вентиляционный горизонт, продуктивный горизонт, верхний, промежуточный и нижний горизонты доступа к ретортам включают каждый ряд пара лельных, вертикально разнесенных поперечных штреков 17-21, перпендикулярно основным штрекам. Концы по перечных штреков вентиляционного, продуктивного горизонтов и горизон тов доступа к ретортам открываются в соответствующие первый и второй главные вентиляционные штреки,расположенные на противоположных концах поперечных штреков. Каждый поперечный штрек 18 продуктивного горизонта проводят с небольшим укло ном для обеспечения перетока жидких продуктов перегонки в направлении главной штрековой системы продуктив ного горизонта. Поперечные штреки вентиляционного горизонта проводят в вертикаль ной плоскости, проходящей меящу боковыми границами реторт в соседних рядах. Аналогично располагают кажды попёречньй штрек 18 продуктивного горизонта, но ниже нижних границ ре торт, непосредственно под соответствующим поперечным штреком 17 вентиляционного горизонта. Поперечные штреки 17 вентиляционного горизонта обеспечивают подачу воздуха для вентиляции или перегонки для двух соседний рядов реторт. Для формирования жидкостно-коплекторнрй системы перпендикулярно оси противоположных концов каждого поперечного штрека 18 продуктивного горизонта выбирают множество продольно разнесенных укороченных штреков 22, подведенных к месту, расположенному ниже центра реторты с одной стороны поперечного штрека продуктивного горизонта и используемых для собирания жидких продуктов перегонки. Газообразные продукты транспортируют в газоколлекторньй штрек 16. Жидкие и газообразные продукты перегонки достигают укороченных штреков 22 с помощью пробуренных скважин 23 (фиг.2) между каждым укороченным штреком и нижней границей реторты. В границах местоположения каждой реторты (фиг.1) формируют три вертикально разнесенные горизонтальные полости 24-26 прямоугольного сечения из соответствукщих горизонтов доступа к ретортам. Объем полостей может составлять 15-25% полного объема образуемой реторты; Поперечные штреки горизонта доступа к ретортам 19-21 имеют ширину 9 м и высоту 6 м, и соответствуювще горизонтальные полости выбирают с той же высотой при длине и ширине 61 м с оставлением целиков (фиг.5) или без них, причем при наличии целиков высоту полости увеличивают для того, чтобы ее объем бып равен объему полости без опорных целиков. Поперечные штреки вентиляционного горизонта проходят одновременно с выемкой штреков продуктивного горизонта и горизонта доступа к ретортам,начиная от первых главных штреков вентиляционного горизонта, продуктивного горизонта и горизонта доступа к ретортам 11-15 с одной стороны ряда в направлении.вторых основных штреков 27-31 на противоположной стороне ряда, что улучшает условия вентиляции вьфаботок. Каждый поперечный штрек продуктивного горизонта проходит одновременно или с опережением соответственных поперечных штреков вентиляционного горизонта или горизонта доступа к ретортам. Возможно проведение поперечных штреков до выемки горизонтальных полостей для чего, после формирова-ния поперечных штреков второго комплекта главных штреков, полости выбирают обратным ходом со стороны второго комплекта главных штреков.

Кроме того, указанные полости и поперечные штреки можно разрабатывать и прямым ходом путем одновременного образования полостей и части поперечных штреков горизонтов доступа к рето)там по мере продвижения выемки от одного комплекта основных штреков горизонта доступа к ретортам в направлении другого комплекта главных штреков горизонта доступа.

При проходке поперечных штреков по их простиранию проходят ряд вертикальных проходов восстающей выработки 32, соединяемой с соответствуюпщми штреками проходами 33-37, причем для каждой группы из четырех реторт в данном ряду предусматриваю т отдельный проход. Барьерные целики нераздробленной породы между группами из четырех реторт в данном ряду должны быть в два раза шире барьерных целиков между ретортами в Пределах группы из четырех реторт для размещения проходов восстающей выработки. Кроме того, для каждой пары соседних рядов можно формировать реторты в этих рядах в виде двух граничащих между собой групп из четырех реторт в ряду, с образованием .кустов по восемь реторт по простиранию аналогичных соседних рядов. Поперечные штреки вентиляционного и продуктивного горизонтов располагают вдоль средней линий таких кустов. Конфигурации каждой байпасной восстающей могут быть.и иными, чем приведенные на фиг.1.

В процессе подготовки реторт проходы 33-37, восстающей выработки 32, используют в качестве рудоспусков в поперечньй штрек 18, где породу транспортируют конвейером или скрепером в направлении главных штреков для дальнейшего подъема на поверхность.

По мере дальнейшей отработки реторт эти проходы восстающей выработки используют не для спуска руды, а для вентиляции паперечных штреков горизонта доступа к ретортам и продуктивного горизонта.

Указанные проходы восстающей выработки 32 смещают относительно

поперечных штреков для того, чтобы в днищах подобных поперечных штреков не бьшо опасньк для рабочих каналов, а также для того чтобы спущенная порода не забивала поперечные штреки продуктивного горизонта.

После сооружения каждого комплекта горизонтальных полостей 24-26 производят подрывное обрушение пласта в направлении указанных полостей, для чего в межполостных целиках, а также в опорных целиках в полостях бурят подрьюные шпуры. Возможен вариант, в котором производят обрушение породы и над верхней горизонтальной полостью, для чего в потолочине этой полости также бурят подрывные шпуры. Затем производят взрывное обрушение пород, причем при наличии опорных целиков внутри полостей сначала подрывают эти опорные целики. Для более эффективной вентиляции выработок обрушекие пород во всех ретортах одного ряда целесообразно производить только после выемки всего ряда поперечных штреков и полостей между первым и вторым главными штреками на противоположных концах ряда, причем обрушение желательно производить последовательно, продвигаясь по мере подготовки реторт вдоль ряда; Это проиллюстрировано на фиг .Zii где в реторте 38 производят обрушение с образованием раздробленной массы сЛанцев. Затем взрывные работы перемещают вправо и готовят следующую реторту.

После обрушения формируют газовые барьеры 39 в BepxHeMj промежу точном и нижнем поперечном штреках горизонтов доступа к ретортам меяЕДу ранее образованяо Ё( раздробленной массой и боковой границей следукицей формируемой реторты. Частично указанные барьеры формируются уже при обрзтпении пород в ретортах за счет перекрытия штреков частью попавшей в них раздробленной породы 40. Эту раздробленную породу в штреках покрывают слоем 41 материала, который повышает степень непроницаемости газового барьера 39, например, бетонируют, торкретируют или пневмобетонируют эту породу. Дополнительно на этот слой могут быть нанесены синтетические смолы.При бетонировании возможно армирование газовых барьеров сталью, нанесение на поверхность массы 40 герметизирующей глины, ЗО-сантиметравый слой которой достаточен для обеспечения долговечности и стойкости непроницаемого барьера. Непроницаемый слой 41 затем засыпают защитным слоем 42 частиц, например раздробленной породы или глины, для защиты слоя 41 от возможных ударных нагрузок при взрьшных работах. Для этого достаточно защитного слоя толщиной 60 см.

В результате взрывов происходит также герметизация каналов в боковых укороченных штреках, что приводит к изоляции друг от друга поперечных штреков вентиляционного горизонта, продуктивного горизонта и горизонтов доступа к ретортам. Ведущие байпасным восстающим боковые укороченные штреки герметизируют загрузкой в штреки раздробленных частиц породы и бетонированием или торкретироЬанием завалов породы цементным растворо с засыпкой, если необходимо, защитного слоя.

После окончания дробления породы и изоляции реторт производят бурение множества каналов 23 ввода газа, расположенных по диагонали вниз с отклонением от поперечного штрека 17 вентиляционного горизонта к верхней границе реторты для того, чтобы в ходе перегонки обеспечить подачу кислородсодержащего газа. Аналогично, из укороченных штреков 22, прилежащих к поперечному штреку 18 продуктивного горизонта, вверх к нижней границе реторты бурят множество скважин или гезенков 43, предназначенных для удаления жидких и газо39 а WJ3//.-- ---/01 -.--А

-д -ly rri f-j-si Mj f /Г СТГ- Г- if-1::

збггиз 9и.г уз wif

образных продуктов из реторт в поперечный штрек 18 продуктивного горизонта. Каналы 23 ввода воздуха и гезенки 43 могут быть пробурены, при необходимости, до подрьшного обрушения пород.

В процессе горения сланцев зона горения перемещается вниз через раздробленную массу, продукты сгорания прогревают нижние слои, образуя зону перегонки, где из сланца удаляются жидкие и газообразные продукты, которые затем проходят через гезенки, укороченные штреки 22, поперечные штреки 18 и продвигаются по главным штрекам продуктивного горизонта 7 и 12 по их наклону, собираясь в отстойниках на. каждом конце поперечного штрека продуктивного горизонта. На поверхность эти продукты из отстойника откачивают насосами, а отходящие газы выпуска1ют на поверхность из газоколлекторного штрека 16.

Наряду с описанием выше симметричным расположением выработок и реторт. ВОЗМОЖН9 и их ассиметричное расположение. Возможно также образование реторт путем отбойки породы взрывом на вертикально расположенные полости.

Изобретение способствует более рациональной отработке сланцевых месторождений, сокращает потери горючего сланца, уменьшает время на подготовку и отработку залежи, улучшает параметры процесса перегонки за счет более равномерного дробления пород в ретортах, повьш1ает безопасность подземных работ.

33

/J f7

34 35

nm

Z1

(put. 5