Способ подземной газификации угля Советский патент 1992 года по МПК E21B43/295 

Изобретение относится к производству генераторного газа из твердых углесодержащих веществ.

Известен способ подземной газификации угля, включающий бурение скважин, создание каналов газификации, розжиг топлива, нагнетание в каналы газификации через скважины азотнокислородного или пароазотнокислородного дутья и восстанавливаемого дутья и отвод продуктов газификации через зону транспорта горяч,ега генераторного газа из скважины на поверхность. При этом нагнетание азотнокислородного или пароазотнокислородного и восстанавливаемого дутья осуществляют одновременно, при этом восстанавливаемое дутье нагнетают в зону транспорта горячего генараторного газа, образующегося при взаимодействии топлива с азотнокислородным дутьем.

Недостаток этого решения - недостаточная эффективность способа и загрязненность продуктов газификации.

Известен также способ подземной газификации угля, включающий бурение вертикальных дутьевых и газоотводящих скважин, соединение их каналами по пласту угля, формирование огневого забоя, подачу дутья в дутьевые скважины с обеспечением перемещения фронта последнего в направлении от дутьевых к газоотводящей скважине и отвод газа на поверхность через канал газоотводящей скважине.

Недостаток этого технического решения - высокие эксплуатационные затраты и загрязнение окружающей среды из-за высокого содержания загрязняющих примесей в отводимом газе.

Цель изобретения - снижение эксплуатационных затрат и загрязнения окружающей среды за счет уменьшения загрязненности отводимого газа.

Для достижения поставленной цели в способе подземной газификации угля, включающем бурение вертикальных дутьевых и газоотводящих скважин, соединение их каналами по пласту угля, формирование огневого забоя, подачу дутья в дутьевые скважины с обеспечением перемещения фронта последнего в направлении от дутьевых к газоотводящей скважине, вокруг газоотводящей скважины в интервале пласта угля формируют полость, размеры которой принимают, исходя из условия сохранения ее устойчивости до подхода к ней огневого забоя, и располагают приемное отверстие, отводного канала ниже кровли сформированной полости, причем в процессе газификации часть отводимого на поверхность газа охлаждают и подают обратно в указанную полость, а расход отводимого газа периодически увеличивают до значения, превышающего суммарный расход подачи дутья и подаваемого в полость охлажденного газа.

Оценивая существенность признаков, характеризующих заявленное решение, можно отметить, что неизвестны решения, в которых сходные признаки решают сходные функциональные задачи.

На фиг.1 схематически показан вид в плоскости пласта; на фиг.2 - разрез по ряду газоотводящих скважин.

На чертежах показаны ряды дутьевых 1 и газоотводящих 2 скважин газогенераторов, огневой забой 3, приемные полости 4 газоотводящих скважин 4, горизонтальные скважины 5, обеспечивающие связь дутьевых скважин 1 и газоотводящих скважин 2 в рядах. Кроме этого, на чертежах показаны котел-утилизатор 6, канал 7 подачи холодного газа, канал 8 отвода газа, дымосос 9.

Способ осуществляется в следующем порядке.

В пределах участка пласта, подлежащего газификации, бурят систему вертикальных скважин, содержащую ряды дутьевых 1 и газоотводящих2 скважин, располагаемые поочередно, начиная с ряда дутьевых 1 скважин, а затем ряда газоотводящих 2 скважин, дутьевой ряд и т.д. (отработку запасов участка ведут последовательно, подвигая огневой забой 3 от одного конца рядов скважин к другому). Из каждой крайней в ряду скважины 1 бурят горизонтальные

скважины 5 в сторону соседней скважины 1 и скважины 5 в сторону соседних скважин 2 (рядов газоотводящих скважин).

Из каждой крайней в ряду скважины 2 бурят горизонтальные скважины 5 в сторону

0 соседней скважины 2 ряда и скважины 5 в обе стороны навстречу горизонтальным скважинам 5, буримым из крайних скважин 1.

Длину скважин 5 принимают из условия равенства их длины половине расстояния

5 между рядами скважин 1 и 2.

Число газоотводящих скважин 2 в ряду и расстояние между этими скважинами определяется возможностями буровых установок, обеспечивающих бурение горизонтальных скважин. Число этих скважин должно быть минимальным. Так, если это возможно, бурят только одну горизонтальную скважину на всю длину газогенератора, при этом в ряду будет только две газоотво5 дящие скважины 2 (одна в начале ряда, используется для формирования огневого забоя 3 (газификационного канала) между этой скважиной 2 и скважиной 1 газоподающего ряда).

0 Затем сбивают друг с другом забои горизрнтальных скважин 5 и сбивают с горизонтальной скважиной 5 соответствующие вертикальные скважины 1, для чего вводят в забои скважины 5 и скважин 1 заряды

5 взрывчатого вещества, взрывают эти заряды, а затем осуществляют проработку, например огневую, этих каналов.

Таким образом, после выполнения этих /)пераций образуется единая -гидравличе0 екая система, включающая ряды газоподающих скважин 1, связанных с горизонтальной подводящей скважиной: газификационный канал (включающий горизонтальные скважины 5, связывающие скважину 1 со скважиной 2 и скважину 2 со скважиной 1 другого ряда газовыводящих скважин) - горизонтальная скважина 5 - газовыводящая скважина 2.

У приемного конца газовыводящей

0 скважины 2 в интервале пласта формируют полость 4, диаметр которой должен быть много больше диаметра газовыводящей скважины 2.

Максимально возможные размеры полости ограничиваются только соображениями ее устойчивости (полость должна сохраняться до прохода огневого забоя от одного края газогенератора до другого). Устойчивые размеры полости могут быть определены из выражения

г 0,6 0,004 сгсж/n у cos а , (1)

где г - предельный радиус полости, м; оЬж предел прочности породы при сжатии. Па; п - запас прочности, приблизительно приниг аемый равным 3: у- объемный вес пород, а- угол падения трещин ослабления.

Полость формируют за счет выжигания объема угля, прилегающего к газовыводящей скважине 2 по всей ее высоте, до диаметра, определяемого из выше приводимого выражения (1).

Затем оборудуют скважину 2 под выпускную: в ней- размещают канал 8 отвода газа, в качестве которого используют трубу, располагаемую в скважине так, чтобы между стенками скважин и трубой-каналом 8 отвода газа оставался кольцевой зазор (канал 7 подачи холодного газа). Открытый конец канала 8 располагают ниже верхней кромки полости 4, Выходное отверстие канала 7 подачи холодного газа располагают на одном уровне с приемным отверстием канала8, для чего конец трубы, образующей канал 8, снабжают юбкой, внутренний диаметр которой равен диаметру скважины 2, а длина равна длине участка канала 8, выступающего из скважины 2. Выходное отверстие канала 8 на поверхности через дымосос связывают с котлом-утилизатором 6, в котором газ охлаждается, отдавая свое тепло на выработку пара. Из газового потока, прошедшего котел-утилизатор, отбирают часть охлажденного газа, который подают в канал 7 подачи охлажденного газа.

Процесс газификации ведут следующим образом.

Розжиг угля осуществляют известным образом в канале газификации. Дутъе подают в скважины 1, расположенные стороны от ряда газовыводящих скважин 2, ближайшие к газификационному каналу 3 (огневому забою), далее дутье по скважинам 5 попадает в газификационный канал. Газ продукт газификации выводят через горизонтальную скважину 5 к полости 4 у конца газовыводящей скважины 2. Одновременно в полость 4 через канал 7 (зазор вокруг трубы канала 8) подают охлажденный газ - продукт газификации. Производительность дымососа 9 регулируют таким образом, чтобы расход газа через канал 8 периодически превышал суммарный расход газа через газоподающие скважины 1 и канал 7.

Образующееся при этом разр$(жение в полости 4 в совокупности с ее охлаждением способствует выпадению из газового потока клейких частиц смолы. В совокупности с

завихряющим эффектом струи газа, врывающейся в полость 4 через скважину 5, приводит к снижению запыленности струи газа, попадающей в скважину 2 и снижение содержания в ней смол. Частицы смолы с налипшими на них пылинками выпадают на дно полости 4, но они восполняются новыми, попадающими в полость 4 из газогенератора.

Пример. Газифицируется горизонтальный участок пласта мощностью 4 Ом с размерами 200x200 м, объемный вес угля равен 1,35 т/м. Диаметр газоотводящей скважины принимают равным 300 мм, дмаметр дутьевой скважины при«и(мвют равным 168 мм. Бурение скважин 1 и 2 ведут пс сетке 20x20 м. Из забоев скважин 1 и 2 разбуривают вышеописанным образом горизонтальные скважины 5 и 5. После сбойки

скважин 5 и 5 в непрерывную линию осуществляют их огневую проработку путем перемещения очага горения навстречу нагнетательному дутью при временном использовании соответствующих вертикальных скважин рядов в качестве дутьевых и нагнетательных. Проработку полости 4 у конца газовыводящей скважины 2 (той, которая будет постоянно использоваться для выдачи газа из газогенератора) ведут направленным выжиганием прилегающего к скважине участка угля при подаче дуть и отвода газов - продуктов газификации i:3рез эту же скважину. Размеры полости принимают следующими: по мощности пласта,

а радиус - из выражения (1), т.е.

0,6 Уо,04 5,4 25000 0,б5 м .

Газификацию угля ведут в канале газификации, связывающем скважину 2 со скважинами 1 (соседних рядов газоподводящих скважин. Газ с температурой порядка 800900°С попадает в полость 4, где охлаждается до 250-300°С (за счет охлаждения пространства полости потоком охлажденного до 100-150°С газа и расширения объема газа из-за разряжения периодически создаваемого в полости за счет повышения производительности дымососа выше, чем достаточная для объема газа без роста давления газа в полости 4). Это приводит к выпадению смол из составов газа и повышению пылепоглощения полостью 4.

По сравнению с известным предлагаемое решение обеспечивает выход более чистого газа - продукта газификации, что исключает загрязнение окружающей среды отходами газификации угля (смолами, фенолами и т.д.) и уменьшает эксплуатационные расходы за счет упрощения очистки газа.

Экономический эффект от использования предлагаемого решения будет образовываться за счет снижения затрат на очистку газа - продукта газификации на поверхности и последующую утилизацию отходов (пыль, смолы, фенолы), получаемых при отчистке газа. Денежная оценка экономического эффекта от использования предлагаемого решения может быть сделана тол.ько после его апробации, по крайней мере в объеме промышленных испытаний.

Ф о рмул а изоб рете н ия

Способ подземной газификации угля, включающий бурение вертикальных дутьевых и газоотводящих скважин, соединение их каналами по пласту угля, формирование огневого забоя, подачу дутья в дутьевые скважины с обеспечением перемещения фронта огневого забоя в направле НИИ от дутьевых к газоотводящей скважине и отвод газа на поверхность через канал газоотводящей скважины, отличающийс я тем, что, с целью снижения эксплуатационных затрат и загрязнения окружающей среды за счет уменьшения загрязненности отводимого газа, вокруг газоотводящей скважины в интервале пласта угла формируют полость, размеры которой принимают, исходя из условия сохранения ее устойчивости до подхода к ней огневого забоя, и располагают приемное отверстие отводного канала ниже кровли сформиров1анной полости, причем в процессе газификации часть отводимого на поверхность газа охлаждают и подают обратно в указанную полость, а расход отводимого газа периодически увеличивают до значения, превышающего суммарный расход подачи дутья и подаваемого в полость охлажденного газа.

Изобретение относится к производству генераторного газа из твердых углесо- держащих веществ. Цель изобретения - снижение эксплуатационных затрат и загрязнения окружающей среды за счет уменьщения загрязнённости отводимого газа^ Бурят вертикальные дутьевые и газоот- водящие скважины (С). Соединяют их каналами по пласту угля. Вокруг приемного конца газоотводящей С в интервале пласта угля формируют полость. Размеры последней принимают, исходя из условия сохранения ее устойчивости до подхода к ней огневого забоя.-Располагают приемное отверстие канала газоотводящей С ниже кровли сформированной полости. Осуществляют розжиг с формированием огневого забоя. В дутьевые С подают дутье с обеспечением перемещения фронта огневого забоя в направлении от дутьевых к газоотводящой С. Газообразные продукты газификации отводят на поверхность. Часть отводимого газа охлаждают и подают обратно в полость. Расход отводимого газа периодически увеличивают до значения, превышающего суммарный расход подачи дутья и подаваемого в полость охлажденного газа. 2 ил.•^Ё

I

I л-ье

S

3

г