Способ и устройство для газификации ископаемых углей непосредственно в недрах земли Советский патент 1932 года по МПК C10J5/00 

Предлагаемое изобретение касается способа газификации ископаемых углей непосредственно в недрах земли посредством ввода туда воздуха и пара. Для осуществления этого способа известны устройства, состоящие из двух шахт, соединенных штреками, из которых верхНИИ служит для отвода продуктов газификации и нижний - для подвода к массе газифицируемого угля сред, необходимых для газификации, и снабжен приспособлениями для регулировки количества подводимых сред (воздуха и пара).

В предлагаемом способе и устройстве для газификации для дробления угля газифицируемого шахтного поля применяют взрывание накладываемых в буровые скважины взрывных патронов и вместо пари к раскаленным нижним слоям угля подводят воздух. Для закладки взрывных патронов буровые скважины устраиваются наклонными и располагаются между штреками и шахтами на определенном расстоянии. Верхний штрек снабжен канавкой для отвода жидких продуктов газификации, а выработка -гидравлическими запорами. В целях улавливания образующейся при взрывах пыли в ходах, ведущих в штрек, в предлагаемом устройстве имеются пылеуловители.

На чертеже фиг. 1 изображает вертикальный разрез шахтного поля; фиг. 2-

вертикальный поперечный разрез верхнего штрека; фиг- 3 - гидравлический затвор в вертикальном разрезе; фиг. 4 и 4а - разрез по АВ на фиг. 1; фиг. 5 - разрез по СМ на фиг. 4 и фиг. б - вертикальный разрез колосниковой решетки над подводящими воду и воздух трубами. ,

Намеченный для газифицирования пласт угля вскрывается наклонными (или вертикальными) шахтами D и (фиг. 1). По шахте D вводится необходимый для горения воздух, а по шахте Е выходит полученный при газификации угля газ. Шахты D VI Е закладываются одна от другой в таком расстоянии, которое диктуется техникоэкономическими соображениями. Когда указанными шахтами пройдена зона вывертывания и достигнута зона сформировавшегося угля, между шахтами проходится соединительный штрек Wj, который впоследствии должен служить для отвода полученного газа. Стенки шахт выкладываются из породы, а кровля в случае слабых пород - разделывается в виде свода и крепится кирпичом. Когда шахты (или уклоны) пройдут по падению пласта на длину, равную наклонной высоте этажа, то между шахтами (или уклонами) проходится второй штрек г«2, который будет служить для подвода воздуха, прокладки водяных воздушных и прочих труб и для

гередвижения обслуживающего персоlana. Когда шахты будут пройдены на Ц1ину 15 - 20 м ниже основных штресов ZZ/i и Шз, засекаются штреки Л/i и 1/2, в которых будут устанавливаться :танки для бурения длинных скважин IO углю. Все штреки проходятся широким ходом с раскоской, в которую убиэается вся порода, полученная от подрывки. Наклонные шахты (или уклоны) :оже проходятся широким ходом и боко ые стенки их выкладываются из породы, юлучаемой от подрывки и спускаемой : поверхности.

Так как по штрекам HIi и Ш будут лроходить горячие газы, то стенки и ровля штреков должны тщательно вычладываться из кусков породы, если порода обладает достаточной ог Тестойкостью, или ,же в противном случае - из кирпича, как указано на чертежах. Штреки MI и 2 (фиг. 4 и 4а) погашаются по мере продвнгания огненного забоя, а потому они крепятся облегченной железной крепью той или иной конструкции,

В закладке между штреками Ш и nil, VI М VI MI оставляются диагональные проходы, по которым будет уходить газ из очистного (огненного) пространства в штрек и дальше. Проходы эти имеют диагональное направление, вопервых, для того, чтобы в них можно было пропускать буровые штанги при бурении скважин по углю и, во-вторых, чтобы пыль, уносимая струею газа, могла лучше осесть в специальных пылеуловительных камерах «i и щ (фиг. 4).

Если ограничиться только проведением штреков и печей для подготовки месторождения и газификации, то может произойти следующее: уголь, зажженный из штрека, загорится, но в процессе горения массив угля, (огненный забой) постепенно покроется слоем золы и шлака, которые затруднят, а впоследствии, может быть, л совсем прекратят дальнейший доступ воздуха к углю. Если же в некоторых случаях горение и не -прекратится, то во всяком случае про«цесс газификации угля замедлится и проИзводительность „подземного газогенератора уменьшится.

С целью предотвратить подобное явление, необходимо в процесс подземной

газификации ввести нечто, что имитировало бы измельчение угля перед его сжиганием в обыкновенном газогенераторе и шуровку последнего. Эти две операции в предлагаемом способе газификации угля осуществляются путем взрывов в длинн;11х скважинах. При этом уголь дробится на куски, а ударами газообразных продуктов взрыва будет сдуваться с полуобгоревших кусков угля слой золы и шлака.

Скважины направляются под углом в 45° к стенкам штреков и закладываются в расстоянии 3 - 5 JM друг от друга, считая по направлению оси штрека (фиг. 1).

Если пласт залегает достаточно спокойно, то бурение скважин должно производиться с верхнего .или нижнего штрека, через всю ширину столба, при чем заряжение скважин удобнее производить с верхнего штрека, так как при этом, помогает сила тяжести. Если же пласт залегает неспокойно, то бурение и заряжение скважин производятся снизу и сверху (на -у ширины столба -сверху и наполовину снизу).

Для удобства бурения скважины, ходки через закладку имеют то же направление под углом в 45°. В эти ходки пропускаются буровые штанги при вынимании из скважины, а также забойные штанги при зарядке скважин.

Зарядка каждой скважинь должна производиться после того, как бурение следующей скважины закончено (во избежание попадания бура на заряд взрывчатого вещества в соседней скважине при отклонении скважины.

В случае наличия в угле твердых включений (колчедана, кварцита и т. п.) следует применять комбинированный способ бурения: по углю спиральным сверлом, а по включениям - алмазным.

Для зарядки скважин следует применять динамит достаточно сильный (при.тгрно с содержанием нитроглицерина в 83%), так как, во-первых, уголь необходимо раздробить на куски не слишком больших размеров и, во-вторых, следует создать достаточный удар газов при взрыве, чтобы сдуть с обгоревших уже кусков угля слои золы и шлака.

т.-е., иначе говоря, прошуровать подземный газогенератор. В некоторых случаях, (например при пологих углах падения пласта), когда требуется отбросить оторванные куски угля на более или менее значительное расстояние, целесообразным будет применить комбинированный заряд, - динамит и черный порох, а именно: при взрывании динамита будет дробиться уголь, а при следующем взрыве черный порох будет отбрасывать куски угля от забоя.

При крутом падении, когда оторванный взрывами уголь имеет тенденцию скатываться вниз, под влиянием силы тяжести, буровые скважины 5 (фиг. 1) необходимо направлять так как указано на чертеже. При этом поток угля и шлаков вниз, по мере хода процесса горения, бсуществляется автоматически. При пологом падении необходимое течение угля и шлаков вниз должно быть осуществлено илою взрывов, для чего буровые скважины Si будут иметь направление, указанное на фиг. 1 пунктиром.

Подводка водяного пара и воздушного дутья производ|утся следующим образом: вода, выкачиваемая насосами из зумпфа шахты, подается по трубам в бетонные резервуары Уи , (фиг. 1), устроенные под верхним штреком, вблизи его пересечения с шахтой D. Отсюда, отстоявшаяся вода по трубам е .проложенным по шахте, нижнему штреку и печам X, подводится к очагу горения угля. Сюда же по трубам v подводится воздух, нагнетаемый вентилятором v, установленным в специальной камере на нижнем штреке.

Вода и воздух подводятся в газогенератор раздельно или же вода пульверизуется струею воздуха.

Для того, чтобы предохранить концы водяных и воздушных труб от повреждения при падении на них кусков породы и шлака, верхний конец печи прикрыт колосниковой решеткой. Решетка состоит из двух наклонно установленных чугунных решетчатых плит PI и РЗ (фиг. 6). Между кровлей и почвой вбита железная стойка g квадратного сечения, на которую своими верхними концами опираются плиты PI и РЗ- Нижние концы их опираются на чугунные плиты Si и 52, уложенные на закладке по бокам печи.

В плитах PI и РЗ имеются щели о, сквозь которые вода и воздух проходят в пространство горения. Вода, попадая в это пространство с раскаленными кусками породы, шлака и угля, испаряется и проходит Дальше уже в виде пара. Количество подаваемых в газогенератор воды и воздуха регулируется специальными вентилями, установленными в штреке ZZ/2, или же в соответствующем центральном пункте, в | отором будет сосредоточена вся аппаратура по наблюдению, контролю и управлению работы газогенераторов.

Когда закончены все подготовительные работы и печью х, (фиг. 1) отделена угольная панель PI от столба закладки возведенного вдоль шахты D, - подземный газогенератор можно пускать. Для этого в печи х выкладываются из деревянных стоек клети (называемые также Кострами); пространство кострами заполняется не слишком плотно, чтобы оставался проход для воздуха, - каким-либо горячим материалом, напр. щепками, стружками и т. п. и кусками угля. Зажигание производите или непосредственно из штрека, (в шахтах не газовых), или же при помощи электричества с поверхности, если шахты газовые.. Для того, чтобы в последнем случае при взрыве метана не получились сильные удары и разрушения, необходимо перед зажиганием тщательно проветрить выработки.

Когда зажигание произведено и начался процесс горения под , о чем можно узнать по усилившейся тяге воздуха и начавшемуся выходу продуктов горения по шахте Е, то можно спускаться людям по шахте D на штрек Шг. Так как очаг горения отделен от шахты и штрека Ш солидными каменными стенами и так как по этим выработкам будет проходить сильная струя свежего воздуха, то пребывание людей в этих выработках будет совершенно безоfiacHO.

Когда горение в очистном пространстве дошло до динамитных зарядов и последние начали взрываться, можно начать подачу воды в газогенератор и регулирование подвода воздуха. С этого момента начинается собственно процесс газификации угля.

Управление иодземным газогенератором заключается в регулировании количеств подводимых воды (водяного пара) и воздуха. О составе получающегося газа судят по анализу проб, взятых или на исходящей по шихте Е струе, или же в верхнем штреке Ш, при помощи специальной отсасывающей трубки ч (фиг. 1, 4 и 4а). Последняя пропускается через буровую скважину, выбуренную в породе почвы пласта, из верхнего штрека на нижний. В верхнем штреке конец трубки вводится примерно на середине штрека, как .указано на фиг. 4; в нижнем штреке на конец трубки (фиг. 4а) надеваются пыле- и смолоотделительные несад(5и. Проба газа берется из ответвлетвления о, снабженного краном.

В другой скважине, пробуренной рядом с первой, прокладыва отся провода термопары t. Последняя устанавливается в верхнем штреке и служит для измерения температуры газа, идущего по верхнему штреку. Этими двумя показателями (анализ газа и его температура) пользуются при суждении о ходе газогенератора и его регулировании.

Так как при газификации угля, сопровождающейся регулярными взрывами, будет получаться значительное количество пыли, которая будет уноситься струею газа, то необходимо производить улавливаниг этой пыли. Для этого в диагональных проходах печах, оставляемых в закладке между очистным пространством и верхним штреком (фиг. 1, 4 и 4а), устраиваются специальные пылеуловители, состоящие из перегородок Z/и карманов «1 и г/2При процессе газификации угля вместе с газом будут уноситься пары различных жидкостей, которые при дальнейшем движении газа будут конденсироваться и осаждаться на станках выработок в виде смол. Для улавливания и отвода этих смол верхний штрек Ш проходится с уклоном в сторону шахты D. Почва штре; а и;яеет уклон в канавке с, устроен-ной вдоль одной из стенок штрека. Почва штрека и канавка бетонируются. Смола, пройдя по штреку Шь направляется в наклонную выработку q, из которой, через специальный гидравлический затвор 2 (фиг. 2), попадает в сборник Ь, а оттуда

в специальных вагонетках, или посредством специального насоса, извлекается аа поверхность. Герметический затвор устраивается для того, чтобы газ из штрека ш, не мог проникнуть в сборник Ь и шахту QK

Так как конденсация смол будет происходить и в шахте , то и в «ей имеются аналогичные устройства. Дно шахты бетонируется, в нижней ее части устраивается гидравлический затвор s(фиг. 1 и 3). Пройдя через этот затвор, смола собирается в резервуаре п, откуда в вагонетках подается на поверхность. Из резервуара п смолу можно отводить также по специальным трубам, приложенным по штреку М в особый резервуар, устроенный у шахты D, а отсюда при помощи насоса выквчивать на поверхность.

Чтобы газ не мог попадать из выработок, по которым он будет отводиться на поверхность, в выработки, где будут находиться люди, в соответствующих местах устраиваются герметические перемычки Р. Паз, пройдя по шахте f, попадает в канал о, по которому он подводится к газгольдеру, а оттуда к мест-у потребления. В то время, когда происходит газификация в- верхнем этаже (например М) производится подготовка следующего (М)- Когда газифицируется верхний этаж, то газ отводится по штреку ZZ/1, во время газификации второго этажа отводящим штреком является штрек ZZ/2, а подводящим - Шг, и т. д. до тех пор, пока будет достигнут предел глубины разработки. Для того, чтобы гидравлический затвор Z (фиг. 1), устроенный для верхнего этажа, не мешал проходу газа по шахте при газификации нижнего,-затвор этот в конце газификации верхнего этажа взрывается, а вместо него, ниже, над следующим нижним штреком, устраивается новый затвор и т. д. По мере подвиганкя огненного забоя пйчи X (фиг. 1), за которые предвинулся забой, заделываются из штрека ZZ/2 плотными перемычками (из кирпича или иного материала) для того, чтобы воздух через них не попадал в очаг горения, аналогичным образом закрыты печи, находящиеся впереди забоя. Воздух в очаг горения допжен подводиться только по трубам, идущим от

вентилятора и проложенным в штреке и печах, находящихся непосредственно нратив очага горения, чтобы можно было управлять процессом горения. По мере продвигания забоя, трубы переносятся.

Предмет изобретения.

1.Способ газификации ископаемых углей непосредственно в недрах земли, посредством подвода туда необходимых для газификации сред (воздуха и пера),

отличающийся тем, что подлежащий газификации уголь шахтного поля дробят отдельными порциями по мере протекания процесса газификации посредством взрывов взрывных патронов, закладываемых в буровые скважины, пройденные в газифицируемом шахтном поле.

2.Видоизменение способа, означенного в п. 1, отличающееся тем, что вместо пара к раскаленным нижним слоям газифицируемого угля подводят воду в жидком состоянии, в целях использования для парообразования теплоты указанных слоев угля и породы.

3.Устройство для осущест| ления способа, означенного в п. п. 1 , состоящее из двух шахт, соединенных штреками, предназначенными для отвода продуктов газификации и подвода сред необходимых для газификации, из которых вторые штреки снабжены приспособлениями для регулировки количества подводимых сред, отличающееся тем, что

для закладки взрывных патронов, служащих для дробления угля и шурования газогенератора, шахтное поле между шахтами и штреками рассечено наклонными буровыми скважинами 5, расположенными на определенном расстоянии друг от друга (фиг. 1).

4.Форма выполнения устройства означенного в п. 3, отличающаяся тем, что в целях отвода жидких продуктов газификации верхний штрек lift (фиг. 1, 2 и 4) снабжен канавкой с, имеющей наклон в сторону одной из шахт и сообщающейся с наклонной выработкой д (фиг. 2) с гидравлическими затворами s, ведущей в сборник Ь.

5.Форма выполнения устройства означенного в п.п. 3-4, отличающаяся тем, что в целях улавливания пыли, образующейся при взрывах, в ходах х, ведущих в штрек Ш, устроены пылеуловители, состоящие из перегородок у и карманов о.

6. Форма выполнения устройства, означенного в п. п. 3-5, отличающаяся тем, что над трубами, подводящими воздух и воду к газифицируемому полю, установленны колосниковые решетки pi (фиг. б).

7. Применение при устройстве, означенном в п. п. 3-6, помещаемых в штреке Ш1, служащем для отвода продуктов газификации, термопар , провода от которых проложены в скважине, пробуренной в породе почвы ниже пласта. к авторскому свидетельству И. П. Кириченко JVfi 28274

ш:.Ш:

CDtrr ..

ч ., J I .,- :-а:У :,7Л,

.:. Л л- -ИХ

,.,:-з

.; , „/,r-. Я..

I.-ч.

i IечГ;:Ч .

i -i-is

Филз

-.-ДмДг .-f.-.f..k. .

1

lfc 4

M3S% ч|

:., - ч V

.. , - .. .