Способ контроля процесса подземной газификации горючих Советский патент 1940 года по МПК C10J5/00 

При ведении процесса подземной газификации угля очень важно знать, где в каждый данный момент находится фронт горения угольного пласта, для того, чтобы определить, какая площадь уже выгорела, сколько остается еще угля в панели, какую форму имеет очаг горения, в каком районе панели идет более интенсивное горение и в какой менее интенсивное. Кроме этого, весьма важно знать, как ведет себя кровля над выгоревщим пластом угля, для того, чтобы судить, оседает ли кровля непосредственно вслед за огневым aaj боем или между последним и линией обрушения кровли остается свободное пространство, не заполненное кусками обрущивщихся пород, и чтобы знать, насколько далеко вверх распространилось обрущение кровли, в сторону вышележащих пород, как доходит обрущение или оседание кровли до поверхности земли и т. д.

До настоящего времени нет ни одного сколько-нибудь удовлетворительного способа контроля за этими явлениями, имеющими место при подземной газификации угля. Это объясняется трудностью условий: процесс протекает глубоко под землей.

куда трудно проникнуть с какой бы то ни было аппаратурой.

Предлагаемый, согласно настоящему изобретению, способ основан на комбинированном применении для данной цели методов геофизических измерений.

Для контроля за передвиганием огневого забоя предлагается использовать метод измерения электропроводности горных пород, или, что все равно, их удельного сопротивления, меняющегося при нагревании пород. С этой целью в угольный пласт из соответствующих выработок вводятся электроды. Электроды вводятся также в землю на поверхности против газифицируемых панелей. К электродам посредством проводов подводится электрический ток определенной силы, от соответствующего источника. Получающееся при пропускании тока электрическое сопротивление пород замеряется при помощи элементов, установленных на поверхности.

На фиг. 1 чертежа схематически изображена в плоскости пласта газифицируемая панель, причем АСЕ - поверхность земли, Bf-щтрек, из которого произведен розжиг панелг,.

АВ, CD и fF-гезенки, пройденные по направлению восстания угольного пласта из штрека до поверхности земли, Р-перемычка, отделяющая панель от других выработок шахты. Из гезенка АВ в угольном пласте в сторону панели пробурен ряд шпуров а, б, в, г, д длиной 1,5-2,0 м, Из среднего гезенка CD пробурены по углю шпуры е, ж, з, и, к к одну сторону и шпуры л, м, и, о, п - в другую. Из гезенка EF пробурены шпуры р, с, т, у, ф. Все эти шпуры пробурены по угольному пласту у почвы его.

В каждый шпур помещен железный стержень, к концу которого, выдающемуся в гезенк, присоединен провод, имеющий соответствующую изоляцию. Провода от всех стержней в каждом гезенке пропущены в железную трубу, проложенную в канавке, выдолбленной в почве гезенка. Для защиты проводов от действия высокой температуры труба затрамбована достаточно толстым слоем глины и мелкой породы. Труба с проводами по каждому из гезенков выведена до поверхности земли, и там провода подведены к центральному (диспетчерскому) пункту К, де установлена соответствующая контрольноизмерительная аппаратура.

С поверхности земли над панелью ABCDEP пробурена серия не глубоких (5-6 ж) вертикальных скважин (/, 2, 3. . .11, 12). В эти скважины тоже помешены железные стержни, концы которых, выдающиеся на поверхность, присоединены к проводам, идущим в диспетчерский пункт /.

По окончании прокладки всей этой системы проводов и электродов по ним пропускается постоянный или переменный ток таким образом, что систематически исследуется в отношении электропроводности каждый участок панели и вся панель в целом.

Токи пропускаются как по самому угольному пласту (т. е. между электродами а-б, б-в, в-г, г-д, а-е, б-ж:, 8-3 и т. д.), так и по породам, прикрывающим угольный пласт (т. е. мелсду электродами а-/, а-2, а-8, 6-1, б-2, б-З, 6-4, 6-1, 8-2,

в-3, в-4 и т. д.). Электропроводность (или, вернее, электрическое сопротивление) цепей замеряется путем отсчетов по омметру, установленному в диспетчерском пункте. Результаты отсчетов записываются в соответствующие таблицы.

Повторив несколько раз эти замеры, мы будем иметь совершенно отчетливую картину электропроводности панели до зажигания ее (в холодном состоянии).

После зажигания панели картина ее электропроводности начинает постепенно меняться - сначала вследствие испарения влаги, а затем вследствие нагрева пород. Кроме того, когда угольный пласт выгорит на определенном пространстве, начнется обрушение кровли, что тоже резко скажется изменением электропроводности пород в соответствующих участках.

В частности, положение огневого забоя может быть определено довольно точно этим методом вследствие того, что уголь обладает весьма малой теплопроводностью; благодаря этому каждый стержень, заложенный в угольный пласт, находится в почти нормальных температурных условиях вплоть до того момента, когда горение угля доходит до этого стержня. В этот момент, вследствие быстрого нагревания угля и стержня, в данном пункте резко изменяется электрическое сопротивление, что столь же резко скажется на показаниях приборов. Таким образом, будет установлено местонахождение очага горения в данный момент. Конечно, чем чаще будут заложены стержни в угольном пласте, тем точнее будет определено местонахождение очага горения.

Пропуская во время горения панели ток между электродами, заложенными в угольном пласте и опущенными в скважины с поверхности земли, мы будем наблюдать изменение электропроводности пород, залегающих выще угольного пласта; она, как правило, будет уменьшаться по мере приближения очага горения. Это будет происходит от нескольких причин: 1) от испарения влаги в породах, 2) от их нагрева н 3) от разлома их при обрушениях над выгоревшим пространством. Для изучения поведения кровли над очагом горения и ее влияния на ход технологического процесса подземной газификации угля очень важно знать характер каждого из указанных явлений, так как испаряемая из пород влага поступает как реагент в очаг газификации, на прогрев пород затрачивается часть тепла, получаемого при сгорании угля, а ход обрушений кровли (постепенные или внезапные обрушения) весьма существенным образом влияет на гидравлические сопротивления подземных газогенераторов.

Однако, путем одного измерения меняющейся электропроводности пород нельзя с достаточной точностью выявить характер каждого из этих явлений и влияние его на ход технологического процесса подземной газификации горючих. Для достижения указанной цели необходимо измерение электропроводности сочетать с какими-то иными наблюдениями и измерениями. В качестве таковых предлагается применить: а) контроль за поведением кровли газифицируемого пласта при помощи нивеллирования поверхности земли над горящими панелями и б) гравиметрические наблюдения. Нивеллирный контроль осуществляется таким образом, что над газифицируемой панелью, на поверхности земли, намечается ряд точек в определенном порядке. В этих точках закладываются реперы и периодически, через определенные промежутки времени (например раз в сутки, или раз в двое суток) при помощи нивеллира производится визирование на рейку,устанавливаемую поочередно на каждом из реперов. Оседание поверхности при этом будет обнаружено и замерено при каждом нивеллировании. Но так как возможно, что оседание будет происходить в промежуток между двумя нивеллировками и так как важно знать точно момент оседания поверхности, то, в добавление к нивеллирпому контролю, предлагается установить в 1-2 точках поверхности над газифицируемой панелью электрические инклинометры. Последние устроены таким образом, что они воспринимают изменение угла наклона местности даже на очень малые углы, порядка нескольких минут, и сигнализируют об этом. Следовательно, как только произойдет даже малейшее движение поверхности земли над панелью, в центральном диспетчерском пункте будет получен звуковой или световой сигнал, после чего начальник смены или дежурный наблюдатель может явиться на местность и производить непосредственные наблюдения (или наблюдения посредством нивеллирования) за ходом оседания поверхности.

Таким образом, могут быть замечены и измерены уже дошедшие до поверхности оседания и обрушения пород, залегающих выше газифицируемого угольного пласта.

Но для суждения о ходе процесса подземной газификации угля очень важно иметь данные о ходе обрушения кровли с момента начала этого явления вслед за продвиганием огневого забоя. Непосредственные наблюдения за этим процессом невозможны. Для косвенного суждения о ходе процесса обрушения кровли предлагается применить гравиметрический метод наблюдения, применяемый в настоящее время для геолого-разведочных работ. Сущность этого метода заключается в том, что при помощи особых приборов, типа крутильных весов, измеряются аномалии и изменения плотностей в отдельных участках земпой коры. Обычно, для геолого-разведочных целей гравиметрический метод применяется в тех случаях, когда требуется разведать ископаемое с аномально большой или аномально малой плотностью по сравнению с нормальным гравитационным полем земли.

В нашем случае, когда мы имеем постепенно выгорающий пласт угля и постепенно обрушающуюся вслед за этим кровлю угольного пласта, мы имеем явление, при котором плотность земной массы в данном пункте сначала постепенно уменьшается. Это изменение плотности, по мере обрушения пород, захватывает все большее и большее пространство, пока не дойдет до поверхности. После этого начинается обратный процесс постепенного уплотненпя массы пород вследствие оседания и уменьшения объема ранее образовавшихся пустот. Гравитационное поле постепенно приближается к нормальной для данного пункта величине.

Измеряя силу тяжести в различных точках над газифицируемой панелью (например, в точках 1, 2, 3, 4, 5, 6 на фиг. 2) и в различное время, мы будем получать различное значение этой величины и по динамике ее мы сможем судить о поведении кровли над выгоревшим пространством. Мы будем знать, что в тех точках, где плотность еще нормальна, горение угля и обрушение кровли еще не имеет места.

В тех точках, где замечается уменьшение плотности, происходит горение. Там, где платность наименьшая, пласт выгорел, но породы кровли еще не осели полностью.

Там, где начинается увеличение плотности, происходит уплотнение обрушившихся пород. Наконец, там, где плотность приблизилась к нормальной для данного района и остается постоянной, процесс оседания и уплотнения закончился.

Сопоставляя данные, полученные при этих геофизических наблюдениях и данные о величине гидравлических: -сопротивлений, измеренных при ведении процесса газификации в панели, с данными о температурах и о составе газа, можно с достаточной ясностью судить о продвигании фронта горения, обрушении кровли над выгоревшим пространством и о ходе процесса подземной газификации горючих. Это дает возможность более глубоко и детально понимать процесс подземной газификации и более целесообразно управлять .

Предмет изобретения.

1.Способ контроля процесса подземной газификации горючих, отличающийся тем, что, с целью наблюдения за продвижением очага горения и обрушением кровли пласта наряду с наблюдением за поверхностью земли над газифицируемой панелью обычными приемами, применяют измерение электропроводностей и плотностей окружающих очаг горения пород.

2.Прием выполнения способа поп. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения электропроводности угля и лежащих над ним пород, в целик подлежащей газификации угля перед розжигом вводят электроды, соединенные с центральным щитом, снабженным контрольно- измерительными приборами, к которому подводят также провода от электродов расположенных в почве на поверхности.