способ комплексного освоения месторождения горючих сланцев

Формула изобретения

Способ комплексного освоения месторождения горючих сланцев, включающий бурение дутьевых, газоотводящих и питающих скважин, осуществление через них огневого воздействия на пласт, подачу углеродсодержащего материала, получение генераторного газа и управление перемещением очага горения в плоскости пласта, отличающийся тем, что перед огневым воздействием осуществляют разупрочнение пласта созданием вдоль траектории перемещения очага горения зоны искусственных полостей и трещин, скорость перемещения очага горения контролируют измерением температуры газов в питающих скважинах, в качестве углеродсодержащего материала используют промпродукт мокрого обогащения каменных углей, брикетированные твердые бытовые и другие промышленные отходы, а выработанное пространство заполняют негорючей частью отходов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к комплексному освоению месторождения полезных ископаемых, и может быть использовано для получения продуктов подземной газификации горючих сланцев.

Известен способ комплексного освоения угольного месторождения, включающий деление месторождения на блоки, бурение дегазационных и дренажных скважин, предварительную дегазацию угольных пластов и подземную газификацию угля, с выдачей на поверхность продуктов дегазации пластов и газификации угля [1]. Недостатком этого способа является его низкая эффективность при освоении месторождения горючих сланцев. В составе горючих сланцев доля органической массы невелика (менее 25%) [2], поэтому самостоятельное горение сланца в подземных условиях весьма затруднено. В связи с этим низка вероятность получения устойчивого очага горения. Кроме того, комплексное освоение месторождения предусматривает не только наиболее полное извлечение полезных ископаемых, но и утилизацию отходов производства [3].

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является способ комплексного освоения месторождения, включающий бурение дутьевых, газоотводящих и питающих скважин, осуществление через них огневого воздействия на пласт, подачу углеродсодержащего материала, получение генераторного газа и управление перемещением очага горения в плоскости пласта [4]. Недостатками прототипа являются:

- неприспособленность способа для освоения месторождения горючих сланцев, обладающих более плотной структурой вещества и, следовательно, меньшей газовой проницаемостью;

- узкая область утилизации промышленных отходов - отработанные резинотехнические изделия.

Эти недостатки снижают эффективность комплексного освоения месторождения горючих сланцев.

Целью изобретения является повышение эффективности комплексного освоения месторождения горючих сланцев за счет предварительного создания в пласте свободных полостей и поверхностей и последующего заполнения этих полостей негорючей частью бытовых или промышленных отходов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе комплексного освоения месторождения горючих сланцев, включающем бурение дутьевых, газоотводящих и питающих скважин, осуществление через них огневого воздействия на пласт, подачу углеродсодержащего материала, получение генераторного газа и управление перемещением огневого забоя в плоскости пласта, в соответствии с техническим решением перед огневым воздействием осуществляют разупрочнение пласта созданием вдоль траектории перемещения очага горения зоны искусственных полостей и трещин, скорость перемещения очага горения контролируют измерением температуры газов в питающих скважинах, в качестве углеродсодержащего материала используют промпродукт мокрого обогащения каменных углей, брикетированные твердые бытовые и другие промышленные отходы, а выработанное пространство заполняют негорючей частью отходов.

Способ поясняется схемой подготовки выемочного участка к подземной газификации.

Способ комплексного освоения месторождения горючих сланцев может быть реализован следующим образом. Методом направленного бурения проводят дутьевую скважину 1 сначала до пласта, а затем по пласту до границы выемочного участка. Затем, начиная от границы выемочного участка, в обратном порядке осуществляют разупрочнение пласта, например, методом гидроразрыва с образованием в пласте большого количества полостей и трещин. На границе выемочного участка эту скважину сбивают с дневной поверхностью газоотводящей скважиной 2. По линии, соединяющей дутьевую скважину 1 с газоотводящей скважиной 2, на равном расстоянии друг от друга с дневной поверхности в зону образованных искусственных полостей и трещин бурят питающие скважины 3, 4, 5, 6. В каждой из питающих скважин устанавливают температурный датчик, с помощью которого контролируют температуру в зоне искусственных полостей и трещин.

В пространстве между дутьевой скважиной 1 и питающей скважиной 3 в зоне искусственных полостей и трещин разжигают газогенератор. При этом по дутьевой скважине 1 подают необходимое для горения количество воздуха, в скважине 3 контролируют температуру, а образующиеся продукты неполного сгорания горючих сланцев, так называемый генераторный газ, по газоотводящей скважине 2 выводят на дневную поверхность. При приближении очага горении к скважине 3 температура в ней будет расти до температуры газов в очаге горения, о чем проинформирует температурный датчик, установленный в этой скважине. В момент максимума температуры температурный датчик извлекают из скважины 3 и подают в нее углеродсодержащие материалы, в частности отходы мокрого обогащения каменных углей, брикетированные твердые бытовые и другие промышленные отходы.

Отходы мокрого обогащения каменных углей, как известно, содержат в себе до 40% горючей массы, при этом тысячи тонн этих отходов скопились в хвостохранилищах обогатительных фабрик. То же самое относится к твердым бытовым отходам, только скапливаются они на городских свалках, отчуждая земли сельскохозяйственных угодий, загрязняя окружающую природную среду.

Попав в зону, близкую к очагу горения, отходы быстро прогреваются и начинают гореть, выделяя при этом значительно большее удельное количество теплоты, чем удельное количество теплоты, получаемое от сжигания горючих сланцев. Горючая масса отходов выгорит, повысив температуру в очаге горения, а зольная или негорючая часть отходов останется в полостях, образованных искусственно при проведении гидроразрыва, или в полостях, образованных в процессе выгорания горючих сланцев, т.е. в выработанном пространстве.

Повышение температуры в очаге горения будет интенсифицировать не только процесс горения сланцев в зоне искусственных полостей и трещин, но и процесс выделения летучих веществ из горючих сланцев, которые в совокупности с продуктами неполного сгорания органической массы сланцев и составляют в основном генераторный газ подземной газификации.

Наличие в отходах влаги обеспечит протекание паровой газификации горючих сланцев, позволяющей увеличить содержание водорода в генераторном газе и тем самым повысить его теплотворную способность.

За счет предварительного создания искусственных полостей в сланцевом пласте появляется возможность размещения в зоне очага горения углеродсодержащих отходов, горение органической части которых ведет к увеличению температуры, вследствие этого будет выгазовываться больший объем пространства пласта, т.е. увеличиваться объем и производительность газогенератора.

Достигаемый эффект состоит в том, что способ позволяет получить устойчивый очаг горения большего объема и за счет этого вырабатывать больше генераторного газа, утилизировать отходы (промышленные и бытовые), снизить экологическую нагрузку на окружающую природную среду, за счет заполнения образовавшегося выработанного пространства негорючей частью отходов. Все это свидетельствует о повышении эффективности комплексного освоения месторождения горючих сланцев, а это и есть цель изобретения.

Источники информации

1. Способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном углесжигании/ Патент РФ № 2100588, опубл. 1997.12.27 (аналог).

2. Патраков Ю.Ф., Федорова Н.И. Характеристики горючих сланцев и богхеда Оленекского района Ленского бассейна/ Химия твердого топлива, 2009, № 3, с.3-8.

3. Лидин Г.Д. и др. Горное дело: Терминологический словарь/ Г.Д.Лидин, Л.Д.Воронина, Д.Р.Каплунов и др.- 4-е изд., перераб. и доп..- М: Недра, 1990, с.256, Комплексное освоение месторождений.

4. Способ утилизации изношенных автомобильных шин при разработке угольных пластов методом подземной газификации/ Патент РФ № 2435954, опубл. 10.12.2011 (прототип).