Обґрунтування параметрів технології свердловинної підземної газифікації вугілля зі зближених пластів

Abstract

У дисертаційній роботі на основі встановлених закономірностей зміни опускань міжпластових порід з урахуванням термохімічних процесів у підземному газогенераторі вирішена нова актуальна задача з обґрунтування параметрів технології свердловинної підземної газифікації вугілля на зближених пластах. Це є важливим науково-практичним результатом для ефективного відпрацювання вугільних запасів зі зближених пластів. За результатами теоретичних і стендових експериментальних досліджень газифікації вугільних пластів, що знаходяться на різних горизонтах, встановлено коефіцієнт їх зближення kзб. ≤ 5,5 – 5,7, що впливає на вибір послідовності вигазовування вугільних пластів. Встановлено, що відставання вогневого вибою підземного газогенератора по верхньому пласту визначається коефіцієнтом зближення вугільних пластів, який залежить від потужності міжпластових порід та потужності нижнього вугільного пласта. Урахування цієї залежності дає можливість забезпечити стійкий процес газифікації вугілля зі зближених вугільних пластів за рахунок уникнення дестабілізації зон протікання термохімічних реакцій у підземному газогенераторі. Визначено умови збереження рівномірності посування вогневого вибою підземного газогенератора за шириною стовпа газифікації, що забезпечуються часом його переходу на режим реверсу, який змінюється за експоненціальною залежністю. Розроблено рекомендації щодо відпрацювання запасів вугілля зі зближених пластів технологією свердловинної підземної газифікації в умовах шахт «Зарічна» та «Червоноградська» ДП «Львіввугілля». Економічна оцінка підтверджує доцільність застосування технології свердловинної підземної газифікації запасів вугілля, що знаходяться в зближених пластах.

В диссертационной работе решена новая актуальная задача по установлению закономерностей изменения опусканий межпластовых пород с учетом термохимических процессов в подземном газогенераторе и обоснованию параметров технологии скважинной подземной газификации угля со сближенных пластов. Одним из основных недостатков технологии скважинной подземной газификации угля является низкая производительность станций по газификации угля, решить который можно экстенсивным способом – увеличением количества одновременно работающих газогенераторов, которые располагаются на разных рабочих горизонтах и работают на одну систему газовыделения, переработки и использования генераторных газов и химических продуктов. Для газификации угольных пластов необходимо определиться с их положением в горном массиве, относятся ли данные пласты к сближенным, что существенно влияет на технологические параметры работы подземных газогенераторов. По результатам теоретических и стендовых экспериментальных исследований газификации угольных пластов, находящихся на разных горизонтах, установлен коэффициент их сближения kсб. ≤ 5,5 – 5,7, что влияет на выбор последовательности выгазовывания угольных пластов. Оптимальная скорость подвигания подземного газогенератора по длине огневого забоя прямо пропорционально зависит от мощности угольного пласта и сбалансированности окислительной (27 – 32%) и восстановительной (73 – 68%) зон химических реакций. Это позволяет прогнозировать время эффективной работы подземного газогенератора по длине столба газификации. Обеспечение оптимальной скорости подвигания огневого забоя возможно путем подачи необходимого количества дутьевой смеси в подземный газогенератор, что приводит к процессу полного сгорания угля в окислительной зоне по длине и ширине огневого забоя. Установлено, что отставание огневого забоя подземного газогенератора по верхнему пласту определяется коэффициентом сближения угольных пластов. Данный коэффициент зависит от мощности межпластовых пород и нижнего пласта. Это дает возможность обеспечить устойчивый процесс газификации угля, не допуская дестабилизации зон протекания термохимических реакций в подземном газогенераторе. Определены условия сохранения равномерности подвигания огневого забоя подземного газогенератора по ширине столба газификации, обеспечиваются время его перехода на режим реверса, который изменяется по экспоненциальной зависимости. Установлено, что время перехода подземного газогенератора на режим реверса при воздушном дутье на пластах мощностью 0,6 м происходит в 1,8 раза быстрее, чем на пластах мощностью 1,2 м. Средняя теплота сгорания генераторного газа при этом увеличивается на 54 – 61 % и составляет 6,4 – 6,7 МДж/м3. Приведены уравнения для определения длины эксплуатационных скважин от общего количества сближенных угольных пластов, что находятся в одновременной разработке. Разработаны рекомендации по отработке запасов угля со сближенных пластов технологией скважинной подземной газификации в условиях шахт «Заречная» и «Червоноградская» ГП «Львовуголь». Экономическая оценка, от реализованной энергии и химических продуктов из генераторного газа подтверждает целесообразность применения технологии скважинной подземной газификации запасов угля, что находятся в сближенных пластах.

In the thesis based on established dependences of changes of rock subsidence with account thermochemical processes in the underground gasifier is solved a new problem with relevant to study parameters of borehole technology for underground coal gasification of adjacent layers. This is an important scientific and practical result for the effective working of coal reserves from the contiguous seams. According to theoretical and experimental investigation of coal seams gasification that are located in different horizons are set their rates of convergence kcon ≤ 5,5 – 5,7, influencing the choice of coal seams sequence. It is established that combustion face delay of underground gasifier along the upper seam is determined with convergence coefficient of coal seams, which depends on rock thickness and thickness of lower coal seam. Considering of this dependence makes it possible to ensure stable coal gasification process with contiguous coal seams by avoiding destabilizing flow zones of thermochemical reactions in underground gasifier. The terms of preserving the uniformity advance of underground gasifier with width of gasification column provided by the time of its transition to the reverse mode, which varies according to the exponential dependence are determined. Based on conducted researches the recommendations for coal gasification with contiguous coal seam in the mine “Zarichna” and “Chervonogradska” SE “Lvivugillya” are developed. Economic evaluation confirms the feasibility of borehole technology of underground gasification of coal reserves which are located in contiguous seams.