RU2398105C1

RU2398105C1 - Method for underground gasification of thick coal beds in layers

Info

Publication number: RU2398105C1
Application number: RU2009123677/03A
Authority: RU
Inventors: Алексей Юрьевич Зоря (RU); Алексей Юрьевич Зоря; Ефим Вульфович Крейнин (RU); Ефим Вульфович Крейнин; Сергей Николаевич Лазаренко (RU); Сергей Николаевич Лазаренко; Сергей Константинович Тризно (RU); Сергей Константинович Тризно
Original assignee: Открытое акционерное общество ОАО "Газпром промгаз" (ОАО "Газпром промгаз")
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2010-08-27

Abstract

FIELD: mining. ^ SUBSTANCE: invention relates to mining industry, in particular to underground gasification of thick coal beds. Method includes drilling wells in coal bed in rows to arrange bed wells of upper and lower layers. Upper row of bed wells is drilled over lower row of bed wells in staggered order. Combustion face is ignited, and coal bed is gasified from upper layer via bed wells of upper row with blowing along some of them - blowing ones, and discharge of combustible gas along the other ones - gas discharge ones. As combustion face sets back, and ledge is formed in thickness of coal bed, lower layer gasification is started, using bed wells of lower row and blowing bed wells of upper row to supply blowing along them, as well as gas discharge bed wells of upper row for discharge of combustible gas. Formed ledge in thickness of coal bed is permanently preserved by lead of gasification along upper layer of coal bed. ^ EFFECT: increased efficiency of gasification of thick, mostly steep and inclined coal beds. ^ 7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке методом подземной газификации мощных угольных пластов, в т.ч. сложенных неустойчивыми и неспекающимися углями, газификация которых затруднена или невозможна известными опробованными способами.The invention relates to the mining industry and can be used in the development of underground coal gasification of powerful coal seams, including composed of unstable and non-sintering coals, the gasification of which is difficult or impossible by known tried and tested methods.

Известен патент Австралии №540775, опубл. 1984, сущностью которого является то, что по пласту направленно бурят параллельные скважины, разжигают огневой забой и по одним скважинам подают дутье, а по другим отводят газ. Основным недостатком известного способа подземной газификации является низкая эффективность его при газификации мощных пластов угля, особенно крутого и наклонного залегания. Например, если пластовые (технологические) скважины пробурены в средней части по мощности пласта, то газифицироваться в большей степени будут средний и верхний слои, а если скважины пробурены вблизи почвы пласта, то преимущественно будет газифицироваться нижний слой, а вышележащая часть мощного пласта угля может высыпаться вниз по падению за пределы зоны огневого забоя и не примет участия в процессе газификации.Known Australian patent No. 540775, publ. 1984, the essence of which is that parallel wells are drilled directionally in the formation, they fire a fire face and blast is supplied through one well, and gas is removed from others. The main disadvantage of this method of underground gasification is its low efficiency in the gasification of powerful coal seams, especially steep and inclined beds. For example, if formation (technological) wells are drilled in the middle part according to the thickness of the formation, then the middle and upper layers will be gasified to a greater extent, and if the wells are drilled near the formation soil, the lower layer will be gasified mainly, and the overlying part of a powerful coal seam may spill out down the fall outside the firewall and will not take part in the gasification process.

В качестве прототипа принято изобретение по патенту РФ №2091574, опубл. 1997. Сущность известного способа, раскрытого в описании патента, заключается в том, что газифицирующие скважины (дутьевые и газоотводящие) располагают вблизи почвы мощного пласта, а вышележащие слои пласта обрабатывают специальными составами, например гелеобразующими веществами, содержащими раствор жидкого стекла, хлористого аммония, бикарбоната натрия и т.д. В результате обработки уменьшается склонность верхних пачек угля к обрушению и увеличивается равномерность газификации пласта по всей мощности, что дает возможность увеличить полноту использования угольного вещества.As a prototype, the invention according to the patent of the Russian Federation No. 2091574, publ. 1997. The essence of the known method disclosed in the patent description is that gasification wells (blast and gas discharge) are located near the soil of a powerful formation, and the overlying layers of the formation are treated with special compositions, for example, gel-forming substances containing a solution of liquid glass, ammonium chloride, bicarbonate sodium etc. As a result of the treatment, the tendency of the upper packs of coal to collapse decreases and the uniformity of the gasification of the formation increases over the entire capacity, which makes it possible to increase the completeness of the use of coal matter.

Существенным недостатком известного способа газификации мощных пластов угля является его низкая эффективность. Особенно сильно этот недостаток проявляется при слабоустойчивых углях малой прочности, а также если угольный пласт сложен неспекающимися или слабоспекающимися углями, например марок Т, ТС и др. Такие угли под воздействием высокой температуры в окрестности огневого забоя не спекаются и, следовательно, не образуют однородную пластичную устойчивую массу, не склонную к самообрушению. В результате этого часть угля, находящаяся вблизи канала газификации, будет выгазовываться, а большая его часть может обрушаться вниз по падению пласта выходя за пределы канала газификации, что приводит к значительным потерям. Кроме того, выполнение работ по известному способу требует значительных дополнительных затрат на обработку составами вышележащих слоев мощного угольного пласта.A significant disadvantage of the known method of gasification of powerful seams of coal is its low efficiency. This drawback is especially pronounced with weakly stable coals of low strength, and also if the coal seam is composed of non-sintering or weakly sintering coals, for example, grades T, TC, etc. Such coals do not sinter under high temperature in the vicinity of the fire face and, therefore, do not form a uniform ductile stable mass, not prone to self-collapse. As a result of this, part of the coal located near the gasification channel will be degassed, and most of it may collapse down the dip of the formation going beyond the gasification channel, which leads to significant losses. In addition, the implementation of the known method requires significant additional costs for processing the compositions of the overlying layers of a powerful coal seam.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности газификации мощных, преимущественно крутых и наклонных угольных пластов за счет проведения газификации двумя слоями с использованием двух рядов пластовых скважин, расположенных друг над другом в шахматном порядке, с опережением газификации по верхнему слою.The technical result of the proposed invention is to increase the gasification efficiency of powerful, mainly steep and inclined coal seams due to gasification in two layers using two rows of formation wells located one above the other in a checkerboard pattern, ahead of gasification in the upper layer.

Технический результат достигается тем, что в способе подземной газификации мощных угольных пластов слоями, включающем проведение скважин бурением, розжиг огневого забоя и осуществление газификации угольного пласта, проводят скважины по угольному пласту рядами с образованием пластовых скважин верхнего и нижнего рядов, причем бурение верхнего ряда пластовых скважин над нижним рядом пластовых скважин осуществляют в шахматном порядке, газификацию угольного пласта начинают с верхнего слоя через пластовые скважины верхнего ряда с подачей дутья по одним из них - дутьевым, и отводом горючего газа по другим - газоотводящим, а при отходе огневого забоя и формировании уступа по мощности угольного пласта приступают к газификации нижнего слоя, используя пластовые скважины нижнего ряда и дутьевые пластовые скважины верхнего ряда для подачи по ним дутья и газоотводящие пластовые скважины верхнего ряда для отвода горючего газа, причем сформированный уступ по мощности угольного пласта постоянно сохраняют опережением газификации по верхнему слою угольного пласта.The technical result is achieved by the fact that in the method of underground gasification of powerful coal seams in layers, including conducting wells by drilling, igniting the fire face and gasification of the coal seam, conduct wells in the coal seam in rows with the formation of formation wells of the upper and lower rows, and drilling the upper row of formation wells above the bottom row of formation wells is carried out in a checkerboard pattern, the gasification of a coal seam is started from the top layer through the top row formation wells with a supply blasting along one of them — blasting, and discharge of combustible gas along the others — exhausting, and when the firing face is removed and a step is formed in terms of coal seam thickness, gasification of the lower layer is started using lower-layer formation wells and upper-series blow-out wells for supplying them blast and gas discharge formation wells of the upper row for the removal of combustible gas, and the formed ledge by the coal seam capacity is constantly kept ahead of gasification along the upper layer of the coal seam.

В одном из конкретных примеров верхний ряд пластовых скважин располагают над нижним на расстоянии не менее 1 м и не выше середины угольного пласта, а нижний - вблизи его почвы.In one specific example, the top row of formation wells is located above the bottom at a distance of not less than 1 m and not higher than the middle of the coal seam, and the bottom is near its soil.

Обычно приступают к газификации нижнего слоя угольного пласта при отходе огневого забоя в процессе газификации его верхнего слоя на 10-50 м.Usually, gasification of the lower layer of the coal seam is started when the face is removed during gasification of its upper layer by 10-50 m.

Целесообразно сформированный уступ по мощности угольного пласта постоянно сохранять до окончания газификации поддержанием соотношения, равного 1,0÷1,2, между количеством подаваемого дутья в пластовые скважины нижнего ряда и количеством подаваемого дутья в пластовые скважины верхнего ряда.It is advisable to permanently maintain the formed step in the coal seam capacity until the end of gasification by maintaining a ratio of 1.0 ÷ 1.2 between the amount of blast supplied to the bottom row formation wells and the amount of blast fed to the top row formation wells.

Полезно до начала газификации угольного пласта осуществлять его предварительную дегазацию через пробуренные пластовые скважины.Prior to gasification of a coal seam, it is useful to carry out its preliminary degassing through drilled formation wells.

Как правило, до начала газификации угольный пласт разделяют на блоки с оставлением между ними барьерных целиков, а газификацию угольного пласта осуществляют блоками, причем в одном блоке осуществляют газификацию угольного пласта, в другом блоке - предварительную дегазацию, в третьем блоке - проведение скважин бурением.As a rule, prior to gasification, the coal seam is divided into blocks with barrier pillars between them, and the gasification of the coal seam is carried out in blocks, and gasification of the coal seam is carried out in one block, preliminary degassing is carried out in the other block, and wells are drilled in the third block.

Блок представляет собой часть угольного пласта в форме параллелепипеда с размерами l, b, m. Длина блока l равна длине пластовых скважин за вычетом расстояния по скважине от поверхности до верхней границы блока. Ширина блока b определяется количеством пластовых скважин и расстоянием между ними. Высота блока m равна мощности пласта.The block is a part of a coal seam in the form of a parallelepiped with sizes l, b, m. The length of the block l is equal to the length of the formation wells minus the distance along the well from the surface to the upper boundary of the block. The width of the block b is determined by the number of formation wells and the distance between them. The block height m is equal to the thickness of the formation.

Угольный пласт в пределах горного отвода разбивают на блоки с оставлением между ними барьерных целиков шириной 70-100 м.The coal seam within the mining allotment is divided into blocks, leaving between them barrier pillars 70-100 m wide.

Предлагаемая совокупность существенных признаков позволяет повысить эффективность газификации мощных, преимущественно крутых и наклонных пластов угля. Отработка таких пластов двумя слоями позволяет газифицировать мощные пласты с различными по устойчивости и спекаемости углями. При опережающей газификации верхнего слоя пласта, сложенного слабоустойчивыми или неспекающимися углями, большая часть угля верхнего слоя будет обрушаться на поверхность нижнего слоя и далее будет газифицироваться вместе с нижним слоем пласта, что повышает эффективность и снижает потери угля. Расположение нижнего и верхнего рядов пластовых скважин в шахматном порядке относительно друг друга дает возможность создать равномерные условия газификации угля по ширине блока.The proposed set of essential features allows to increase the gasification efficiency of powerful, mainly steep and inclined coal seams. The development of such layers with two layers allows you to gasify powerful layers with different coals in stability and sintering. When gasification of the upper layer of the formation, composed of weakly stable or non-sintering coals, is achieved, most of the coal of the upper layer will collapse on the surface of the lower layer and will then be gasified with the lower layer of the formation, which increases efficiency and reduces coal losses. The location of the lower and upper rows of formation wells in a checkerboard pattern relative to each other makes it possible to create uniform conditions for coal gasification along the block width.

Сущность предлагаемого способа газификации мощных угольных пластов слоями поясняется примером его осуществления и чертежами, где на фиг.1 показана начальная стадия газификации блока, когда работа ведется по верхнему слою (вид сбоку), на фиг.2 - то же, вид в плане, на фиг.3 - следующая стадия газификации, когда работа ведется по верхнему и нижнему слоям (вид сбоку), на фиг.4 - то же, вид в плане, на фиг.5 - пример реализации способа.The essence of the proposed method of gasification of powerful coal seams in layers is illustrated by an example of its implementation and drawings, in which Fig. 1 shows the initial stage of gasification of the block when work is carried out on the upper layer (side view), Fig. 2 is the same plan view, on figure 3 - the next stage of gasification, when work is carried out on the upper and lower layers (side view), figure 4 is the same plan view, figure 5 is an example implementation of the method.

Мощный пласт угля 1 газифицируют отдельными блоками 2. Подземный газогенератор размещают в блоке и подготавливают к отработке двумя слоями с рядами пластовых скважин - нижним рядом 3, расположенным вблизи почвы пласта, и верхним рядом 4, расположенным над нижним рядом, причем скважины верхнего ряда располагают относительно скважин нижнего ряда в шахматном порядке, и проводят через все пластовые скважины предварительную дегазацию. Верхний ряд скважин находится над нижним на расстоянии не менее 1 м, причем его располагают не выше середины пласта. Для откачки воды бурят по обычной схеме вертикальные водоотливные скважины (не показаны), а для розжига огневых забоев бурят вертикальные розжиговые скважины (не показаны) или используют пластовые скважины, если они имеют достаточно крутое заложение.A powerful coal seam 1 is gasified by separate blocks 2. An underground gas generator is placed in the block and prepared for mining in two layers with rows of formation wells - the bottom row 3, located near the bed soil, and the top row 4, located above the bottom row, and the wells of the upper row are relatively wells of the lower row in a checkerboard pattern, and preliminary degassing is carried out through all reservoir wells. The top row of wells is located above the bottom at a distance of at least 1 m, and it is located no higher than the middle of the reservoir. For pumping water, vertical drainage wells (not shown) are drilled according to the usual scheme, and vertical ignition wells (not shown) are drilled for igniting firing faces or formation wells are used if they have a sufficiently steep laying.

Начальная стадия процесса отработки пласта начинается с газификации верхнего слоя пласта через скважины верхнего ряда 4, для чего через розжиговые, либо пластовые скважины 5-9 разжигают огневой забой 10 по верхнему слою. Газификацию верхнего слоя пласта осуществляют по известной технологической схеме, когда дутьевые скважины 6 и 8 располагают между газоотводящими скважинами 5, 7 и 9. В процессе газификации верхнего слоя часть угля вблизи огневого забоя будет выгазовываться, а остальные пачки обрушаются вниз по падению пласта и складируются в выгазованном пространстве на поверхности нижнего слоя, особенно если пласт сложен слабоустойчивыми или неспекающимися углями. Обрушенный уголь 11 в начальной стадии отработки практически не участвует в процессе газификации. Над обрушенным углем располагаются обрушенные породы 12 кровли. На начальном этапе все скважины нижнего ряда 3 перекрыты. При отходе огневого забоя по верхнему слою пласта на расстояние 10-50 м (величина которого зависит от горно-геологических условий, определяемых устойчивостью и спекаемостью угля и пород, углом залегания, мощностью пласта) начинается следующая стадия отработки пласта, для чего по известной схеме разжигают огневой забой 13 по нижнему слою пласта и газифицируют одновременно верхний слой, нижний слой и обрушенный уголь с постоянным сохранением уступа по мощности пласта до окончания отработки блока. При длине уступа менее 10 м обрушаемый уголь не будет полностью располагаться на уступе нижнего слоя и частично будет скатываться в завал, а при длине уступа более 50 м не будет теплового взаимодействия между огневыми забоями и часть угля не будет газифицироваться. На этой стадии дутьевой реагент подают во все скважины 14-17 нижнего ряда 3, а также через дутьевые скважины 6, 8 верхнего ряда (для поддержания интенсивности газификации верхнего слоя), а горючий газ отводят через газоотводящие скважины 5, 7, 9 верхнего ряда 4. Для сохранения баланса пропускной способности пластовых скважин газоотводящие скважины должны иметь больший диаметр, чем дутьевые. Например, при диаметре 6-и дутьевых скважин 6, 8, 14, 15, 16, 17, равном 0,2 м, а диаметре 3-х газоотводящих скважин 5, 7, 9, равном 0,3 м - суммарное сечение дутьевых скважин будет составлять 0,19 м², а суммарное сечение газоотводящих скважин составит 0,21 м². На данной стадии в подземном газогенераторе поднимается температура, и в процесс газификации вовлекаются как нижний и верхний слои пласта, так и обрушенный уголь 11, а также частично обрушенные породы 12 кровли (углистые алевролиты, аргиллиты и др.). Огневой забой до окончания газификации блока сохраняет уступчатую форму по мощности пласта, что позволяет обеспечить полноту использования запасов угля при относительно простой технологической схеме. Это достигается поддержанием соотношения, равного 1,0÷1,2, между количеством подаваемого дутья в пластовые скважины нижнего ряда, и количеством подаваемого дутья в пластовые скважины верхнего ряда.The initial stage of the reservoir development process begins with the gasification of the upper layer of the formation through the wells of the upper row 4, for which, through firing or formation wells 5-9, they fire the bottom 10 along the upper layer. Gasification of the upper layer of the formation is carried out according to the well-known technological scheme, when the blast holes 6 and 8 are located between the gas wells 5, 7 and 9. During the gasification of the upper layer, part of the coal near the fire face will be degassed, and the remaining packs will collapse downstream of the formation and are stored in gassed space on the surface of the lower layer, especially if the layer is composed of weakly stable or non-sintering coals. Collapsed coal 11 in the initial stage of mining practically does not participate in the gasification process. Above the collapsed coal are the collapsed rocks of the 12th roof. At the initial stage, all the wells of the lower row 3 are closed. When the fire face moves away along the upper layer of the formation to a distance of 10-50 m (the value of which depends on the geological conditions determined by the stability and sintering of coal and rocks, the angle of occurrence, the thickness of the formation), the next stage of development of the formation begins, for which, according to the known scheme, firing face 13 along the lower layer of the formation and simultaneously gasify the upper layer, the lower layer and the collapsed coal with constant preservation of the step in the thickness of the formation until the end of block mining. With a ledge length of less than 10 m, the collapsed coal will not be completely located on the ledge of the lower layer and will partially roll into the blockage, and with a ledge length of more than 50 m there will be no thermal interaction between the faces of the mine and some of the coal will not be gasified. At this stage, the blowing agent is supplied to all wells 14-17 of the lower row 3, as well as through the blow holes 6, 8 of the upper row (to maintain the intensity of gasification of the upper layer), and the combustible gas is discharged through the gas wells 5, 7, 9 of the upper row 4 In order to maintain a balance in the throughput capacity of formation wells, gas outlet wells should have a larger diameter than blast holes. For example, with a diameter of 6 blast holes 6, 8, 14, 15, 16, 17 equal to 0.2 m, and a diameter of 3 gas outlet wells 5, 7, 9 equal to 0.3 m, the total cross section of blast wells will be 0.19 m ² , and the total cross-section of gas outlet wells will be 0.21 m ² . At this stage, the temperature rises in the underground gas generator, and both the lower and upper layers of the formation and the collapsed coal 11, as well as partially collapsed rocks 12 of the roof (carbon siltstones, mudstones, etc.) are involved in the gasification process. The fire face until the end of gasification of the unit maintains a concessive shape in terms of reservoir thickness, which ensures the full use of coal reserves with a relatively simple technological scheme. This is achieved by maintaining a ratio of 1.0 ÷ 1.2 between the amount of blast supplied to the bottom formation wells and the amount of blast fed to the top row formation wells.

В примере реализации способа (фиг.5) рассматривается горный отвод по мощному угольному пласту крутого залегания размерами 1120 м×500 м, который разбит на 4 блока длиной l=500 м и шириной b=210 м, между которыми оставлены барьерные целики шириной 70 м. Расстояние от поверхности до верхней границы блока 100 м. В данном случае первый блок находится в стадии газификации угольного пласта, причем показан момент, когда одновременно газифицируются верхний слой, нижний слой и обрушившийся уголь с постоянным сохранением уступа по мощности пласта длиной 50 м. Расстояние между пластовыми скважинами каждого ряда составляет 50 м. На втором блоке пробурены все пластовые скважины и через них осуществляется предварительная дегазация угольного пласта. На третьем блоке происходит бурение пластовых скважин, т.е. блок готовят к отработке. После завершения газификации первого блока начинается газификация второго, при этом третий блок переходит в стадию дегазации, а следующий, четвертый, блок - в стадию подготовки и т.д.In an example implementation of the method (Fig. 5), a mining allotment is considered along a powerful steep coal bed with dimensions of 1120 m × 500 m, which is divided into 4 blocks with a length of l = 500 m and a width of b = 210 m, between which barrier pillars of 70 m wide are left The distance from the surface to the upper boundary of the block is 100 m. In this case, the first block is in the gasification stage of the coal seam, and the moment is shown when the upper layer, lower layer and collapsed coal are gasified with constant preservation of the step in thickness of the formation with a length of 50 m. the distance between the formation wells of each row is 50 m. On the second block, all formation wells have been drilled and through them preliminary degassing of the coal seam is carried out. On the third block, formation wells are drilled, i.e. the block is being prepared for testing. After the gasification of the first block is completed, the second gasification begins, while the third block goes into the degassing stage, and the next, fourth, block goes into the preparation stage, etc.

Использование изобретения позволяет повысить эффективность газификации мощных, преимущественно крутых и наклонных угольных пластов за счет проведения газификации двумя слоями с использованием двух рядов пластовых скважин, расположенных друг над другом в шахматном порядке, с опережением газификации по верхнему слою.The use of the invention allows to increase the gasification efficiency of powerful, mainly steep and inclined coal seams due to gasification in two layers using two rows of formation wells located one above the other in a staggered manner, ahead of gasification in the upper layer.

Claims

1. The method of underground gasification with layers of powerful coal seams, including conducting wells by drilling, firing up the face of the coal and gasification of the coal seam, characterized in that the wells are drilled along the coal seam in rows with the formation of formation wells of the upper and lower rows, and drilling the upper row of formation wells above the bottom row of formation wells is carried out in a staggered manner, the gasification of a coal seam is started from the upper layer through the formation wells of the upper row with blast supply in one of them - blast gas and discharge of combustible gas in others - gas discharge, and when the firing face is left and the step is formed in terms of coal seam thickness, gasification of the lower layer is started using lower and lower formation wells of the upper row to supply blast and gas discharge wells of the upper row for the removal of combustible gas, and the formed ledge by the power of the coal seam is constantly kept ahead of gasification in the upper layer of the coal seam.

2. The method according to claim 1, characterized in that the upper row of formation wells is located above the bottom at a distance of not less than 1 m

3. The method according to claim 1, characterized in that the upper row of formation wells is located no higher than the middle of the coal seam, and the bottom is near its soil.

4. The method according to claim 1, characterized in that they begin to gasify the lower layer of the coal seam when the fire face is removed during gasification of its upper layer by 10-50 m

5. The method according to claim 1, characterized in that the step formed by the coal seam thickness is constantly maintained until the end of gasification by maintaining a ratio of 1.0-1.2 between the amount of blast supplied to the bottom row formation wells and the amount of blast fed into formation wells of the upper row.

6. The method according to claim 1, characterized in that prior to the gasification of the coal seam, it is pre-degassed through drilled formation wells.

7. The method according to one of claims 1 to 6, characterized in that before the start of gasification the coal seam is divided into blocks leaving barrier pillars between them, and the gasification of the coal seam is carried out in blocks, and in one block gasification of the coal seam is carried out, in the other block - preliminary degassing, in the third block - conducting wells by drilling.