Подземная газификация угля в Карагандинском бассейне

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 622.278 (574.3)

Подземная газификация угля в Карагандинском бассейне

К.Д. Ли

Д.Б. РАХИМЖАНОВ

Подземная газификация угольных пластов (ПГУ) имеет экологические преимущества перед традиционными технологиями разработки угольных месторождений (шахты, открытые карьеры) как на стадии добычи, транспорта и хранения, так и на стадии сжигания топлива. Также весомую значимость имеет безлюдная технология при подземной газификации угольных пластов, что заслуживает широкого применения в теплоэнергетике. Перспективность этого направления подтверждается оживлением экспериментальных и промышленных работ в мире по проблеме промышленной газификации угля в Китае, Австралии, Канаде и других странах.

В Центральном Казахстане данная проблема обсуждается с 80-х годов, однако конкретные технические решения отсутствуют. Проблема ПГУ для Казахстана актуальна, особенно для районов, которые имеют большие запасы угля, но угли не соответствуют кондициям и имеют сложные геологические условия залегания.

Предлагаемый экспериментальный участок газификации угля (шахтные поля 60 и 60-бис) расположен в северо-западной части Промышленного участка и выделен на угольных пластах К4, К3, К2, К1.

В геологическом отношении шахтные поля расположены на северо-западном пологопадающем крыле карагандинской синклинали, на площади распространения угольных пластов К4-К1 карагандинской свиты. Мощность нижней части свиты составляет 130-150 м. Сложена она песчаниками, алевролитами, аргиллитами, тонкими прослоями известняковых пород и угольными пластами К4, К3, К2, К1. Литологический состав пород хорошо выдерживается по простиранию и по падению. Аргиллиты, как правило, залегают в кровле и почве угольных пластов.

Глубина залегания пластов колеблется от непосредственного выхода на поверхность до максимальной глубины залегания пласта К1, равной 170 метрам.

В структурном отношении шахтное поле характеризуется довольно простым строением и залеганием угольных пластов от 5 до 10-15 градусов. С юга поле ограничено крупным нарушением - сбросом 7 с амплитудой смещения до 140 м.

Угленосность поля связана с нижней частью карагандинской свиты, содержащей четыре пласта рабочей мощности - К4, К3, К2, К1. Все угольные пласты характеризуются сложным и весьма сложным строением, а по мощности являются относительно выдержанными. По качеству угли высокозольные, труднообогатимые, среднесернистые, среднефосфористые. Теплотворная способность (удельная теплота сгорания по бомбе -Q) угля равна 3280-8360 ккал/кг.

Элементарный состав угля: С - 88.62 %; Н - 5.47 %; N+O2 - 5.91 %. Угли пригодны в качестве энергетического топлива. Гидрогеологические условия вскрытия и отработки являются простыми. Возможный водоприток не превысит 20 м3/ч, а в паводковый период - 40 м3/ч.

Воды карбоновых отложений высокоминерализованные, жесткие, обладают сульфатной агрессивностью на сульфатостойкие портландцементы и коррозирующими свойствами - на металлы. РН составляет 7.2-7.8.

Запасы экспериментального участка подсчитаны по параметрам кондиций с минимальной мощностью пласта 0.9 м и максимальной зольностью - 40 %. Запасы подсчитаны по угольным пачкам и горной массе с учетом 100 % засорения внутрипластовыми породными прослоями. Коэффициенты засорения по пластам составляют соответственно для пластов К4, К3, К2, К1: 1,08 - 1,23 - 1,07 - 1,14.

Таблица 1. Балансовые и забалансовые запасы шахтных полей 60 и 60 бис

Основные технические решения даны для первой очереди подземного газогенератора, предназначенного для отработки пласта К1. Запасы угля на площади, отведенной под газогенератор, составляют

(1)

где p - плотность угля, Pу = 1.35 т/м3; В - ширина участка, В = 180 м; L - длина участка, L = 240 м; h - мощность пласта, h = 1,40 м.

В результате получим:

С учетом намечаемой газификации свиты угольных пластов наиболее рациональным является их вскрытие при помощи криволинейных скважин. Для их бурения предлагается использовать забойные двигатели, позволяющие бурить из вертикально расположенного шахтного ствола, применяя для набора кривизны профилированные накладки под корпус забойного двигателя. В процессе бурения ведется контроль за углом наклона скважины. При построении трассы скважины необходимо учитывать искривления в каждом конкретном случае.

Для вскрытия запасов угля на площади опытного подземного газогенератора (ОПГГ) предлагается пробурить с поверхности три криволинейные скважины 2, 3 (рис.) диаметром 200 мм, расстояние между которыми составляет 90 м. При этом скважины 2 предназначены для подачи дутья в ОПГГ, а скважина 3 - для отвода газа из него. Скважины 2 обсаживают тонкостенными стальными трубами на всю длину, а скважину 3 - только вертикальную и криволинейную части.

Принципиальная схема опытного подземного газогенератора: 1 - угольный пласт; 2 - воздуходувные скважины; 3 - газоотводящая скважина; 4 - первоначальный реакционный канал; 5 - нагнетательный трубопровод; 6 - газоотводящий трубопровод; 7 - теплообменник-утилизатор; 8 - огневой забой; 9 - выгазованное пространство; 10 - оголовки вертикальных скважин; 11 - поверхность земли; 12 - передвижные зажигательные устройства

Таким образом, предлагая вскрытие пласта К1 криволинейными скважинами, мы создаем каналы газификации буровым способом. Эти каналы представляют собой прямолинейную, приближающуюся к горизонтальной, часть криволинейной скважины вскрытия. При этом канал газификации располагают на контакте с почвой пласта. Выгазовывание угольного пласта со стороны почвы приводит к лучшему развитию реакционной поверхности за счет обрушения угля.

Каналы газификации по простиранию пласта сбивают по падению первоначальным реакционным каналом 4 между скважинами 2. Для этого при помощи пескоструйного гидроперфоратора АП-6 м 100, опускаемого поочередно в скважины вскрытия на насосно-компрессорных трубах (НКТ), прорезают угольный пласт водопесчаной смесью, закачиваемой насосным агрегатом типа УН I 630 или СИН-31.

После создания первоначального реакционного канала приступают к огневой проработке.

Огневая проработка каналов, пробуренных по угольному пласту, применяется как на пологих, так и на крутых угольных пластах. Цель проработки - расширить буровые каналы до таких размеров, при которых обеспечивается интенсивное ведение процесса газификации. Подобно процессу огневой фильтрационной сбойки, огневая проработка буровых каналов по угольному пласту осуществляется при перемещении очага горения либо навстречу, либо по направлению подаваемого дутья.

В зависимости от расхода или скорости дутья очаг горения может перемещаться или навстречу дутью, или в одном с ним направлении.

В энергетическом отношении технология ПГУ примерно вдвое выгоднее, чем применение твердого топлива в котельных агрегатах даже без учета условий экологии и безопасности ведения работ. Рассматриваемая технология ПГУ в Карагандинском бассейне может конкурировать с любыми новыми техническими решениям по энерготехнологии, является перспективной и заслуживает внедрения, дальнейшей разработки и совершенствования.

газификация угольный пласт месторождение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аренс В.Ж. Скважинная гидродобыча подземных ископаемых. М.: Недра, 1986.

2. Крейнин Е.В. Подземная газификация угольных пластов. М.: Недра, 1982.

Размещено на Allbest.ru