DE3441993A1

DE3441993A1 - Verfahren zur untertagevergasung einer folge von flach und geneigt gelagerten kohlenfloezen

Info

Publication number: DE3441993A1
Application number: DE19843441993
Authority: DE
Inventors: Valerij K. Moskau/Moskva Kapralov; Vadim N. Kasak; Alfej F. verstorben Volk
Original assignee: VNII ISPOLZOVANIA
Current assignee: VNII ISPOLZOVANIA
Priority date: 1984-11-16
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1986-05-22
Also published as: AU564864B2; CA1225928A; DE3441993C2; AU3597884A

Description

B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Bergbaus und betrifft ein Verfahren zum grubenlosen Abbau von Bodenschätzen, die als Flözfolge lagern, beispielsweise von Kohlen- und Brennschiefern.
Am zweckmäßigsten wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Untertagevergasung einer Folge von Kohlenflözen verwendet, die unter einem Einfaliwinkel bis 400 lagern.
Außerdem kann das vorliegende Verfahren zur Unt;ertagevergasung bei der unterirdischen Vergasung von Brennschiefern angewendet werden, die in Form einer Flözfolge lagern.
Gegenwärtig werden mit Hilfe der Untertagevergasung Einzelflöze bzw. einzelne Kohlenflöze einer Folge abgearbeitet. Die meisten Kohlenlagerstätten bestehen aus einer Flözfolge, und bei der Vergasung sämtlicher Flöze einer Folge ist ein Verfahren zur Abarbeitung der Flöze erforderlich, das eine Verminderung der Gesteinsverformungen gewähreinzeln leistet, welche durch die Vergasung dernFlöze in der Flözfolge verursacht werden. Anderenfalls kann ein Teil der Kohlenflöze für die Vergasung verlorengehen oder aber es sind Durchbrüche des gasförmigen Mediums und Gases bis zur Taaesoberfläche möglich, was zur Störung des technologischen Prozesses und zur Verunreinigung der Umwelt führt.
Nach einem bekannten Verfahren (US-PS Nr.
4089374, K1. 166-259, veröffentl. am 16.05.78) erfolgt bei der Untertagevergasung einer Folge von flachgelagerten Flözen gleichzeitig die Vergasung von zwei benachbarten Kohlenflözen, was zum Verbinden der vergasten Flöze durch unproduktiven Einsturz der/Zwischenschichten und zur Störung bzw. Unterbindung des Vergasungsprozesses führen kann. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß bei der Vergasung von zwei bzw. mehreren Flözen gleichzeitig ein Oberflächeneinbruch und ein Durchbruch von Gas bis zur Tagesfläche unter Verunreinigung der Umgebung erfolgen können.
Ein weiteres Verfahren zur Vergasung einer Folge von Kohlenflözen (Iofis M.A., Turchaninov I.A., Wissenschaftliche Arbeiten des Instituts NIIPodzemgas'1, Heft 6, M., 1962, SS. 43-54) sieht die ßrmittlung der Lagerungstiefe und Stärke eines jeden Kohlenflözes in der Flözfolge, den Aufschluß jedes Kohlenflözes in der Flözfolge mittels geneigt-horizontaler bzw. geneigter Bohrungen, deren Verbinden miteinander über das Kohlenflöz, die Entzündung der Kohle unter Bildung von Vergasungskanälen und die Vergasung eines jeden nachfolgenden Flözes in der Flözfolge nacn der beendeten Vergasung des vorhergehenden Flözes durch Zuführung eines gasförmigen Mediums zu einen Bohrungen und Ableitung des entstehenden Gases aus arideren Bohrungen vor.
Ein Nachteil des erwähnten Verfahrens besteht darin, daß es nicht erlaubt, die Durchbruchsmöglichkeit des gasförmigen Mediums und Gases bis zur Tagesoberfläche beim Abarbeiten von Flözen einer Flözfolge und die hierdurch bewirkte Verunreinigung der Umgebung sowie Oberflächeneinbrüche zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Untertagevergasung einer Folge von flach und geneigt gelagerten Kohlenflözen zu entwickeln, das die Vergasung einer r'lözfolge ohne Durchbrüche des gasförmigen Mediums und Gases bis zur Tagesoberfläche Sowie ohne Oberflächeneinbrüche unter Beibehaltung der Unversehrtheit der benachbarten hohlenflöze gewährleistet.
Des Prinzip der Erfindung besteht darin, daß im Verfahren zur Untertagevergasung einer Folge von flach und geneigt gelagerten Kohlenflözen, das die ermittlung der Lagerungstiefe eines jeden Kohlenflözes in der Flözfolge, den Aufschluß der Kohlenflöze durch Herstellung von Injektions- und Förderbonrungen, deren Verbinden miteinander über das Kohlenflöz, die Entzündung der Kohle unter bildung innerbalb eines Kohlenflözes von Vergasungskanälen sowie die eibentliche Vergasung eines jeden nachfolgenden Flözes nach der beendeten Vergasung des vorhergehenden Flözes durch Zuführung eines gasförmigen Mediums zu einen Bohrungen und Ableitung des entstehenden gases aus anderen zohrungen umfaßt, erfindungsgemäß die gefahrlose Abbautiefe für ein jedes Flöz in der 1?lözfolge ermittelt und die Ver- gasung der Kohlenflözfolge in aufsteigender Reihenfolge vom tieferliegenden Flöz zum höherliegenden oei einer Stärke ke der Gesteine zwischen ihnen, die größer als die gefahrlose Abbautiefe für das tieferliegende Flöz ist, und in absteigender Folge vorn höher liegenden Flöz zum tief er liegenden bei einer Stärke der Gesteine zwischen ihnen, die kleiner als die gefahrlose Abbautiefe für das tieferliegende Flöz ist, und die Vergasung eines jeden nachfolgenden Flözes nach dem vollständigen Aufhören der durch die Vergasung verursachten Verschiebung der höher als das abgearbeitete Flöz lagernden Gesteine durchgeführt wird, wobei die En.tzündungsgrenze eines tieferliegenden Flözes in Richtung des Kohlenpfeilers um einen betrag versetzt wird, der nicht kleiner als der erste Einsturzschritt der Dachschichten des zu vergasenden Flözes ist.
Vorzugsweise wird die Abbautiefe "H" für ein jedes jlöz in der Flözfolge nach der folgenden Formel ermittelt: II = nm, wobei H < H1 ist und es bedeutet: m - Stärke eines Kohlenflözes in der Flözfolge, m; H1- Lagerungstiefe eines Flözes der Flözfolge; n - Koeffizient, der den Entwicklungprozeß von Rissen beim binsturz der Dachschichten des zu vergasenden Flözes berücksichtigt.
Die Größe des koeffizienten "n" ist aus den Erfahruneen der Untertagevergasung von Kohlen unter verschiedenen berbaugeologischen Verhältnissen bekannt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Folgen von Kohlenflözen hintereinander in bestimmter Reihenfolge abzuarbeiten, was es ermöglicht, die Tagesoberfläche gegen Durchbrüche des gasförmigen ediums und Gases infolge der Gesteinsverschiebung zu sichern und die Kohlenvorräte in sämtlichen Lagerstättenflözen unter minimalen Verlusten höchsteffektiv zu verwerten.
Vorzugsweise wird oei der Vergasung einer Flözfolge in absteigender Reihenfolge bei einer Höhe der durch die Vergasung eines jeden Flözes entstehenden Gesteinseinsturzzone, die gröber als die Stärke der Gesteine zwischen den Nachbarflözen ist, vor der Vergasung des tieterliegenden Flözes die Abdichtung des ausgegasten Raumes des höherliegenden abgearbeiteten Flözes mit flüssigem Versatzmaterial vorgenommen, was die nachteilige Beeinflussung des technologischen Prozesses durch die Gesteimsverformungen , die Absenkung der Tagesoberfläche sowie die Gasentweichungen vermindert.
Vorteilha£terwei.se wird ferner bei der Vergasung einer Flözfolge in absteigender Reihenfolge bei einer Stärke d Gesteine zwischen den Nachbarflözen, die kleiner als die halbe Stärke des tieferliegenden Flözes ist, gleichzeitig die Vergasung von zwei benachbarten Kohlenflözen durch Vergasung des tieferliegenden Flözes und Einbeziehung (in den Vergasungprozeß der Kohle höherliegenden Flözes nach dem Einsturz der Gesteine zwischen diesen Flözen durchgeführt, was es ermöglicht, einen direkten ökonomischen Nutzeffekt aufgrund der Vorbereitung auf die Vergasung eines Flözes anstatt zweier zu erzielen.
Nachfolgend wird die Erfindung an einen konkreten Ausführungsbeispiel und unter Bezug auf Zeichnungen erläutert es zeigt: Clil Big. 1 - /Anordnungsschema von Bohrungen im Schnitt einer Kohlenflözfolge; Fig. 2 die ein Anordnung der Bohrungen in Draufsicht; ein Fig. 3 - /Anordnungsschema von Bohrungen im Schnitt einer anderen Kohlenflözfolge.
Das Verfahren wird in folgender Weise durchgeführt.
Zunächst bestimmt man die Reihenfolge der Vergasung einer Folge von Kohlenflözen 1, 2, 3 (Fig. 1). Hierzu wird die gefahrlose Abbautiefe "H" für ein jedes Kohlenflöz erwird mittelt. Diese / beim Flöz 1 mit der Lagerungstiefe unproduktiven und bei den Flöhen 2 und 3 mit der Stärke der/Zwischenschichten verglichen. Bei einer Stärke der Zwischenschichten kleiner als 'E't wird die absteigende Reihenfolge der Vergasung vom oberen Flöz 1 der Flözfolge zum unteren Flöz 3 gewählt, bei einer Stärke der Zwischenschichten größer als "H" wird die aufsteigende Reihenfolge der Vergasung vom unteren Flöz 3 der Flözfolge zum oberen Flöz 1 gewählt.
Am Flöz 1 wird bei geneigter Lagerung des Flözes die Grenze der möglichen Vergasung ohne Durchbruch des Gasmediums und des Gases bis zur Taesoberllächedurch Vergleichen der Flözlagerungstiefe und der gefahrlosen Abbautiefe für das Flöz 1 ermittelt.
Die gefahrlose Abbautiefe "H" wird aus der folgenden Formel ermittelt: H = n.m, wobei H<H1 (d.h., wenn die Größe der gefahrlosen Abbauals tiefe größer / oder gleich der Flözlagerungstiefe ist, so ist die Vergasung ohne Gasdurchbruch unmöglich) und worin es bedeutet: H1 - - Lagerungstiefe eines Flözes in der Flözfolge; m Stärke eines zu vergasenden Flözes, m; n - Koeffizient, der den Entwicklungsprozeß von Rissen beim Einsturz der Dachschichten des zu vergasenden Flözes berücksichtigt.
Der Koeffizient "n" hängt von den phsikalisch-mechanischen Sigenschaften der Gesteine, der Stärke des zu vergasenden Flözes und den technologischen Vergasungsmaßnahmen ab. Die Größe des Koeffizienten "n" ist aus den iSrfahrungen der Untertagevergasung von Kohlenflözen unter verschiedenen bergbaugeologischen Lagerungsverhältnissen bekannt, Die Folge von Kohlenflözen wird mit einem System von geneigten, geneigt-horizontalen und vertikalen Bohrungen 4, 5, 6 (Fig. 1) aufgeschlossen.
Die Vertikalbohrungen 6 werden über das Flöz mit den im Flöz niedergebrachten Bohrungen 4 und 5 auf bekannte Weisen, beispielsweise durch Fracbehandlung, Feuerfiltrationsdurchhieb usw. verbunden.
er geneigte Teil 7 und d (Fig. 1, 2) der Bohrungen 4 und 5 wird (bis zum eintritt in das Flöz) außerhalb der Gesteinsverschiebungszone hergestellt.
Zum leichteren Darlegen des Wesens der Erfindung ist <mit einem Bezugszeichennur eine von einer Vielzahl gleicher Produktionsbohrungen <> versehen, weil sie alle einander ähnlich sind.
In Fig. 1 ist die Lage der Bohrungen 4 dargestellt, die hinter der Gesteinsverschiebungszone niedergebracht worden sind, welche vom Verschiebungswinkel " T " begrenzt ist. Die Gasableitung erfolgt über die Bohrungen 4, die mit den Bohrungen 5 und Bohrungen 6 verbunden sind, denen das gasförmige Medium zugeführt wird.
Bei absteigender Reihenfolge der Vergasung beginnt man mit der Vergasung des Flözes 2 nach der beendeten Vergasung des Flözes 1 unter der Bedingung, daß die Gesteinsverschiebung über dem ausgegasten Raum 9 des Flözes 1 vollkommen zu Ende gegangen ist.
ln Fig. 1 ist die schematische Darstellung der Vorbereitung des Flözes 2 auf die Vergasung gezeigt, nachdem das Flöz 1 abgearbeitet worden ist und die Verschiebung der Gesteine aufgehört hat.
Zur Verminderung des Verformungsgrads der Gesteine wird die Entzüngsgrenze 10 im Flöz 2 in bezug auf die Entsündungsgrenze 11 im Flöz 1 um den Betrag des ersten Einsturzschrittes der Dachschichten (e) versetzt.
Diese Maßnahme ist zur Verringerung der über dem Abbauhohlraum an der Entzündungsgrenze 10 bestehenden EluStgesteinszone erforderlich, die insbesondere beim Bbbau einer Flözfolge größer wird, wenn die Grenzen 10 und 11 des Vergasungsbeginns in den Flözen im Plan zusammenfallen; sie geschieht ferner auch zur Verbesserung der Bedingungen von Durchhiebsarbeiten, wenn der Entzündungshorizont am tieferliegenden Flöz unter 7 Kohlenpfeiler und nicht unter dem ausgegasten Raum liegt.
Bei der Vergasung einer Flözfolge in absteigender Reihenfolge beginnt man mit der Vergasung des oberen Kohlenflözes 1, was im weiteren die Vorbereitung zur Vergasung (Herstellung einer Verbindung der Bohrungen) in den durch Gesteinsverschiebung nicht erfaßten tieferliegenden Flöhen 2 und 3 ermöglicht. Bei der Vergasung der tieferliegenden Flöze 2, 3 der Flözfolge benutzt man einen Teil der Vertikalbohrungen 6, die zum höherliegenden Flöz 1 niedergebracht worden sind, durch deren weiters Abteufen. Hierzu bringt man bis zum oberen Flöz 1 Bohrungen größeren Durchmessers nieder und teuft dann dieselben durch Auf bohren mit geringerem Durchmesser ab.
Ist die Stärke der Gesteine der ZwischenschichLen so I daß beim Einsturz die Verbindung der ausgegasten Räume des oberen und des unteren Flözes möglich wird, so führt man dem ausgegasten Raum 9 des höherliegenden Flözes 1 vor der Vergasung des tieferliegenden Flözes 2 über die Bohrungen 6 einen lehmigen bzw. diesem ähnlichen Versatz zur Hermetisierung des Gaserzeugers zu, der sich im tieferliegenden Flöz befindet.
Bei einer Stärke der Gesteine in der Zwischenschicht 12 (Fig. 3), die kleiner als die halbe Mächtigkeit eines Flözes 13 ist, wird bei Vorhandensein von mehreren Flöhen die Flözvergasung in absteigender Reihenfolge mit je zwei Flözen (13 und 14) auf einmal durchgeführt, wenn H2 < H ist und H2 aus der gesamten Flözatärke ermittelt wird: H2 = n(m1 + (wo m1 die Stärke des Flözes 14 und m2 die Stärke des Flözes 13 bedeutet). Hierbei wird das tieferliegende Flöz 13 auf die Vergasung vorbereitet, und das höherliegende Flöz 14 wird während des Einsturzes der Gesteine der Zwischenschicht 12 in die Vergasung einbezogen. Nach der Vergasung der Flöze 13 und 14, der Zuführung des Versatzes zum ausgegasten Raum und dem vollständigen Abklingen der Oberflächenverschiebung führt man die Vergasung der tieferliegenden Flöze durch, soweit diese vorhanden sind.
Bei der Vergasung einer Folge von Flözen 1, 2, 3 (Fig. 1) in aufsteigender Reihenfolge beginnt man mit der Vergasung des unteren Flözes 3 der Flözfolge, wobei zur Vergasung der höherliegenden Flöze 1, 2 Vertikalbohrungen 6 benutzt werden, die bis zum unteren Flöz 3 niedergebracht worden sind, wozu man den unteren Teil der Bohrungen 6 abdichtet und die Rohrtour am Horizont des jeweiligen Flözes der Flözfolge perforiert.
die Vergasung Die Erfindung gestattet es,/einer Folge von flach und geneigt gelagerten Kohlenfiözen unter verschiedenen berg baugeologischen Verhältnissen effektiv auszuführen.
- L e e r s e i t e -

Claims

Wsesojusnyj Nautschno-Issledowatelskij Institut Ispolsowanija gasa v Narodnom Chosjajstwe, Podsemiiogo Chranenija Nefti, Nefteproduktow i Sschischennych Gasow "WNIIPROMGAS" Moskwa /Sowjetunion VERFAHREN ZUR UNTERTAGEVERGASUNG EINER FOLGE VON FLACH UND GENEIGT GELAGERTEN KOHLENFLÖZEN P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Verfahren zur Untertagevergasung einer Folge von flach und geneigt gelagerten hohlenflözen (1, 2, 3), das die Ermittlung der Lagerungstiefe und der Stärke eines jeden Kohlenflözes (1, 2, 3), den Aufschluß der Kohlenflöze (1, 2, 3) durch Herstellung von Injektions- und Förderbohrungen (4, 5, 6), deren Verbinden miteinander über das zu vergasende Kohlenflöz, die Entzündung der Kohle unter Bildung innerhalb des Kohlenflözes von Vergasungskanalen und die eigentliche Vergasung eines jeden nachfolgenden Flözes nach der beendeten Vergasung des vorhergehenden Flözes durch Zuführung eines gasförmigen Mediums zu einen Bohrungen (5, 6) und Ableitung des entstehenden Gases aus anderen Bohrungen (4) umfaßt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß(die gefahrlose Abbautiefe> für ein jedes Flöz (1, 2, 3) der Flözfolge/ermittelt und die Vergasung der Folge von kohlenflözen (1, 2, 3) in aufsteigender Reihenfolge vom tieferliegenden Flöz (3) zu den höherliegenden Vlözen (1, 2) bei einer Stärke der Gesteine zwischen ihnen, die größer als die gefahrlose Abbautiefe für die tieferliegenden Flöze (3, 2) ist, und in absteigender Reihenfolge vom höherliegenden Flöz (1) zu den tieferliegenden Flözes (3,2) bei einer Stärke der Gesteine zwischen ihnen, die kleiner als die gefahrlose Abbautiefe für die tieferliegenden Flöze (2, 3) ist, und die Vergasung eines nachfolgenden Flözes bis zum vollständigen Aufhören der durch die Vergasung verursachten Verschiebung der über gerade dem/abge arbeiteten Flöz lagernden Gesteine durchgeführt wird, wobei die Entzündungsgrenze der tief er liegenden Flöze in Hichtung des Kohlenpfeilers um jeweils einen beitrag versetzt wird, der nicht kleiner als der erste Einsturzschritt der Dachschichten des zu vergasenden Flözes ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die gefahrlose Abbautiefe "H" für ein jedes Flöz der Flöziolge aus der Formel K = nm ermittelt wird, wobei H<H1 i«,t und es bedeutet: m - Stärke eines Kohlenflözes in der Flözfolge, m; H1- Lagerungstiefe eines Kohlenflözes in der Flözfolge, m; n - Koeffizient, der den Entwicklungsprozeß von Hissen beim Einsturz der Dachschichten berücksichtigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dat3 bei der Vergasung der Flözfolge in absteigender Reihenfolge bei einer döhe der bei der Vergasung eines jeden Flözes entstehenden Gesteinseinsturzzone, die größer als die Stärke der Gesteine zwischen benachbarten Flözen ist, vor der Vergasung des tieferliegenden Flözes die Abdichtung des ausgegasten Raumes des höherliegenden abgearbeiteten Flözes mit flüssigem Versatzmaterial vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1, 2 oder 3, d a d u r c h 6 e k e n n z e i c h n e tt daß bei der Vergasung einer Flözfolge in absteigender Reihenfolge bei einer Stärke cjerGesteine zwischen benachbarten Flözen (13, 14), die kleiner als die halbe Stärke des tieferliegenden Kohlenflözes (13) ist, gleichzeitig die Vergasung von zwei benachbarten Kohlenflözen (13,14) durch Vergasung des tieferliegenden Flözes (13) und Einbeziehung <in den Vergasungsprozeß>der Kohle des höherliegenden Flözes (14)/nach dem erfolgten Einsturz der Gesteine zwischen diesen Flözen durchgeführt wird.