RU2347070C1

RU2347070C1 - Method of underground gasification of steep and steeply inclined coal series

Info

Publication number: RU2347070C1
Application number: RU2007120607/03A
Authority: RU
Inventors: Сергей Константинович Тризно (RU); Сергей Константинович Тризно; Сергей Николаевич Лазаренко (RU); Сергей Николаевич Лазаренко; Валерий Александрович Федорин (RU); Валерий Александрович Федорин
Original assignee: Институт угля и углехимии Сибирского отделения Российской Академии Наук (ИУУ СО РАН)
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2009-02-20
Also published as: RU2007120607A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention refers to mining industry, namely to methods of underground gasification of steep and steeply inclined gaseous coal series. Method involves well-drilling, preparation and ignition of underground gas generators with power gas withdrawal, and carbon rock degassing. Degassing holes are drilled by interburden layers that is accompanied with simultaneous series gasification within prepared block thus advancing combustion faces of overlying coal bed relative to underseams by distance within radius of rock heating with combustion face.

EFFECT: provided concurrent degassing within gasification process and improved work concentration due to simultaneous coal bed gasification in the prepared block.

2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке методом подземной газификации свиты крутых и крутонаклонных газоносных угольных пластов с дегазацией их.The invention relates to the mining industry and can be used in the development by the method of underground gasification of suites of steep and steeply inclined gas-bearing coal seams with their degassing.

Известен способ комбинированной разработки свиты газоносных угольных пластов, включающий дегазацию с отсосом метана на одних подготовленных блоках и подземную газификацию угля на других, ранее дегазированных блоках (патент РФ №2100588, кл. Е21В 43/295, опубликован в 1997 г.). Сущность известного способа заключается в том, что подготовленные блоки последовательно подвергают сначала дегазации, а затем подземной газификации.There is a method for the combined development of a suite of gas-bearing coal seams, including degassing with methane suction on some prepared blocks and underground coal gasification on other previously degassed blocks (RF patent No. 2100588, CL ЕВВ 43/295, published in 1997). The essence of the known method lies in the fact that the prepared blocks are sequentially subjected to first degassing, and then underground gasification.

Основным недостатком известного способа являются значительные затраты времени на проведение последовательных операций. Кроме того, следует отметить низкую эффективность предварительной дегазации, которая при дегазации неразгруженного массива не превышает 15-20%. Недостатком является также то, что при проведении газификации над подземным газогенератором образуется зона разгрузки, где наблюдается повышенная газопроницаемость углепородного массива, а наличие избыточного давления и высокой температуры в газогенераторе ведет к утечкам метана и газогенераторного газа на поверхность, что снижает эффективность способа и ухудшает экологическую ситуацию.The main disadvantage of this method is the significant investment of time in sequential operations. In addition, it should be noted the low efficiency of preliminary degassing, which during degassing of an unloaded array does not exceed 15-20%. The disadvantage is that when gasification is carried out above the underground gas generator, a discharge zone is formed where increased gas permeability of the carbonaceous massif is observed, and the presence of excessive pressure and high temperature in the gas generator leads to leakage of methane and gas-generating gas to the surface, which reduces the efficiency of the method and worsens the environmental situation .

Частично указанные недостатки устранены в способе комплексной разработки угольного пласта по патенту РФ №2251000, кл. E21F 7/00 (заявлен 10.12.2003 г., опубликован в 2005 г., бюл. №12). Сущность известного способа заключается в том, что по угольному пласту бурят систему скважин и через них осуществляют гидродинамическое воздействие на угольный пласт. Процесс дегазации проводят посредством термической проработки каналов по углю противоточным перемещением очага горения после розжига угольного пласта в одной из скважин. Затем нагнетают нейтральный газ в систему гидравлически связанных скважин, производят тушение воспламененной зоны и извлекают угольный метан из нескольких скважин, оборудованных для дегазации, а газификацию проводят после дегазации посредством повторного розжига.Partially indicated disadvantages are eliminated in the method of integrated development of a coal seam according to the patent of the Russian Federation No. 2251000, cl. E21F 7/00 (declared on December 10, 2003, published in 2005, bull. No. 12). The essence of the known method lies in the fact that a system of wells is drilled through a coal seam and through them a hydrodynamic effect is exerted on the coal seam. The degassing process is carried out by means of heat treatment of coal channels by countercurrent movement of the combustion zone after ignition of a coal seam in one of the wells. Then neutral gas is injected into the system of hydraulically connected wells, the ignition zone is quenched, and coal methane is extracted from several wells equipped for degassing, and gasification is carried out after degassing by re-ignition.

Основным недостатком известной технологии являются большие затраты времени на отработку подготовленного блока вследствие низкого уровня концентрации горных работ, т.к. из-за ограниченной производительности одного подземного газогенератора требуется задействовать несколько их по одному пласту и, следовательно, необходимо вовлекать в процесс газификации большие площади месторождения для обеспечения требуемой производительности станции подземной газификации.The main disadvantage of the known technology is the large investment of time in mining the prepared block due to the low concentration of mining operations, as due to the limited productivity of one underground gas generator, it is required to use several of them in one layer and, therefore, it is necessary to involve large areas of the field in the gasification process to ensure the required capacity of the underground gasification station.

Управлять таким «подземным пожаром» весьма сложно, особенно трудно впоследствии локализовать и прекратить процесс горения в нескольких блоках для прекращения газификации. Так, например, при производственной мощности станции подземной газификации 5 млрд м³ в год низкокалорийного газа (что эквивалентно добыче 1 млн тонн угля) необходимо одновременно использовать в работе 20 подземных газогенераторов, т.е. использовать 20 подготовленных блоков при условии ведения работ только по одному пласту.To manage such an “underground fire” is very difficult, it is especially difficult subsequently to localize and stop the combustion process in several blocks to stop gasification. So, for example, with the production capacity of the underground gasification station 5 billion m ³ per year of low-calorie gas (which is equivalent to the extraction of 1 million tons of coal), 20 underground gas generators must be used simultaneously, i.e. use 20 prepared blocks provided that work is carried out on only one layer.

Другим недостатком известного способа является низкая эффективность дегазации угольных пластов, что в первую очередь связано с тем, что дегазируют неразгруженный массив. Даже при гидродинамическом воздействии на угольный пласт эффективность дегазации не превышает 25-30%. Оставшийся в углепородном массиве метан в процессе газификации выделяется и вместе с частью генераторного газа дренирует в атмосферу, что ведет к потере большого объема высококачественного энергетического сырья, а также ухудшает экологию региона.Another disadvantage of this method is the low degassing efficiency of coal seams, which is primarily due to the fact that the unloaded array is degassed. Even with hydrodynamic effects on the coal seam, the degassing efficiency does not exceed 25-30%. Methane remaining in the coal-bearing massif is emitted during gasification and, together with part of the generator gas, drains into the atmosphere, which leads to the loss of a large amount of high-quality energy raw materials and also worsens the region’s ecology.

Техническим результатом изобретения является проведение попутной дегазации в процессе газификации и повышение уровня концентрации работ за счет одновременной газификации пластов угля в подготовленном блоке.The technical result of the invention is to conduct associated degassing in the gasification process and increase the level of concentration of work due to the simultaneous gasification of coal seams in the prepared block.

Предложен способ подземной газификации свиты крутых и крутонаклонных угольных пластов, включающий бурение скважин, подготовку и розжиг подземных газогенераторов с отводом генераторного газа и дегазацией углепородного массива.A method is proposed for underground gasification of a formation of steep and steeply inclined coal seams, including well drilling, preparation and ignition of underground gas generators with removal of generator gas and degassing of the coal mass.

Отличием предложенного способа является то, что по породам междупластья бурят дегазационные скважины и газифицируют одновременно все пласты свиты в пределах подготовленного блока с опережением огневых забоев вышележащих пластов относительно нижележащих на расстояние в пределах радиуса нагрева массива огневым забоем.The difference of the proposed method is that degassing wells are drilled across the inter-reservoir rocks and all the formation layers are gasified at the same time within the prepared block ahead of the fire faces of the overlying layers relative to the underlying ones at a distance within the radius of heating of the array by the fire face.

Одновременная газификация всех пластов свиты крутых и крутонаклонных пластов в пределах подготовленного блока позволяет резко повысить уровень концентрации работ за счет того, что число действующих огневых забоев увеличивается с одного до количества пластов угля в подготовленном блоке. Это позволяет, соответственно, сократить срок отработки подготовленного блока и повысить эффективность работы станции подземной газификации.The simultaneous gasification of all the layers of the formation of steep and steeply inclined formations within the prepared block allows to sharply increase the level of concentration of work due to the fact that the number of active firing faces increases from one to the number of coal seams in the prepared block. This allows, accordingly, to reduce the working time of the prepared unit and increase the efficiency of the underground gasification station.

В процессе работы огневых забоев происходит подработка и надработка углепородного массива, что ведет к интенсивному метановыделению. Проведение по междупластью дегазационных скважин и создание разрежения в них обеспечивают возможность отвода выделяющегося метана и утечек газа из газогенераторов с последующим промышленным использованием их. Нисходящая схема одновременной газификации свиты угольных пластов в подготовленном блоке связана с особенностью сдвижения массива при работе на крутых и крутонаклонных пластах. Опережение огневых забоев на вышележащих пластах не более чем на величину радиуса нагрева каждым из них массива (20-80 м) исключает возможность попадания их в зону обрушения, обеспечивает эффективность попутной дегазации и снижает затраты на поддержание процесса газификации. Предварительные расчеты показывают, что эффективность попутной дегазации увеличивается в 2-2,5 раза по сравнению с прототипом.During the operation of the firing faces, the underworking and underworking of the coal-mass array occurs, which leads to intense methane release. The inter-section of degassing wells and the creation of rarefaction in them provide the possibility of removal of methane released and gas leaks from gas generators with their subsequent industrial use. The descending scheme of simultaneous gasification of the coal seam suite in the prepared block is associated with the feature of the massif displacement during operation on steep and steeply inclined seams. Advance of firing faces on overlying strata by no more than the value of the radius of heating of each array (20-80 m) eliminates the possibility of them entering the caving zone, ensures the efficiency of associated degassing and reduces the cost of maintaining the gasification process. Preliminary calculations show that the efficiency of associated degassing increases by 2-2.5 times compared with the prototype.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема осуществления предложенного способа, а на фиг.2 - расположение огневых забоев на пластах в подготовленном блоке.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General diagram of the implementation of the proposed method, and figure 2 - the location of the firing faces on the seams in the prepared block.

Ниже приведен пример осуществления способа газификации свиты крутых и крутонаклонных угольных пластов.The following is an example of the method of gasification of the formation of steep and steeply inclined coal seams.

ПримерExample

Подготовленный блок включает угольные пласты 1, 2 и 3 свиты и имеет длину и ширину, равные размерам панели, газифицируемой одним подземным газогенератором, а глубина блока соответствует полной глубине залегания свиты.The prepared block includes coal seams 1, 2 and 3 suites and has a length and width equal to the dimensions of the panel gasified by one underground gas generator, and the depth of the block corresponds to the full depth of the suite.

Подготовку блока осуществляют путем бурения на каждый пласт свиты всех технологических скважин: дутьевых 4, газоотводящих 5, водоотливных 6 и розжиговых 7, т.е. в пределах блока одновременно подготавливают подземные газогенераторы по всем пластам свиты. Дутьевые и газоотводящие скважины, которые являются каналами газификации, бурят непосредственно по пластам, причем дутьевые скважины 4 располагают между газоотводящими скважинами 5. Водоотливные скважины 6 служат для осушения всей свиты, а розжиговые 7 бурят отдельно на каждый пласт. Кроме того, в каждом блоке бурят по 2-3 дегазационные скважины 8, которые располагают в породах между пластами 1 и 2. Расстояние между указанными скважинами выбирают исходя из радиуса действия каждой скважины в разгруженных породах (50-150 м). После подготовки блока до ввода его в работу через скважины 4 и 5 осуществляют обычную предварительную дегазацию, например, по прототипу.The preparation of the block is carried out by drilling for each formation suites of all technological wells: blast 4, vent 5, drain 6 and ignition 7, i.e. within the block simultaneously prepare underground gas generators for all layers of the suite. The blast and gas outlet wells, which are gasification channels, are drilled directly through the strata, and the blast wells 4 are located between the gas outlet wells 5. The drainage wells 6 serve to drain the entire formation, and the ignition wells 7 are drilled separately for each formation. In addition, in each block, 2-3 degassing wells 8 are drilled, which are located in the rocks between formations 1 and 2. The distance between these wells is selected based on the radius of action of each well in unloaded rocks (50-150 m). After the preparation of the block before putting it into operation through wells 4 and 5, the usual preliminary degassing is carried out, for example, according to the prototype.

После завершения предварительной дегазации начинают газификацию подготовленного блока с попутной метанодобычей из углепородного массива. Вначале методом гидроразрыва сбивают каналы газификации по пласту 1 и разжигают огневой забой 9 путем подачи через розжиговую скважину горючих веществ и зажигательных элементов, а через дутьевые скважины 4 - окисляющего реагента, т.е. начинается газификация по пласту 1 в пределах подготовленного блока. При движении огневого забоя 9 по пласту 1 в надрабатываемом массиве образуется зона разгрузки, ограниченная со стороны забоя плоскостью под углом сдвижения φ. В этой зоне углепородный массив частично разгружается от горного давления и в результате в ней развиваются процессы десорбции и выделяется из пор свободный метан. За счет разрежения, создаваемого в скважинах 8 газоотсасывающими установками 10, в надрабатываемом массиве создается перепад газового давления в сторону дегазационных скважин и формируется поток метана и утечек газа, который дегазационными скважинами выдается на поверхность в магистральный трубопровод 11. Эффективность попутной дегазации при этом может достичь 50-60%.After completion of the preliminary degassing, gasification of the prepared block begins with associated methane production from the coal-rock massif. Initially, the gasification channels are knocked down by reservoir fracturing method 1 through the formation 1 and fired up the face 9 by supplying combustible substances and incendiary elements through the ignition well, and an oxidizing reagent through blast holes 4, i.e. gasification begins at reservoir 1 within the prepared block. When the firing face 9 moves along the seam 1, an unloading zone is formed in the developed array, bounded from the side of the face by a plane at an angle of displacement φ. In this zone, the coal-rock mass is partially unloaded from rock pressure and, as a result, desorption processes develop in it and free methane is released from the pores. Due to the rarefaction created in the wells 8 by gas suction units 10, a difference in gas pressure is created in the produced array in the direction of the degassing wells and a flow of methane and gas leaks is formed, which are emitted by the degassing wells to the surface into the main pipeline 11. In this case, the efficiency of associated degassing can reach 50 -60%.

Генераторный газ, образующийся при газификации, отводят через скважины 5 на поверхность и далее в магистральный трубопровод 11. Дутьевой реагент подготавливают в компрессорном цехе 12 и подают в огневой забой 9 по скважинам 4. Интенсификации процесса дегазации подрабатываемого массива способствует его предварительный прогрев огневым забоем. Величина радиуса нагрева (R_н) зависит от физико-механических свойств массива и горнотехнических условий и, например, для условий Кузбасса составляет 60-80 м. Предварительный нагрев в пределах этого радиуса увеличивает эффективность дегазации на 12-17%.The generator gas generated during gasification is diverted through the wells 5 to the surface and then to the main pipeline 11. The blasting agent is prepared in the compressor workshop 12 and fed into the mine face 9 through the wells 4. The preliminary heating of the bottom hole contributes to the intensification of the degassing process. The value of the heating radius (R _n ) depends on the physicomechanical properties of the massif and mining conditions and, for example, for Kuzbass conditions is 60-80 m. Preheating within this radius increases the degassing efficiency by 12-17%.

После отхода огневого забоя 9 по пласту 1 начинают по вышеописанной схеме процесс газификации угольного пласта 2 в пределах подготовленного блока. Движение огневого забоя 13 по пласту 2 сопровождается точно такими же геомеханическими, газокинетическими и тепловыми процессами в надрабатываемом массиве, при этом выделяющийся метан и утечки горючего газа отводят по дегазационным скважинам 8. Отставание огневого забоя 13 от огневого забоя 9 определяется двумя условиями: во-первых, за период отхода от исходного положения огневого забоя по пласту 1 должен полностью дегазироваться надработанный участок междупластья и пласта 2, во-вторых, отставание не должно превышать радиуса нагрева массива, чтобы использовать тепловую энергию огневого забоя 9 для газификации угольного пласта 2. Эти требования выполняются путем регулирования скорости движения огневых забоев и задания расстояния между ними в пределах R_н.After the departure of the face 9 of the seam 1, according to the above scheme, the gasification of the coal seam 2 within the prepared block is started. The movement of the fire face 13 in the formation 2 is accompanied by exactly the same geomechanical, gas-kinetic and thermal processes in the worked-out array, while the methane released and leaks of combustible gas are discharged through the degassing wells 8. The lag of the fire face 13 from the fire face 9 is determined by two conditions: firstly , during the period of departure from the initial position of the face of the face of the stratum 1, the worked over section of the interdomain and stratum 2 should be completely degassed, and secondly, the lag should not exceed the heating radius of the mass and to use thermal energy fire face 9 for the gasification of coal layer 2. These requirements are fulfilled by regulating the speed of firing faces and setting the distance between them within R _n.

После отхода огневого забоя 13 по пласту 2 на заданное расстояние от исходной позиции начинают газификацию по угольному пласту 3 путем розжига огневого забоя 14, которая сопровождается всеми описанными выше процессами.After the withdrawal of the face 13 of the seam 2 at a predetermined distance from the starting position, gasification of the coal seam 3 is started by ignition of the face 14, which is accompanied by all the processes described above.

В период отработки первого блока рядом готовят второй блок с отступлением на ширину барьерного целика (100 м). После окончания газификации блока 1 и локализации его огневых забоев начинают по приведенной схеме газификацию блока 2.During the development of the first block, a second block is prepared nearby with a retreat to the width of the barrier pillar (100 m). After gasification of block 1 and localization of its firing faces are completed, gasification of block 2 begins according to the above diagram.

Claims

The method of underground gasification of the formation of steep and steeply inclined coal seams, including drilling wells, preparing and firing underground gas generators with the removal of generator gas and degassing of the carbonaceous massif, characterized in that degassing wells are drilled along the inter-reservoir rocks and gasification of the formation layers within the prepared block ahead of the fire the faces of the overlying coal seams relative to the underlying ones at a distance within the radius of heating of the array by a fire face.