Обгрунтування системи розтину і вигазовування вугільної дільниці

Системы вскрытия угольного пласта применительно к одному подземному газогенератору преследуют главную цель обеспечения наиболее надежных и рациональных способов подвода дутья и вывода газа из соответствующих мест подземного газогенератора, а также создания благоприятных условий для проходных каналов газификации из забоев скважин вскрытия.

Система выгазовывания угольного пласта в пределах одного подземного газогенератора решает главную задачу — последовательность создания и использования каналов газификации или их участков, входящих в состав газогенератора. В то же время каждая система выгазовывания пласта требует соответствующего вскрытия угольного пласта, которое может обеспечить наблюдение этой системы.

Между системой вскрытия угольного пласта и системой его выгазовывания существует взаимосвязь.

Система вскрытия угольного пласта выбирается не только исходя из геологических и гидрогеологических условий залегания и наличия технических возможностей для проходки каналов вскрытия, но и в лучшей увязке с намеченной к осуществлению системой выгазовывания пласта.

Для пологих пластов наибольшее применение получила следующая система вскрытия угольного пласта подземной газификации. Для организации процесса газификации не требуется предварительного вскрытия скважинами всей площади пласта, а на участке соответствующего подземного газогенератора достаточно пробурить несколько рядов скважин (рис. 5.5). Дальнейшее бурение скважин вскрытия производится по мере использования пробуренных скважин, т. е. по мере выгазовывания соответствующих запасов угля. Количество рядов скважин вскрытия зависит от системы газификации: для одних систем оно составляет три ряда, а для других — пять-шесть.

Рис. 5.5. Одна из систем вскрытия горизонтально залегающего пласта вертикальными скважинами: АБВЕ – площадь пласта, подлежащего выга-зовыванию; º - скважины вскрытия; І, ІІ, ІІІ – порядковые номера рядов скважин вскрытия; а – расстояние между скважинами в ряду; в – расстояние между рядами скважин вскрытия.

Каждая скважина вскрытия соединяется с воздухопроводом и газопроводом, а при применении воздуха для прожига каналов газификации соединяется еще и с воздухопроводом, по которому подается воздух повышенного давления.

Очередность работы скважин вскрытия на той или иной технической операции (сбойка, прием дутья, отвод газа) может быть одним из отличительных признаков системы выгазовывания.

Для ведения процесса газификации угольного пласта в канале могут применяться различные системы выгазовывания. Например, при одной из систем, изображенной на рис. 5.6а, производится следующее.

1 ряд скважин ставится на сбойку, в результате которой забои скважин в угольном пласте соединяются общим сбоечным каналом КМ. Этот сбоечный канал называют линией розжига подземного газогенератора.

Затем осуществляют сбойку скважин II ряда с линией розжига (рис. 5.6б). При ведении сбойки скважин II ряда с линией розжига огневой забой по этой линии поддерживается подачей дутья в соединительный канал КМИ. Вывод газосоединительного канала может производится через часть скважин I ряда.

По окончании сбойки скважин II ряда в них подается дутье предназначенное для ведения процесса газификации в каналах, которые образовались в результате сбойки скважин II и I ряда. Отвод газа при этом осуществляется через скважины I.

При выгазовывании полосы угольного пласта, заключенный между I и II рядами скважин, III ряд скважин ставится на сбойку (рис. 5.6 в). Интенсивность подачи дутья в скважины II ряда, определяющая время выгазовывания запасов угля между I и II рядами скважин, координируется со скоростью сбойки скважин II ряда с таким расчетом, чтобы сбойка III ряда произошла раньше, чем будет выгазован уголь между I и II рядами скважин. После завершения сбойки скважин III ряда в надлежащий период работы подземного газогенератора в эти скважины подается дутье низкого давления, предназначенное для ведения газификации угля. Отвод газа при этом может осуществляться уже не только через скважины I ряда, но и через скважины II ряда (рис. 5.6г).

Рис 5.6. Схема развития обратной системы выгазовывания: НД - направление движения дутья, НО - направление отработки угольного участка.

В такой последовательности ведутся работы на всей площади угольного пласта, предназначенной для выгазовывания. Такая система выгазовывания с последовательной отработкой угольного пласта полосами характерна тем, что каждая скважина последовательно используется на трех видах работ подземной газификации углей: на сбойке, на приеме дутья для ведения газификации (на газификации) и на выводе газа (на газоотводе).

При этой системе направление выгазовывания пласта прямо противоположно направлению движения потока дутья и газа, и с этой точки зрения данная система выгазовывания может называться противоточной или обратной системой.

При этойсистеме выгазовывания сбойка скважин производится как бы на дутьевую скважину, т. е. на район огневого забоя в который подается дутье для газификации; это облегчает и ускоряет образование канала газификации как при химической, так и при электрической сбойке. Но одним из недостатков рассматриваемой системы является то, что значительная часть физического тепла газа расходуется на нагрев пород, заполняющих выгазованное пространство, а не угля, подлежащего газификации.

При подключении скважин вскрытия как с воздухопроводом, так ис газопроводом можно применить и другие системы выгазовывания пласта, при которых каждая скважина выполняет свои функции в иной очередности, например прямоточную или прямую систему, при которой скважины вскрытия используются вначале для сбойки, затем для газоотвода и после этого для подачи дутья (на газификацию) (рис. 5.7). Кик видно из рис. 5.7, при этой системе выгазовывания сбойка скважин (III ряд) производится на газоотводящие скважины (II ряд). При данной системе физическое тепло газа в значительной степени используется на нагрев угля, подлежащего газификации.

Рис.5.7. Схема прямой системы выгазовывания

При описанной системе вскрытия пласта и соответствующем коммуницировании скважин вскрытия с воздухопроводом и газопроводом можно осуществлять и реверсивную систему выгазовывания, при которой выгазовывание угольного пласта между смежными рядами скважин достигается последовательным применением обратной и прямой системы.

На рис. 5.8 приведена параллельная система выгазовывания, при которой одна полоска угля между рядами скважин, например I—II, выгазовывается обратной системой и одновременно другая полоса угля между II—III рядами скважин выгазовывается прямой системой. При этой системе за время отработки двух полос угля необходимо осуществлять сбойку двух последующих рядов скважин — IV—V.

Рис. 5.8. Схема параллельной системы выгазовывания

Такая система выгазовывания рациональна при возможности применения проходки каналов газификации с большой скоростью и при газификации угольного пласта значительной мощности.

На рис. 5.9 дана принципиальная схема системы выгазовывания угольного пласта, при которой соответствующая часть скважин используется для сбойки и подачи дутья, а другая часть только для сбойки и отвода газа. Применение этой системы с боковыми газоотводом рационально при таких способах сбойки, когда дутье, применяемое для сбойки скважин, не проникает по пласту мимо огневого забоя и не дожигает газ в газосборном канале, либо когда для проходки каналов газификации совершенно не применяется кислородосодержащее дутье.

При этой системе выгазовывания скважины для отвода газа должны быть большего диаметра, чем скважины вскрытия, применяющиеся для приема дутья.

Рис. 5.9. Системы выгазовывания с боковым газоотводом: ♂ - скважины дутьевые; ♂ - скважины газоотводящие.

Из всех описанных систем выгазовывания угольного пласта в условиях Подмосковной станции Подземгаз наибольшее распространение получили обратная и прямая системы. Причем там, где удается организовать выгазовывание участка угольного пласта по прямой системе, показатели процесса газификации получаются лучшими, чем при обратной системе.

Одним из препятствий на пути развития применения прямой системы выгазовывания в геологических условиях Подмосковной и Шатской станций Подземгаз является относительно малая управляемость скоростью сбойки скважин фильтрационным методом. В таких геологических условиях, где эта скорость сбойки достаточно высока, при ее ведении на газоотводящую скважину удается организовать газификацию по прямой системе.

В целях увеличения эффекта термической подготовки угольного пласта на Подмосковной станции Подземгаз находил успешное применение такой вариант прямой системы выгазовывания, при котором процесс газификации ведется в канале, расположенном между тремя-четырьмя рядами скважин, т. е. протяженностью в 50—75 м. При этом в параллельной работе по длине канала газификации находятся четыре-пять скважин, которые называют технологической цепочной скважин.

Для газификации наклоннозалегающих угольных пластов углом падения более 30° получили наибольшее распространение системы вскрытия и выгазовывания, при которых отработка пласта начинается от границы участка по падению. Каналы газификации, расположенные по падению пласта, оформляются бурением, а по простиранию — чаще всего другими способами сбойки. На рис. 5.10 приведена одна из конструктивных схем подземного газогенератора на наклоннозалегающем угольном пласте.

Соответствующее использование скважин вскрытия или дутьевых или газоотводящих, а также место розжига канала газификации и очередность их отработки позволяют осуществлять различные системы ведения огневых работ. Например, подача дутья в скважины 14, 15 и 16 и отвод газа через скважины 1, 2, 3, 4, 5 и 6позволяют осуществить прямую систему, когда выгазовывание угля осуществляется снизу вверх по восстанию пласта параллельно в каналах газификации 7, 8, 9, 10, II, 12 и направление выгазовывания угля совпадает с направлением движения дутья и газа. Соответствующее подключение скважин вскрытия к трубопроводам дутья и газа позволяет осуществить и реверсивную систему.

Рис. 5.10. Одна из систем вскрытия и огневых работ на наклоннозалегающем угольном пласте: 1, 2, 3, 4, 5, 6— наклонные скважины вскрытия, 7, 8, 9, 10, 11, 12— каналы газификации по падению пласта, 13— соединительный канал газификации по простиранию пласта, 14, 15, 16 — вертикальные скважины вскрытия, 17 — земная поверхность, 18— выход угольного пласта под наносами.

Система вскрытия и выгазовывания для наклонного и крутого залегания пластов со значительным размером участка по падению (поэтажная система разработки). Размер участка пласта такого газогенератора составляет 500 м это простиранию и 530 м по падению. Причем по падению пласта подлежит выгазовыванию участок в 450 м. Верхняя полоса пласта вместе с наносами протяженностью по падению в 80 м остается как целик, обеспечивающий герметизацию выгазованного пространства от земной поверхности.

По падению пласта, примерно на равном расстоянии около 35 м друг от друга, бурятся 15 скважин протяженностью по 530 м. Верхняя часть этих скважин в пределах предохранительного целика (80 м) обсаживается трубами и тампонируется; нижняя часть скважин в 450 м проведена по угольному пласту и предназначается к работе как канал газификации. Все эти скважины предназначены для отвода газа. Для проходки нижнего соединительного канала газификации по простиранию пласта и для подачи дутья на газификацию угля под угольным пластом бурятся примерно на равном расстоянии 13 скважин. Эти скважины длиной по 550 м обсаживаются трубами до угольного пласта. Кроме того, они имеют необсаженный угольный забой 2—5 м. Между этими дутьевыми скважинами нижнего горизонта прожигается соединительный канал, в результате чего соединяются газоотводящие и дутьевые скважины.

Нижний ряд дутьевых скважин предназначен для отработки полосы угольного пласта (этажа) в 225 м. Поэтому для отработки верхнего этажа участка пласта данного газогенератора на верхнюю границу этажа бурится в почве угольного пласта вто-рой ряд дутьевых скважин протяженностью по 350 м.

Эти скважины, так же как и дутьевые нижнего этажа, бурятся примерно на равном расстоянии одна от другой, обсаживаются трубами до угольного пласта и имеют забой в угольном пласте в 2—5 м.

Соединение этих скважин с выгазованным пространством, а значит и с газоотводящими скважинами происходит по мере выгазовывания участка пласта угля, составляющего нижний этаж. По мере ввода в работу дутьевых скважин верхнего этажа прекращается подача дутья в соответствующие дутьевые скважины нижнего этажа.

Схема подачи дутья последовательно в нижний, а затем в верхний этажи подземного газогенератора выбрана в данном случае с целью приближения точки подвода дутья к кислородной зоне канала газификации, что при прочих равных условиях благоприятствует лучшему течению процесса газификации.

Кроме того, при такой схеме подачи дутья уменьшается величина общего гидравлического сопротивления потоку дутья и газа на величину гидравлического сопротивления выгазованного пространства протяженностью в 225 м по восстанию пласта.

Следует учитывать, что в зависимости от геологических особенностей залегания угольного пласта и состояния скважин на одном и том же подземном газогенераторе во время его эксплуатации, а также в зависимости от других причин могут применяться на разных участках газогенератора одновременно различные системы выгазовывания.

Завдання 7: Исходя из заданных условий (Приложение А), произвести выбор рациональных систем вскрытия и выгазовывания угольного пласта в пределах одного подземного газогенератора.

Дата добавления: 2015-08-21