Способы подготовки подземных газогенераторов

В настоящее время применяется бесшахтная подготовка газогенераторов, при которой горные выработки заменяются скважинами, направленными с поверхности к пласту.

Горизонтальные пласты вскрываются сеткой вертикальных скважин через 25–30 м друг от друга. Для начала газификации пробуривают первые 3–4 ряда скважин (рис. 18.2). Бурение последующих рядов скважин производится в процессе газификации пласта.

Рисунок 18.2 – Технологическая схема фильтрационного метода подземной газификации угля

1 – ряд розжиговых скважин; 2 – ряд газоотводящих скважин; 3 – ряд дутьевых скважин

При бурении скважин пласт перебуривается на ²/₃ его мощности; затем скважина промывается водой и обсаживается трубами. Производится тампонаж затрубного пространства для герметизации. После этого скважина углубляется в пределах оставшейся мощности пласта.

Пологие, наклонные и крутые пласты вскрываются наклонными скважинами, которые обычно бурятся со стороны лежачего бока пласта (рис. 18.3). Место ввода полевой скважины в пласт располагают на 10‑20 м ниже зоны выветривания угля, а дальше ее бурят по падению пласта до глубины заложения ряда вертикальных скважин. На участке газификации угля скважины трубами не обсаживаются. Для подачи дутья используются полевые наклонные скважины 6, которые включаются в работу по мере перемещения огневого забоя вверх по восстанию пласта.

Рисунок 18.3 – Технологическая схема вскрытия пласта и подготовки газогенератора при бесшахтном методе подземной газификации угля

1–6 – скважины, соответственно, вскрывающие пласт, газоотводящие, вертикальные розжиговые, наклонные по породе сбоечные и полевые наклонные для подачи дутья;

Образование каналов газификации производится следующими способами:

¾ воздушно-огневым (фильтрационным);

¾ электрическим;

¾ гидроразрывом пласта;

¾ буровым.

При воздушно-огневом способе используется природная газопроницаемость пласта.

Первоначально перед розжигом угля производится продувка пласта между двумя скважинами воздухом под давлением для увеличения проницаемости пласта за счет отжима воды из пор и трещин. Затем в одну из скважин подают раскаленный кокс, а в другую нагнетают воздух, сжатый до 3–5 атмосфер. Воздух фильтруется в сторону очага горения, которое распространяется в направлении дутьевой скважины, с образованием канала газификации. По мере выгазовывания угля дутье переносят в соседние скважины (рис. 18.2).

Воздушно-огневой способ применяют на пластах с большой пористостью (преимущественно на бурых углях). Основной недостаток — низкая скорость образования сбоечного канала.

При электрической сбойке скважин в них к угольному пласту опускаются электроды, к которым прикладывается напряжение 2000–4000 В с силой тока до 1200 А. В результате происходит постепенный прогрев пласта до температуры 300–600°С с образованием канала, заполненного пористым коксом. Канал этот расширяется с помощью сжатого воздуха до требуемых размеров.

Хотя электрический способ сокращает время сбойки скважин в 2–3 раза по сравнению с воздушно-огневым, он не нашел широкого применения по ряду причин, главной из которых является условие его применения — на слабообводненных пластах.

Способ образования каналов газификации с помощью гидроразрыва пласта заключается в том, что в угольный пласт по скважинам нагнетается вода под большим давлением. При достижении критической величины, превышающей величину горного давления в районе сбойки, происходит разрыв пласта с образованием трещин и щелей, что значительно повышает его газопроницаемость. Для предупреждения смыкания трещин после снятия давления производят нагнетание жидкости с кварцевым песком.

Способ показал высокую эффективность и находит все большее применение на практике.

Сбойка вскрывающих скважин буровым способом осуществляется путем бурения с поверхности направленных наклонно-горизонтальных скважин (см. рис. 18.3). Горизонтальная часть скважины, пробуренная по пласту, используется как канал газификации. Розжиг производится путем подачи в вертикальные скважины раскаленного кокса.

18.3. Поверхностный комплекс станции "Подземгаз"

Технологическая схема станции "Подземгаз" приведена на рис. 18.4.

Рисунок 18.4 – Технологическая схема станции "Подземгаз"

1 – газоотводящие скважины; 2 – газопровод; 3 – дутьевые скважины; 4 – трубопровод для подачи воздуха на газификацию; 5 – турбовоздуходувка; 6 – трубопровод для подачи воздуха на сбойку; 7 – компрессор; 8 – цикл условно чистых вод;
9 – циклон; 10 – скруббер; 11 – градирня; 12 – электрофильтры; 13 – сероочистка; 14 – турбогазодувка; 15 – трубопровод для отправки газа потребителю

Станция имеет несколько производственно-технологических цехов, основными из которых являются: цех буровых работ, подземных газогенераторов, воздуходувный, очистки и охлаждения газа, очистки газа от сероводорода, газодувный.

Цех буровых работ осуществляет бурение скважин различного назначения (вскрывающих, подготавливающих, розжиговых), обсадку их трубами и тампонаж затрубного пространства.

Цех подземных газогенераторов выполняет работы по сбойке скважин, производит монтаж газопроводов для отвода полученного газа и ведет процесс подземной газификации угля.

Воздуходувный цех предназначен для подачи в подземные генераторы и в сбоечные скважины воздуха под необходимым давлением.

Первичное охлаждение газа, имеющего температуру в несколько сотен градусов по Цельсию, осуществляется еще в газоотводящей скважине, куда подается распыленная струя воды. Из скважин газ поступает в газовые коллекторы, а затем в циклон, где улавливается пыль и твердые частицы, выносимые потоком газа из скважин. Далее газ поступает в холодильники — скрубберы. Здесь он охлаждается до температуры 30–35°С, дополнительно очищается от пыли, а также освобождается от избытка водяных паров. Из скрубберов газ поступает в электрофильтры для окончательной очистки от тонкой пыли.

При наличии в газе большого количества сероводорода, он поступает в соответствующий цех очистки, где извлекается сероводород и вырабатываются чистая сера и другие продукты.

После охлаждения и очистки газ направляется в газодувный цех, откуда под давлением 1,5–2 атмосферы он подается потребителям.

Кроме перечисленных цехов, на станции имеется центральная диспетчерская, оборудованная приборами контроля.

Технологическая схема станции "Подземгаз" зависит от характера использования основного продукта — газа: для целей энергетики или для технологического назначения.

Энергетический газ получается при работе подземных генераторов на воздушном дутье. При газификации бурых углей получают энергетический газ с теплотворной способностью до 3,5 МДж/м³ (830 Ккал/м³); при газификации каменных углей теплотворная способность повышается до 4,8 МДж/м³ (1140 Ккал/м³). При такой сравнительно низкой теплотворной способности газ невыгодно транспортировать на значительные расстояния. Однако он может быть использован на месте производства или на близлежащих предприятиях.

Технологический газ получается при работе подземных газогенераторов на дутье, обогащенном кислородом с добавлением пара. В нем содержится до 40–58% водорода. Такой газ используется для получения аммиака, фенолов, спирта, бензина и др. продуктов.