RU2177544C2 - Method of coal borehole mining - Google Patents

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: method includes drilling of at least two boreholes, formation of underground gas generator by making connecting channel between boreholes, ignition of coal in channel and gasifying of coal mass with supply to underground gas generator of blast through one of boreholes, and withdrawal of formed gas through the other borehole. In the course of gasification, use is made of preferably alternating oxygen and steam blowing. Effluent gas is sharply cooled to temperature ensuring equilibrium between steam and products of its dissociation. In addition, effluent gas is cooled with liquefied nitrogen, carbon dioxide supplied to sealed annular space of gas-outlet borehole. Cooling agent is directly supplied to lower end of gas-outlet borehole. EFFECT: increased calorific power of produced gas. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при скважинной добыче угля. The invention relates to the field of mining and can be used in downhole coal mining.

Известен способ скважинной добычи угля, основанный на приведении угля в подвижное состояние путем гидромеханического воздействия на пласт и выдачи его в виде гидросмеси на поверхность (см. Горную энциклопедию. Т. 4, М., Советская энциклопедия, 1989, с. 549 - 553). There is a method of downhole coal mining, based on bringing coal into a mobile state by hydromechanical impact on the formation and issuing it in the form of a hydraulic mixture on the surface (see Mountain Encyclopedia. T. 4, M., Soviet Encyclopedia, 1989, pp. 549 - 553) .

Недостатком этой технологии является узкая область ее применения (необходимы горно-геологические условия с устойчивой кровлей, порода почвы угольного пласта должна быть водоупорной), большие потери полезного ископаемого (35-60%). The disadvantage of this technology is the narrow scope of its application (mining and geological conditions with a stable roof are required, the soil of the coal seam must be waterproof), large losses of minerals (35-60%).

Известен также способ скважинной добычи угля, включающий бурение как минимум двух скважин, создание подземного газогенератора путем формирования сбоечного канала между скважинами, розжиг угля в канале и выгазовывание угольного массива с подачей в подземный газогенератор дутья по одной из скважин и отводом образующегося при этом газа по другой (см. Горную энциклопедию. Т. 1, М., Советская энциклопедия, 1989, с. 477 - 478). There is also known a method of downhole coal mining, which includes drilling at least two wells, creating an underground gas generator by forming a breakdown channel between the wells, igniting the coal in the channel and gasing the coal mass with supplying blast to the underground gas generator through one of the wells and discharging the gas generated in this way through the other (see Mountain Encyclopedia. T. 1, M., Soviet Encyclopedia, 1989, pp. 477 - 478).

Недостатком этого технического решения является низкая калорийность получаемого газа (800 - 600 ккал/м³; 3,2 - 2,4 МДж/м³).The disadvantage of this technical solution is the low calorific value of the produced gas (800 - 600 kcal / m ³ ; 3.2 - 2.4 MJ / m ³ ).

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в повышении калорийности получаемого газа. The problem to which the claimed solution is directed is expressed in increasing the calorific value of the produced gas.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении до 3000 ккал/м³ калорийности получаемого газа. Кроме того, упрощаются сбоечные работы и обеспечивается извлечение части запасов угля (в природном состоянии) в пределах проектных размеров полости подземного газогенератора.The technical result achieved by solving the problem is expressed in increasing to 3000 kcal / m ^{3 the} calorie content of the obtained gas. In addition, malfunctioning work is simplified and part of the coal reserves (in the natural state) is extracted within the design dimensions of the underground gas generator cavity.

Поставленная задача решается тем, что способ скважинной добычи угля, включающий бурение как минимум двух скважин, создание подземного газогенератора путем формирования сбоечного канала между скважинами, розжиг угля в канале и выгазовывание угольного массива с подачей в подземный газогенератор дутья по одной из скважин и отводом образующегося при этом газа по другой, отличается тем, что в процессе газификации используют предпочтительно попеременно кислородное и паровое дутье, при этом отходящий газ резко охлаждают до температуры, обеспечивающей сохранение равновесия между паром и продуктами его диссоциации. Кроме того, отходящий газ охлаждают посредством сжиженного азота, подаваемого в герметизированное затрубное пространство газоотводящей скважины. Кроме того, отходящий газ охлаждают посредством сжиженного диоксида углерода, подаваемого в герметизированное затрубное пространство газоотводящей скважины. Кроме того, подачу охлаждающего агента осуществляют непосредственно к нижнему концу газоотводящей скважины. The problem is solved in that the method of downhole coal mining, including drilling at least two wells, creating an underground gas generator by forming a breakdown channel between the wells, igniting the coal in the channel and gasing the coal mass by supplying an underground gas generator with blast through one of the wells and discharging the resulting this gas differently, characterized in that the gasification process preferably uses alternately oxygen and steam blasting, while the exhaust gas is rapidly cooled to a temperature echivayuschey preserve the balance between the vapor and its dissociation products. In addition, the exhaust gas is cooled by means of liquefied nitrogen supplied to the sealed annulus of the exhaust gas well. In addition, the exhaust gas is cooled by means of liquefied carbon dioxide supplied to the sealed annulus of the exhaust gas well. In addition, the supply of the cooling agent is carried out directly to the lower end of the gas well.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию "новизна". A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of the prototype and analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи. The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признаки "в процессе газификации используют предпочтительно попеременно кислородное и паровое дутье" обеспечивают работу газогенератора в высокотемпературном режиме и подвод материала, используемого для получения водорода, при этом возможность попеременности подачи названного дутья позволяет сохранить высокую температурную нагрузку газогенератора. The signs "preferably alternately using oxygen and steam blasting in the gasification process" ensure that the gas generator operates in a high temperature mode and the material used to produce hydrogen is supplied, while the possibility of alternating supply of the said blast allows maintaining a high temperature load of the gas generator.

Признаки "отходящий газ резко охлаждают до температуры, обеспечивающей сохранение равновесия между паром и продуктами его диссоциации" сдерживают обратное восстановление воды из молекул водорода и кислорода и повышают содержание водорода в исходящем газе. The signs "the exhaust gas is sharply cooled to a temperature that ensures equilibrium between the vapor and its dissociation products" inhibits the reverse recovery of water from hydrogen and oxygen molecules and increases the hydrogen content in the exhaust gas.

Признаки второго и третьего пунктов формулы изобретения конкретизируют подход к достижению возможности резкого охлаждения отходящего газа. The features of the second and third claims specify the approach to achieving the possibility of rapid cooling of the exhaust gas.

Признаки четвертого пункта формулы изобретения обеспечивают повышение эффективности "работы" охлаждающего агента. The features of the fourth claim provide an increase in the efficiency of the “operation” of the cooling agent.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показан разрез газоотводящей скважины. The invention is illustrated in the drawing, which shows a section of a gas well.

На чертеже показаны газоотводящая скважина 1, газоотводящая колонна 2, обсадная труба 3, полость герметичного кожуха 4 вокруг газоотводящей колонны 2, трубы 5 для отвода испарившегося охлаждающего агента и трубы 6 для подачи охлаждающего агента. The drawing shows a gas outlet bore 1, a gas outlet 2, a casing 3, a cavity of an airtight casing 4 around the gas outlet 2, a pipe 5 for removing the evaporated cooling agent and a pipe 6 for supplying a cooling agent.

Подготовка подземного газогенератора к работе включает бурение дутьевых скважин (на чертеже не показаны), газоотводящих скважин 1, обсадку скважин 1 обсадными трубами 3, размещение в полости скважины газоотводящей колонны 2, снабженной герметичным кожухом 4, в полости которого размещены трубы 5 для отвода испарившегося охлаждающего агента и трубы 6 для подачи охлаждающего агента (выпускные отверстия труб 6 размещены у нижнего конца кожуха, приемные отверстия этих труб связаны с источником 7 охлаждающего агента (сжиженных азота или диоксида углерода)). Затем дутьевые и газоотводящие скважины сбивают друг с другом предпочтительно посредством гидромониторного агрегата (на чертеже не показан). Preparation of an underground gas generator for operation includes drilling blast holes (not shown), gas wells 1, casing 1 with casing pipes 3, placement of a gas pipe 2 in the cavity of the well, equipped with an airtight casing 4, in the cavity of which pipes 5 are placed for removing the evaporated cooling agent and pipes 6 for supplying a cooling agent (the outlet openings of the pipes 6 are located at the lower end of the casing, the inlet openings of these pipes are connected to the source 7 of the cooling agent (liquefied nitrogen or dioxide gleroda)). Then, the blast and exhaust wells are knocked together, preferably by means of a hydraulic monitor assembly (not shown in the drawing).

Затем соответствующим образом оборудуют оголовки обсадных труб дутьевых скважин, обеспечивая возможность подачи в них пара и (или) кислорода, и газоотводящих скважин 1, обеспечивая возможность подачи-отвода охлаждающего агента в полость кожуха 4 (сжиженных азота или диоксида углерода) и отвода газа через газоотводящую колонну 2. Затем производят обработку полости газогенератора (на чертеже не показан) горячими газами с температурой 350-400^oC (если ее формировали посредством гидромониторного агрегата). Для этого полость обсадных труб одной из скважин, обслуживающих данный газогенератор, связывают либо с газоотводящей скважиной соседнего (с описываемым) подземного газогенератора, либо, что предпочтительно, с выхлопным коллектором (на чертеже не показана) наземной газотурбинной установки, используемой для утилизации газа - продукта газификации, либо с обоими названными объектами одновременно и прокачивают горячий газ. При этом достигается осушение поверхности подземного газогенератора, а затем и соответствующий ее прогрев.Then appropriately equip the heads of the casing pipes of the blast holes, providing the possibility of supplying steam and (or) oxygen and gas wells 1 to them, providing the possibility of supplying and discharging the cooling agent into the cavity of the casing 4 (liquefied nitrogen or carbon dioxide) and venting the gas through the gas outlet column 2. Then, the gas generator cavity (not shown in the drawing) is treated with hot gases with a temperature of 350-400 ^o C (if it was formed by means of a hydraulic monitoring unit). For this, the casing cavity of one of the wells serving this gas generator is connected either to the gas outlet of the neighboring (described) underground gas generator, or, preferably, to the exhaust manifold (not shown) of the surface gas turbine used to utilize the product gas gasification, or with both of these facilities simultaneously pump hot gas. In this case, the drainage of the surface of the underground gas generator is achieved, and then its corresponding heating.

После достижения угольным массивом (стенками полости газогенератора) температуры порядка 350-400^oC, в дутьевую скважину 1 подают дутье - газовую смесь, включающую O₂. После достижения угольным массивом (стенками полости газогенератора) температуры не менее 1000^oC в дутьевой скважине начинают периодически менять состав дутья - вместо O₂ подавая пар. Продолжительность периода подачи пара определяют из условия наличия остаточной температуры газогенератора не менее 1000^oC, поскольку при снижении температуры ниже этого предела процесс диссоциации водяного пара на кислород и водород затухает. Затем подачей кислородного дутья температуру газогенератора поднимают до 2000-2200^oC. Далее все повторяется.After the coal mass (the walls of the gas generator cavity) reaches a temperature of about 350-400 ^o C, a blast is fed into the blast hole 1 — a gas mixture comprising O ₂ . After the coal mass (the walls of the gas generator cavity) reaches a temperature of at least 1000 ^o C in the blast hole, the composition of the blast begins to change periodically - by supplying steam instead of O ₂ . The duration of the steam supply period is determined from the condition that the gas generator has a residual temperature of at least 1000 ^° C, since when the temperature drops below this limit, the process of dissociation of water vapor into oxygen and hydrogen decays. Then, by supplying oxygen blast, the temperature of the gas generator is raised to 2000-2200 ^o C. Then everything is repeated.

В основе предлагаемой технологии лежит термическая диссоциация воды на водород и кислород:
2H₂O ⇄ 2H₂ + O₂.The proposed technology is based on thermal dissociation of water into hydrogen and oxygen:
2H ₂ O ⇄ 2H ₂ + O ₂ .

Равновесие между газообразной водой и продуктами ее диссоциации - водородом и кислородом сдвинуто в сторону воды. При движении горячего исходящего газа по газогенератору к газоотводящей скважине 1 это равновесие сохраняется, т.е. в составе газа содержание водорода велико. При попадании этого газа в зону резкого охлаждения (в газоотводящую колонну 2) и его резком охлаждении равновесие не успевает быстро сместиться в сторону воды, сохраняется соотношение между водой, кислородом и водородом на уровне, соответствующем высокому температурному режиму, что позволяет получать газ с содержанием водорода до 70% состава и калорийностью до 3000 ккал/м³.The equilibrium between gaseous water and the products of its dissociation - hydrogen and oxygen is shifted towards the water. When the hot outgoing gas moves through the gas generator to the gas outlet well 1, this equilibrium is maintained, i.e. the gas content of hydrogen is high. When this gas enters the quench zone (in the exhaust pipe 2) and its quench, the equilibrium does not have time to quickly shift to the side of water, the ratio between water, oxygen and hydrogen is maintained at a level corresponding to a high temperature regime, which allows to obtain a gas with hydrogen content up to 70% of the composition and calories up to 3000 kcal / m ³ .

Для обеспечения возможности осуществления этой операции, к началу подачи пара в герметичный кожух 4 подают сжиженный газ, например азот, обеспечивающий при своем испарении резкое охлаждение газа в исходящей скважине. Энергию испаряющегося газа, например азота, целесообразно утилизовывать, срабатывая на газотурбинной установке с выработкой электроэнергии. To enable this operation, liquefied gas, for example nitrogen, is supplied to the sealed casing 4 at the beginning of the steam supply, which ensures sharp cooling of the gas in the outgoing well during its evaporation. It is advisable to utilize the energy of evaporating gas, such as nitrogen, by operating on a gas turbine plant with the generation of electricity.

Claims (4)

1. Способ скважинной добычи угля, включающий бурение как минимум двух скважин, создание подземного газогенератора путем формирования сбоечного канала между скважинами, розжиг угля в канале и выгазовывание угольного массива с подачей в подземный газогенератор дутья по одной из скважин и отводом образующегося при этом газа по другой, отличающийся тем, что в процессе газификации используют, предпочтительно, попеременно кислородное и паровое дутье, при этом отходящий газ резко охлаждают до температуры, обеспечивающей сохранение равновесия между паром и продуктами его диссоциации. 1. A method of downhole coal mining, including drilling at least two wells, creating an underground gas generator by forming a breakdown channel between the wells, igniting the coal in the channel and gasing out the coal mass with supplying blast to the underground gas generator through one of the wells and discharging the gas generated by the other , characterized in that the gasification process uses, preferably, alternately oxygen and steam blasting, while the exhaust gas is rapidly cooled to a temperature ensuring equilibrium between steam and its dissociation products. 2. Способ скважинной добычи угля по п.1, отличающийся тем, что отходящий газ охлаждают посредством сжиженного азота, подаваемого в герметизированное затрубное пространство газоотводящей скважины. 2. The downhole coal mining method according to claim 1, characterized in that the exhaust gas is cooled by means of liquefied nitrogen supplied to the sealed annulus of the exhaust gas well. 3. Способ скважинной добычи угля по п.1, отличающийся тем, что отходящий газ охлаждают посредством сжиженного диоксида углерода, подаваемого в герметизированное затрубное пространство газоотводящей скважины. 3. The downhole coal mining method according to claim 1, characterized in that the exhaust gas is cooled by means of liquefied carbon dioxide supplied to the sealed annulus of the exhaust gas well. 4. Способ скважинной добычи угля по п.1, отличающийся тем, что подачу охлаждающего агента осуществляют непосредственно к нижнему концу газоотводящей скважины. 4. The downhole coal mining method according to claim 1, characterized in that the coolant is supplied directly to the lower end of the gas outlet well.