Способ получения тепловой энергии при подземном сжигании наклонных и крутопадающих угольных пластов в отработанных шахтах

(51) 6 Е 21 В 43 295 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОГИСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) щ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ к авторскому свидетельству(71) Московский горный институт(56)Селиванов ГИ и Янченко ГА Теплотехническая оценка процесса подземного сжиганиямощных крутопадающих угольных пластов Методические разработки, М, МГИ, 1988, 78 с(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ПОДЗЕМНОМ СЖИГАНИИ НАКЛОННЫХ И КРУТОПАДАЮЩИХ УГОЛЬНЫХПЛАСТОВ В ОТРАБОТАННЫХ ШАХТАХ(57) Изобретение относится к горной промышпенности. предназначено для подземного сжигания угольных запасов на отработанных шахтах и позволяет повысить КПД процесса получения тепловой энергии. Во время сжигания блока угля путем подачи воздуха в нижнюю часть и отвода продуктов сгорания в режиме отсоса из верхней части, в верхнюю часть сжигаемого блока подают воду для орошения обрушенных нагретых вмещающих пород Подачу воды начинают после выгорания угольного пласта на расстояние, равное шагу обрушения кровли. Неиспарившуюся воду собирают в водосборнике нижней части угольного блока, которую затем снова подают на орошение в верхнюю часть угольного блока. 3 ил.Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для подземного сжигания угольных запасов на отработанных шахтах и получения высокотемпературного газа.Цель изобретения - повышение КПД процесса получения тепловой энергии.На фиг,1 изображено предлагаемое устройство. разрез; на фиг.2 - разрез А - А на фиг,1; на фиг,3 - нижняя часть устройства.Устройство включает воздухоподводящий и гээоотводящий штреки 1 и 2, пройденные в угольном пласте 3 и расположенные в нижней и верхней частях блока сжигания соответственно. Конечные участки штреков 1 и 2 соединены наклонными выработками 4 и 5. Под выработкой 5 расположен водо- распределительный узел 6, а над выработкой 4 - водосборник 7, соединенный водяной магистралью 8 с водораспределительным узлом б. В газоотводящем штреке 2 размещена водяная магистраль 9, снабженная форсунками 10, оборудованными регулируемыми дросселями 11, дросселями 12, установленными между форсунками 10. датчиками температуры 13, расположенными между форсункэми 10 и предназначенными для контроля температуры продуктов сгорания, проходящих по гаэоотводящему штреку 2,Водораспределительный узел б снабжен датчиками уровней 14 и 15, контролиру. ющими верхний и нижний уровни во,;ы в нем, и соединен посредством магистрали 16 с общешахтной системой водоснабжения, Магистраль 16 оборудована дросселем 17, управляемым датчиками уровня 14 и 15. Подача воды иэ водорэспределительного узла б в водяную магистраль 9 производится насосом 18, оборудованным дросселем 19.Водосборник 7 снабжен фильтром 20, предназначенным для очистки поступающей в него воды от твердых примесей и датчиком температуры 21, установленным на входе в магистраль 8 и обеспечивающим контроль температуры воды, покидающей водосборник 7. Теплообменник 22 и дымосос 23 установлены на выходе из газоотводящей сети.Для защиты водяной магистрали 9 от действия высоких температур продуктов сгорания она размещена в нише, выполненной в породной стенке газоотводного штрека 2 (на чертеже не показано), В нише также размещены электрокабели управления дросселями 11 и 12 и электрокабель температурных датчиков. Все коммуникации, расположенные в нише, теплоиэолированы, например, жаропрочным бетоном45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 Способ осуществляется следующим образом.В наклонной выработке 4 формируют, например, посредством костра иэ горючего материала, первоначальный очаг горения. Выбирают режим отсосэ продуктов сгорания иэ гаэоотводящего штрека 2, соединенного посредс вом орных выработок с поверхностью, которая может обеспечить поступление воздуха в выработку 4 иэ воздухоподводящего штрека 1, соединенного с поверхностью с таким расчетом, чтобы процесс горения уля распространился на всю длину выработки 4,После формирования стабильного фронта горения он начинает с постоянной линейной скоростью перемещаться в сторону наклонной выработки 5. После выгорания угольного пласта на расстояние, равное шагу обрушения кровли 1 =1, +1, где 1. - ширина канала горения; 1 - ширина слоя обрушения пород, что определяют по показаниям датчиков температуры 13, начинают орошение водой первого слоя обрушенных пород и соответственно, пород почвы под этим слоем. Для этого е водораспределительиый узел б, расположенный под выработкой 5 по магистрали 16, подают воду из общешахтной:истемы водоснабжения, а из него насосом 18 ее перекачивают в магистраль 9, расположенную в гаэоотводящем штреке 2, Для орошения слоя обрушенных пород шириной 1 в работу включается последняя в магистрали 9 форсунка 10, которая будет ближайшей к выработке 4, Ширина орошаемого слоя обрушенных породдолжна быть ;вязана с высотой усановки форсунки Ь в штреке 2 и улом р конуса распыления воды форсункой согласно выажению Массовые расходы воды в узел б, э иэ него в магисграль 9 устанавливают с помощью дросселей 17 и 19, управляемых с поверхности, причем оптимальный массовый расход воды Мв на орошение слоя обрушенных пород должен быть таким, чтобы обеспечить извлечение всего аккумулированного в этом слое и в породах почвы угольного пласта физического тепла за время, в течение которого фронт горения перемешается на расстояние. Величина Мв для любых конкретных условий определяется иэ выраженияо "0ггг1,ФЯ 155 где дгор - линейная скорость перемегцения фронта горения, м/с;- ширина орошаемого слоя, м;Оэ - количество энергии, аккумулированное в слое обрушенных в пород и в породах почвы угольного пласта шириной, кДж;Ос - количество энергии, необходимое для нагрева и испарения 1 кг воды, подаваемой на орошение слоя обрушенных пород шириной 1 о. Оис = 2462 кДж/кг воды.Вода, поданная в распыленном виде в обрушенные породы. обладающие запасом физического тепла, нагревается ими и породами почвы пласта и испаряется, Обра. эовавшийся от контакта с породами обрушенного слоя и почвы пар, просачивается через слой обрушенных пород в канал горения, так как в последнем в связи с тем, что продукты сгорания из него отсасываются, имеется определенная зона разрежения. Пары воды смешиваются в канале горения с продуктами сгорания и вместе с ними выдаются на поверхность, где направляются в теплообменник 22 для извлечения иэ них полезной тепловой энергии. По мере отбора тепла из орошаемого слоя пород их температура будет снижаться и наступит момент, когда испарение воды прекратится. Оставшийся запас физического тепла в породах орошаемого слоя и в породах почвы пласта будет способен только нагревать подаваемую в него воду. Сначала вода будет на греваться до тем пера туры, близкой к 100 С, а затем по мере остывания пород температура воды будет приближаться к температуре окружающих пород до начала процесса сжигания. Неиспарившаяся вода, пройдя весь слой обрушенных пород, достигает почвы штрека 1, и затем стекает в водосборник 7. Здесь она с помощью фильтра 20 очищается от твердых примесей и по магистрали 8 подается самотеком в узел 6, откуда опять в магистраль 9,Такой замкнутый цикл позволяет извлечь ту низкопотенциальную (низкотемпературиую) часть энергии физического гепла обрушенных горных пород, которую не способна испарять вода. Формула изобретения СПОСОЕ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ПОДЗЕМНОМ СЖИГАНИИ НАКЛОННЫХ И КРУТОПАДАЮЩИХ УГОЛЬНЬХ ПЛАСТОВ В ОТРАБОТАННЫХ ШАХТАХ, включающий подачу воздуха в нижнюю часть сжигаемого блока угля и отвод продуктов сгорания в режиме отсоса из верхней части бло 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 В начальный период орошения водой слоя обрушенных пород ее основное количество будет испаряться и в водораспределительный узел 6 в основном будет поступать вода из общешахтной водяной сети. По мере уменьшения испарения воды в орошаемом слое обрушенных пород количество воды, поступающее в узел 6 из магистради 8, будет возрастать, Следователь о, расход воды иэ магистрали 16 в узел 6 должен будет уменьшаться. Регулирование расхода воды в узел 6 из магистрали 16 осуществляют специальные датчики уровней 14 и 15, которые посредством своих сигналов открывают или закрывают дроссель 17, Если уровень воды в узле 6 превысит максимально допустимый, то датчик 14 закроет дроссель 17, и вода в узел 6 будет поступать только иэ магистрали 8. Если уровень воды в узел 6 станет ниже максимального, то датчик 15 откроет дроссель 17, и в узел 6 будет дополнительно поступать вода из общешахтной системы водоснабжения, Соотношение расходов воды из водосбор- ника 7 и соответственно магистрали 8 и общешахтной системы водоснабжения зависит от количества воды, испаряемой в орошаемом слое пород, и величины Мп.Орошение слоя обрушенных пород происходит до тех пор, пока датчик температуры 21 не зафиксирует температуру воды на входе в магистраль 8, равную температуре пород до начала процесса сжигания, Это свидетельствует о том, что все физическое тепло иэ орошаемого слоя обрушенных пород и пород почвы угольного пласта под этим слоем изъято и необходимо переходить на орошение следующего слоя обрушенных пород. По мере продвижения фронта горения к выработке 5 последовательно включают в работу последовательно установленные в магистрали 9 форсунки при соответствующем отключении предыдущих.Дроссели 12, установленные в магистрали 9 между форсунками 10, осуществляют аварийное отключение концевых участков магистрали 9, если они будут разрушены обрушаемыми породами кровли. ка угля на поверхность с последующим извлечением из них тепловой энергии, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД процесса получения тепловой энергии, после выгорания угольного пласта на расстояние, равное шагу обрушения кровли, в верхнюю часть блока подают воду, неиспарившуюся воу собирают в водосборнике нижней частиугольного блока, которую затем снова подают на орошение в верхнюю часть угольного блока, подачу воды прекращают при достижении температуры в водосборнике, равной температуре вмещающих пород угольного блока.