Способ добычи горючих ископаемых

(51) ВЕННЫЙ КОМИТЕТТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМССР ГОСУДАР ПО ИЗОБ ПРИ ГКНТ ЕТ СА ОП фййщцЕф. ТЕХЕ 4 нщц1 ИОтрд ИДЕТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКОМ ЧИ ГОРЮЧИХ ИСК Б(22) (46) ски 4838409/0312.06.9015.12.92. Бюл. М 46Магнитогорский горно-металлургй институт им. Г.И.НосоваН;И,Иванов и А.В.ВачаевАвторское свидетельство СССР278445, кл. Е 21 В 43/22, 1980,Аренс В.Ж. Геотехнические методыи полезных ископаемых, с, 181 - 187. Изобретение относится к добыче топливно-энергетических ресурсов и может быть использовано для полной выемки углей, горючего сланца, твердых и жидких углеводородов из недр земли подземным способам с утилизацией продуктов газификации с извлечением из них сопутствующих минералов.Известны способы обработки угольных и нефтяных месторождений подземным способом путем газификации угольных пластов и нефтепродуктов в пористых коллекторах, включающие вскрытие продуктивной толщи скважинами, зажиганиеугля или нефти от специального запала. с подачей окислителя для окисления (газификации) угля или нефти, последующего отбора газов иэ газифицируемого пласта через скважины, пробуренные параллельно вскрывающей, сбора газа в сборные коллекторы-газопроводы и транспорта его потребителю.В известном способе газификации потери топлива достигают 30-60%, процесс за(54) СПОСО ДОБЪ ОПАЕМЫХ(57) Сущность; образующиеся при газификации зону и вмещающие горные породы отделяют от горючего газа и дополнительно нагревают до температуры диссоциации карбонатных пород. После этого их подвергают гравитационному обогащению, после чего из полученного концентрата извлекают полезные элементы. Газификацию при этом осуществляют плазмой с температурой 4000-5000 К. 3 ил. 1 табл. жигания топлива и ведение огневого забоя представляет, вследствие недостатка информации о процессах горения, существенные трудности. Сопутствующие полезные ископаемые безвозвратно теряются в золе горелых пород, извлечение которых практически невозможно. Сама газификация, как правило, связана с экологическим загрязнением газами из огневого забоя, по трещинам достигая поверхности и поступая в атмосферу, Газификация мощных месторождений приводит к обрушению поверхности, выводя из оборота большие участки плодородных земель,Наиболее близким к заявляемому решению по своей технической сущности является способ подземной переработки углей и жидких углеводородов (в дальнейшем - горючие ископаемые), включающий вскрытие, подготовку и нарезку продуктивной толщи и газификацию запасов горючих ископаемых путем зажигания их, подвода окислителя к . огневому забою, газификации горючих ископаемых до состава генераторного газа,отвода газа от огневого забоя, сбор газа вмагистральные газопроводы и выдачу его наповерхность с дальнейшим использованием в качестве топлива или химическогосырья. Способ характеризуется селективным извлечением углеродсодержащих горючих полезных ископаемых с переводомих в газообразное состояние при подводе когневому забою окислителя. - кислородавоздуха.Недостатки способа заключаются в существенных потерях горючих ископаемых,достигающйх 70, особенно при газификации маломощных с пережимами угольныхпластов или мэлопористых углеводородосо. держащих пород коллекторов, потери в которых достигают 30-500 . Потери готовойпродукции - газа через тектонические разломы, сбросы, надвиги и другие, в том числеи техногенные, геологическйе нарушенияземной коры трудно поддаются учету, ориентировочно они могут достигать тех же величин, что и потери в недогоревших забоях.Недостатком способа-прототипа является необходимость ведения буровзрывныхработ, применение комбайновой выемки,конвейерного и рельсового транспорта впроцессе подготовки месторождения к выемке.Крупный недостаток способа - зараже-ние атмосферы выделяющимися по трещинам газами, обрушение поверхйости земли,потеря попутйых минералов и руд с золой игорелыми землями,Получаемые продукты от подземной газификации горючих ископаемых имеют низкую теплоту сгорания, могут бытьиспользованы в качестве энергетическоготоплива,Целью изобретения является повышение эффективности добычи за счет сокращения потерь горючих ископаемых ииспользования попутных минералов и вмещающих пород. Поставленная цель достигается тем, что способ добычи горючихископаемых, включающий вскрытие залежиполезного ископаемого, подготовку выемочных блоков, газификацию полезного ископаемого со сбором полученного горючего.газа в сборный коллектор и последующуюзакладку выработанного пространства, отличающийся тем, что образовавшуюся пригазификации золу и вмещающиегорные породы отделяют от горючего газа и дополнительно нагревают до температурыдиссоциации карбонатных пород, после чего подвергают гравитационному обогащению с последующим извлечением изполученного концентрата полезных элемен тов, при этом газификацию осуществляют плазмой с температурой 4000-5000 К, а хвосты обогащения направляют на изготовление бетона для закладки выработанного пространства.На фиг, 1 изображена схема вскрытия, подготовки и выемки горючих ископаемых для осуществления заявляемого способа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - схема очистного механизированного комплекса, используемого для осуществления заявляемого способа,Месторождение горючих ископаемых - угля 1, битуминозных песчаников 2 и нефте 10 15 газовой залежи 3, вскрыто наклонными стволами 4 и 5, расположенных на расстоянии 3-5 км по простиранию. Через 5001000 м стволы сбиты между собой горизонтальными выработками 6, 7, 8 и 9. Из тые между собой концентрационными штреками 12 и 13, штреком 14, где размещают ремонтные и энергетические подразделения предприятия (не показаны). 25 Квершлаги 11 сбиты между собой штреками 15, из которых пройдены развитые по высоте камеры для размещения химических перерабатывающих цехов не показаны),Из горизонтальных выработок 6, 7 и 8 30 пройдены подготовительные этажные квершлаги 16, 17 и 18 сбитые этажными штреками 19, 20, 21, 22; 23. Этажные выработки сбивают между собой восстающими 24, 25;26, 27, 28, 29, из которых развертывают очи 35 стные работы слоями вкрест простирания 30, 31, 32, 33 очистными механизированными комплексами 34, получающими питание от энергоустановок (не показано), размещенных в штреке 14 или от поверхностной 40 тепловой электростанции 35, снабжаемой горючим газом по магистрали 36. Наклонные стволы 4 и 5 герметизируют вентиляционными перемычками 37.45 Углеводородное сырье из залежи 3 по трубопроводам 38 компрессором 39 перекачивают в камеры 15, Очистные выработки герметизируют парусными вентиляционными перемычками 40. Схема очистного механизированногокомплекса (фиг. 3) включает в себя высоко 50 температурный рабочий орган 41, снабженный плазменными нагревателями 42 пород 3 груди забоя 43, Рабочий орган соединен с термокамерой 41, совмещенный с камерой гравитационного обогащения 45, откуда концентрат передают на дальнейшую переработку, а легкую фракцию передают на бе 55 тонорастворный узел 46, соединенный с пневмонагнетэтелем 47, подающим бетон 20 последней в фундаменте месторождения 10 пройдены капитальные квершлаги 11, сбиную массу или за опалубку 48, или в.закладку 49.Изобретение иллюстрируется следующим примером конкретного выполнения заявляемого способа добычи горючихископаемых.После вскрытия, подготовки и нарезки,выемочных участков, монтажа очистного механизированного комплекса 34, оснащенногоплаэмотронами 42 (рис. 3) мощностью 30-60 10Мвт, разработанными энергетическим институтом СО АН СССР. Из восстающих 24,26, 28.(рис, 1) осуществляли обработку груди очистного забоя 43 (рис. 3) слоями 30, 31, 32,33 снизу-вверх. Выемку запасов углей и углеродсодержащего сырья вели высокотемпературной газификацией с получениемгорючего газа, для этого воздействовали высокотемпературной плазмой, плазмотронов42, имеющих температуру плазмы 4000- 5000 К на углеродсодержащие и углеводородсодержащие породы 3. Полученный горючий газ компрессорной установкой 39 через термокамеру 44 направляют в сборный коллектор - трубопроводы 30, 33. Образовавшиеся золу и вмещающие породывместе с горючим газом также направляли в термокамеру 44. Причем золу и вмещающие породы в термокамере 44 дополнительно нагревали до температуры 1500 Кспециально установленным там плазмотроном мощностью 30 МВт, где частично оплавляли и восстанавливали до чистьи металлов. Термокамера 44 термоизолирована каолиновой или минеральной ватой; термостойкость которой не ниже 1610 К.Термообработа н ную дегазированную массу из камеры 44 направляли в камеру гравитационного обогащения 45, где в установленных центробежных сепараторах-разделителях производительностью 2 ф 10 змз/сосуществляли разделение подогретои в камере 44 массы на тяжелую и легкую фракцию, Тяжелую фракцию нэправляли для получения чистых металлов минералов в камеры штрека 15 и подвергали еевысокотемпературной обработке, например, в плазменных печах (не показаны), К плазменным печам доставку полученногоконцентрата осуществляли самоходным транспортом.Осталь ную породу - х восты (легкую фракцию) - передавали на бетонорастворный узел 46, оборудованный бетономешалками емкостью 100-150 л. Вбетонорастворный узел 46 из цехов, размещенных в выработках 15, подавали связующие (полиуретановые, эпоксидные смолы и т,п.), Готовую смесь пневмонэгнетэтелями 47 подавали нэ опалубку 48, образуя крепь 15203035455055 выработки или закладочный массив в очистном пространстве. Горючий газ из трубопроводов 30, 33 подавали или в качестветоплива по трубопроводу 36 для сжигания в котлах 35 теплоэлектростанции, куда из-эа вентиляционной перемычки 37 забираютвоздух для подачи в топки котлов (на черт, 1 не показано), или подавали по магистрали38 по выработке и на переработку в подземные химические цехи 15 (фйг, 1),Производительность комплекса 34, оснащенного плазмотронами мощностью 3060 м Вт, составляла до 50 м в 1 ч угольного, углеводородсодержащих пород и йрилегаемых пустых пород. Часовая производительность комплекса по выработке горючего газа - до 10 тыс.м, выходуз концентрата тяжелых металлов (тяжелая фракция) - до 10 т/ч, бетона - до 20 м/ч для . крепления и 30 м /ч - закладки выработанзного пространства, То, что в предлагаемом решении выемку углей и углеродсодержащего сырья ведут высокотемпературной газификацией с получением горючего газа, который направляют в сборный коллектор исключает применение буровзрывных работ, комбайновой выемки, конверторного и рельсового транспорта с заменой последнего в заявляемом решении трубопроводным, что исключает распространение полученного горючего газа по трещинам и способствует сокращению потерь горючего газа, что сокращает расходы на добычу и исключает загрязнение окружающей среды.Нагрев до температуры диссоциации карбонатных пород образовавшихся золы и вмещающих пород и гравитационное обогащение с последующим извлечением из полученного концентрата полезных элементов исключают потери попугных минералов и руд, из которых извлекают металлы и другие элементы, что также снижает расходы на добычу; То, что из оставшихся пустых пород приготавливают бетон для крепления выработок и закладки выработанного простран,ства, ведет к сокращению расходов на добычу, исключает заражение атмосферы выделяющимися по трещинам газами, обрушение поверхности земли.Положительный эффект от заявляемого способа складывается из полной газификации углерода - и углеводородсодержащих материалов из полезных ископаемых и за счет исключения потерь горючего газа, мигрирующего по тектоническим трещинам, выходящим на поверхность и заражающим атмосферу. Обработка прилегающих вмещающих пород и золы в термокамере при их дополнительном нагреве до температуры диссоциации карбонатных пород заменяет1781420 Способ Статья расходов П ототип Подземная газификация угля; тыс.руб.Добыча углеводородного сырья, тыс.руб.Потери от.неполноты извлечения, тыс.руб. Потери от недополучения попутных элементов, тыс.руб.Экономия средств за счет ликвидации химпредприятий по переработке генераторного иуглеводородных газов, тыс.руб.Потребление электроэнергии из вне, тыс.руб, Затраты на рекультивацию земель и обеспечение экологической чистотыохо от амо тиза ии подземных вы аботок П е лагаемый 2860 8400 1450 3400 3680 1270 4340 100,0 747 542 84,5 21,6 43,5 измельчение их в мельницах. Гравитационное обогащение позволяет разделить тяжелую металлическую (или оксидную) фракцию. в виде порошка, поступающего на переработку для получения металлов или сплавов, позволяя извлекать сопутствующие металлы и минералы без строительства специальных обогатительных фабрик.Положительный эффект от использования хвостов гравитационного обогащения заключается в исключении подачи в шахту бетонных смесей. Состав хвостов удовлетворяет по качеству (активность-до 0,9, крупность -0,1) удовлетворяет требованиям, предьявляемым к бетонам на цементе марки 400, схватившаяся масса обладает прочностью до 2,5 МПа, водопроницаемостью 0.03, коэффициентомтеплопроводйости у- -0,480,56 8 т/(м,к.), Расчетнаякоррозионная стойкость 23 мм в год, а при добавках полиуретайа- до 1,5 мм.Дополнительный положительный эффект создается за счет сжигания выделяющихся в атмосферу шахты горючих газов в топках тепловой электростанции, куда газо- воздушная смесь, представляющая собой . вентиляционный выбросной воздухиз шахты, подаЮт как воздушное дутье. Предлагаемый способ обеспечивает по сравнению с прототипом повышенный выход газа при подземной газификации углей, полное извлечение углеводородного сырья из месторождений нефти, газового конденсата, природных асфальтитов, битумов и т.н. углевбдородов С попутным извлечением содержащихся в золе .вмещающих породах металлов, в томчисле щелочных, резкоземельных и тугойлавких. Экономическая эффективность. предлагаемого решения, рассчитанная для поед-;приятия, добывающего 100000 м /суткигенераторного газа от газификаций углей5 или 100000 м/сутки углеводородных газовс их химической переработкой, оцениваетсяследующими цифрами (в расчете на год).приведенными в. таблице.Предлагаемый способ обеспечивает10 кроме того устранение загрязнений окружающей среды газами, сопровождающимиподземную газификацию углей и переработку углеводородного сырья на поверхностных химических заводах, что имеет место в15 прототипе,формула изобретенияСпособ добычи горючих ископаемых,включающий вскрытйе залежи полезногоископаемого, подготовку выемочных бло 20 ков, газификацию полезного ископаемогосо сбором полученного горючего газа всборный коллектор и.последующую закладку выработанного пространства; о т л и ч аю щ и й с я-тем; что, с целью повышения25 эффективности добычи за счет сокращенияпотерь горючих ископаемых и использова-.ния попутных минералов и вмещающих пород. образовавшуюся при газификации эолуи вмещающие горныепороды отделяют от30 горючего газа идополнительно нагреваютдо температуры диссоциацйи карбонатныхпород, после чего подвергают гравитационному обогащению с последующим извлечением из полученного концентрата полезных35 элементов, при этом газификацию осуществляют плазмой с температурой 4000-500 ОК,а хвосты обогащения направляют на изготовление бетона для закладки выработанного пространства,40. Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 4262 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5