Способ извлечения жидких и газообразных продуктов из подземных формаций, содержащих горючие сланцы

СОЮЗ СОВЕТСКИХсламЕйРЕСПУБЛИК З 59 Е 21 в 43/24, 43/38 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН ПАТЕНТУ Ф 1 РФъсъ Й(56) 1. Патент США4022511,кл. 299-2, опублик. 1977.2. Патент США Мф 3661423,кл. 299-2, опублик. 1972 (прототип).(54)(57) 1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖИДКИХИ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ПОДЗЕМНЫХФОРМАЦИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ,включающий проведение нижней выработки доступа к создаваемой ретортечерез боковую границу указаннойреторты, выемку нижней горизонтальной полости в пределах границ создаваемой реторты, горизонтальное сечение которой больше горизонтальногосечения выработки доступа к ретортеи имеет прямоугольную форму, подобную горизонтальному сечению реторты,оставление в указанной полости опорных целиков, взрывное разрушениенераздробленной породы в пределахреторты в направлении горизонтальной полости с образованием проницаемой марсы частиц горючего сланца впределах верхней, нижней и боковыхграниц реторты, одновременное сразрушением породы разрушение опорныхцеликов, перегонку раздробленнойпороды, содержащей горючий сланецс получением жидких и газообразныхпродуктов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения эффективности процесса перегонки, передразрушением породы в верхней частиреторты проводят дополнительнуювыработку доступа к реторте, образуют из нее верхнюю горизонтальнуюполость, взрывное разрушение нераэдробленнои породы в пределах ретортыпроизводят одновременно в направлении верхней и нижней горизонтальныхполостей.1090265 510 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что одновременно производят выемку штреков верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте.3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что выемку горизонтальных полостей на одном из горизонтов производят одновременно с выемкой по крайней мере части соответствующего штрека доступа к реторте на этом горизонте.4. Способ по пп. 1-3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что наружные края верхней и нижней горизонтальных полостей в местоположении реторты располагают в общих вертикальных плоскостях5. Способ по пп. 1-4, о т л ич а ю щ и й с я тем, что штреки верхнего и нижнего горизонта доступа к реторте выполняют посередине соответствующих им верхней и нижней горизонтальных полостей.6. Способ по пп. 1-5, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, в штреке по крайней мере одного промежуточного горизонта, расположенного между штреками верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте и проходящего через противоположные боковые границы местоположения реторты, производят выемку горизонтальных полостей промежуточного горизонта в не" раздробленной породе вдоль штрека промежуточного горизонта в границах местоположения реторты. 7. Способ по пп, 1-6, о т л ич а ю щ и й с я тем, что производят выемку по крайней мере двух 1Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке сланцевых месторождений методом подземной перегонки.Известен способ извлечения жидких и газообразных продуктов из реторты на месте залегания в подземном пласте, содержащем горючие сланцы,включающие выемку штреков верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте,вентиляционных штреков и штрека доступа к реторте между этими венти-ляционными штреками, а затем производят выемку по крайней мере части полостей вдоль указанного штрека доступа к реторте.8. Способ по пп. 1-7, о т л ич а ю щ и й с я тем, что последовательно производят выемку первого главного верхнего штрека доступа к реторте, выемку первого главного нижнего штрека доступа к реторте ниже указанного первого главного верхнего штрека, выемку второго главного верхнего штрека доступа к реторте, параллельного укаэанному первому главному верхнему штреку, выемку второго главного нижнего штрека доступа к реторте, расположенного ниже второго главного верхнего штрека доступа к реторте и параллельного укаэанному первому главному нижнему штреку, выемку штрека верхнего горизонта доступа к реторте так, чтобы противоположные концы такого штрека выходили в первый и во второй главные верхние штреки доступа к реторте, выемку штрека нижнего горизонта доступа к реторте так, чтобы противоположные концы такого штрека выходили в первый и во второй главные нижние штреки доступа к реторте.9. Способ по п.8, о т л и ч а ющ и й с я тем, что производят выемку штреков верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте и связанных с ними полостей между первым и вторым главными штреками доступа к реторте перед расширением взрывом породы для образования реторты. 2производят из указанных штреков выемку полостей, одна из которых расположена по длине верхнего штрека доступа к реторте и имеет горизон" тальное сечение больше горизонтального сечения штрека доступа к реторте, в местоположении реторты оставляют зону нераздробленной породы пласта, поверхность забоя которой граничит с полостями в указанном местоположении, производятвзрывное обрушение эоны нераздробленной породы пласта в направлении указанной поверхности забоя с образованием раздробленной проницаемой массы, содержащей горючие сланцы, в пределах верхней, нижней и боковых границ местоположения реторты и перегоняют горючие сланцы в раздробленной массе с получением жидких и газооб О разных продуктов 111.Недостатком укаэанного способа является то, что в соответствии с ним формируют вертикально расположенную колоннообразную полость, 15 расширяя взрывом породу в сторону вертикальных свободных полостей,что приводит к образованию большого количества полостей в той.части раздробленной массы, которая была занята перед дроблением породы вертикальной колоннообразной полостью, и к неравноверному охвату раздробленной массы потоком греющего газа, к появлению зон, в которых извлечение 25 жидких продуктов из сланцев незначительно. 20 Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования реторт для перегонки горючих сланцев, включающий проведение нижнего горизонта доступа к создаваемой реторте через боковую границу указанной реторты, выемку полости, простираемой в горизонтальной плоскости в пределах границ местоположения реторты и имеющей горизонтальное поперечное сечение, существенно большее горизонтального поперечного сечения соединяющегося с ней штрека доступа к 40 реторте, загрузку зоны нераздробленной породы взрывчатым веществом и расширение указанной зоны взрывом в сторону горизонтальной свободной поверхности с образованием раздроб ленной проницаемой массы частиц породы в пределах верхней, нижней и боковых границ в нераздробленной породе. При этом горизонтальную полость в местоположении реторты формируют 50 прямоугольной формы в горизонтальном поперечном сечении, которая по существу подобна горизонтальному поперечному сечению местоположения реторты, а в полости оставляют колонны 55 нераэрушаемой породы, которые отбивают взрывом одновременно с расширением (отбойкой) зоны неразрушенной породы в пределах местоположения реторты 23 .Однако известный способ касается только формирования единичных реторт и не предусматривает рациональной последовательности их сооружения и отработки с минимальным неэкономическим извлечением породы.Цель изобретения - повышение эффективности процесса перегонки эа счет более равномерного дробления породы, содержащей горючий сланец, сокращение потерь горючего сланца и времени на подготовку и отработку залежи.Указанная цель достигается тем, что согласно способу извлечения жидких и газообразных продуктов иэ подземньх формаций, содержащих горючие сланцы, включающему проведение нижней выработки доступа к создаваемой реторте через боковую границу укаэанной реторты, выемку нижней горизонтальной полости в пределах границ создаваемой реторты, горизонтальное сечение которой больше горизонтального сечения выработки доступа к реторте и имеет прямоугольную форму, подобную горизонтальному сечению реторты, оставление в указанной полости опорных целиков, взрывное разрушение нераздробленнойпороды в пределах реторты в направлении горизонтальной колонны с образованием проницаемой массы частиц горючего сланца в пределах верхней, нижней и. боковых границ реторты,одновременное с разрушением породы разрушение опорных целиков, перегонку раздробленной породы, содержащей горючий сланец с получением жидких и газообразных продуктов, перед разрушением породы в верхней части реторты проводят дополнительную выработку доступа к реторте, образуют из нее верхнюю горизонтальную полость, а взрывное разрушение нераэдробленной породы в пределах реторты.производят одновременно в направлении верхней и нижней горизонтальных полостей.Кроме того, одновременно производят выемку штреков верхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте.Выемку горизонтальных полостей на одном из горизонтов производят одновременно с выемкой по крайней мере части соответствующего штрека дос. тупа к реторте на этом горизонте.50 Наружные края верхней и нижнейгоризонтальных полостей в местоположении реторты располагают в общихвертикальных плоскостях.Штреки верхнего и нижнего горизонта доступа к реторте выполняютпосередине соответствующих им верхней и нижней горизонтальных полостей,В штреке по крайней мере одного 10промежуточного горизонта, расположенного между штреками верхнего инижнего горизонтов доступа к ретортеи проходящего через противоположныебоковые границы местоположения реторты, производят выемку горизонтальных полостей промежуточного гори-.зонта в нераздробленной породе вдольштрека промежуточного горизонтав границах местоположения реторты. 20Кроме того, производят выемкупо крайней мере двух вентиляционныхштреков и штрека доступа к ретортемежду этими вентиляционными штреками, и затем производят выемку по25крайней мере части полостей вдольуказанного штрека доступа к реторте.Далее последовательно производятвыемку первого главного верхнегоштрека доступа к реторте, выемку ЗОпервого главного нижнего штрека доступа к реторте ниже указанного первого главного верхнего штрека,выемку второго главного верхнего штрека доступа к реторте, параллельного35указанному первому главному верхнему штреку, выемку второго главногонижнего штрека доступа к реторте,расположенного ниже второго главноговерхнего штрека доступа к реторте ипараллельного укаэанному первомуглавному нижнему штреку, выемкуштрека верхнего горизонта доступа креторте таким образом, чтобы противоположные концы такого штрека выходи 45ли в первый и во второй главные верхние штреки доступа к реторте, выемку штрека нижнего горизонта доступак реторте таким образом, чтобы противоположные концы такого штрекавыходили в первый и во второй главные штреки доступа к реторте.Также производят выемку штрековверхнего и нижнего горизонтов доступа к реторте и связанных с ними55полостей между первым и вторым главными штреками доступа к реторте перед расширением взрывом породы дляобразования реторты. На фиг.1 приведена схема частично подготовленного к перегонкепласта горючего сланца; на фиг.2 -схематический разрез пласта по вертикали, на фиг.3 - схематическийразрез пласта по вертикали (разрез А-А на фиг,2); на фиг.4 - разрез пласта по вертикали, демонтирующий перемычку; на фиг.5 - горизонтальный разрез пласта с альтернативным вариантом формирования горизонтальных полостей,Схемы на фиг.1-5 выполнены, длябольшей наглядности, с нарушениемдействительных масштабов. Так,например, раздробленная масса в реторте может иметь форму куба размером 37-6 1 м, а целик нераздробленнойпороды между ретортами может иметьразмер 9 м и менее.Способ осуществляют следующимобразом.В зоне выемки 1 породы 2, содержащей горючий сланец, производятвыемку породы и для подрывного обрушения с образованием реторт 3. В зоне подготовки реторт 4 производятподрывное обрушение породы с формированием в каждой реторте 3 проницаемой раздробленной массы В зоне5 перегонки производится перегонка раздробленной массы в каждой реторте 3 с получением жидких и газообразных продуктов. Все эти стадииможно осуществлять в разных зонахпласта одновременноПри подготовке системы ретортв верхней части пласта производятвыемку главной штрековой системы 6вентиляционного горизонта, а главнуюштрековую систему 7 продуктивногогоризонта выбирают в нижней частипласта. Между верхней и нижней границами образуемых реторт 3 формируютодну или несколько штрековых системдоступа к. ретортам, например, верхнююглавную штрековую систему горизонтадоступа к ретортам 8, промежуточнуюглавную штрековую систему 9 и нижнююглавную штрековую систему 10, Штрекивентиляционного горизонта распола-гают выше верхних границ реторт, аштреки продуктивного гориэонта -ниже нижних границ реторт. Выработки главного вентиляционного горизонта, продуктивного гори" зонта и штреки доступа к ретортам проходят по периметру части разрабатываемого пласта, образуя между собой прямые углы. Реторты 3 располагают параллельными рядами, проходящими между противоположными параллель ными участками главных штрековых систем. Вдоль первых концов реторт 3 проводят первый главный штрек 6 вентиляционного горизонта, первый штрек продуктивного горизонта и пер" вые главные верхний, промежуточный и нижний штреки 8-10 горизонта доступа к ретортам. Вдоль вторых концов рядов реторт 10 проводят второй главный вентиляционный горизонт и штреки 11 и 12 продуктивного горизонта, вторые главные верхний, промежуточный и нижний штреки 13-15 горизонта доступа к ретортам. Штрек 16, служащий коллектором газа,проводят ниже штрековой системы продуктивного горизонта. Сообщение между основными штрековыми системами и земной поверхностью обеспечивают одним или большим числом вертикаль. ных стволов, а доступ к штреку 16 обеспечивается отдельным, изолированным от других выработок, газовым стволом.Вентиляционный горизонт, продуктивный горизонт, верхний, промежуточный и нижний горизонты доступа к ретортам включают каждый ряд парад. лельных, вертикально разнесенных поперечных штреков 17-21, перпендикулярно основным штрекам, Концы поперечных штреков вентиляционного, продуктивного горизонтов и горизонтов доступа к ретортам открываются в соответствующие первый и второйглавные вентиляционные штреки,рас" положенные на противоположных концах поперечных штреков, Каждый поперечный штрек 18 продуктивного горизонта проводят с небольшим укло. ном для обеспечения перетока жидких продуктов перегонки в направлении главной штрековой системы продуктивного горизонта.Поперечные штреки вентиляционного горизонта проводят в вертикальной плоскости, проходящей между боковыми границами реторт в соседних рядах. Аналогично располагают каждый поперечный штрек 18 продуктивного горизонта, но ниже нижних границ реторт, непосредственно под соответствующим поперечным штреком 17 вентиляционного горизонта, Поперечные штреки 17 вентиляционного горизонта обеспечивают подачу воздуха длявентиляции или перегонки для двухсоседних рядов реторт. Для формирования жидкостно-коллекторной системыперпендикулярно оси противоположныхконцов каждого поперечного штрека 18продуктивного горизонта выбираютмножество продольно разнесенныхукороченных штреков 22, подведенных 1 О к месту, расположенному ниве центрареторты с одной стороны поперечногоштрека продуктивного горизонта и используемых для собирания жидких продуктов перегонки. Газообразные про дукты транспортируют в газоколлекторный штрек 16. Жидкие и газообразные продукты перегонки достигаютукороченных штреков 22 с помощьюпробуренных скважин 23 (фиг.2) между 20 каждым укороченным штреком и нижнейграницей реторты.В границах местоположения каждойреторты (фиг.1) формируют три вертикально разнесенные горизонтальные 25 полости 24-26 прямоугольного сеченияиз соответствующих горизонтов доступа к ретортам. Объем полостей можетсоставлять 15-253 полного объемаобразуемой реторты: Поперечные штреки горизонта доступа к ретортам19-21 имеют ширину 9 м и высоту 6 м,и соответствующие горизонтальныеполости выбирают с той же высотойпри длине и ширине 61 м с оставлением целиков (фиг.5) или без них,причем ври наличии целиков высотуполости увеличивают для того, чтобыее объем был равен объему полостибеэ опорных целиков.Поперечйые штреки вентиляционногогоризонта проходят одновременно свыемкой штреков продуктивного горизонта и горизонта доступа к рето-ртам, начиная от первых главных штреков вентиляционного горизонта, продуктивного горизонта и горизонтадоступа к ретортам 11-15 с однойстороны ряда в направлении. вторых основных штреков 27-31 на противополож" 50ной стороне ряда что улучшает услоФвия вентиляции выработок. Каждый поперечный штрек продуктивного горизонтапроходит одновременно или с опережением соответственных поперечныхштреков вентиляционного горизонтаили горизонта доступа к ретортам.Возможно проведение поперечныхштреков до выемки горизонтальныхполостей для чего, после формирования поперечных штреков второго ком"плекта главных штреков, полости вы.бирают "обратным ходом" со сторонывторого комплекта главных штреков.Кроме того, указанные полости ипоперечные штреки можно разрабатывать и "прямым ходом" путем одно временного образования полостей ичасти поперечных штреков горизонтовдоступа к ретортам по мере продвижения выемки от одного комплектаосновных штреков горизонта доступак ретортам в направлении другогокомплекта главных штреков горизонта доступа.При проходке поперечных штрековпо их простиранию проходят рядвертикальных проходов восстающей вы.работки 32, соединяемой с соответствующими штреками проходами 33-37,причем для каждой группы из четырехреторт в данном ряду предусматривают отдельный проход. Барьерныецелики нераздробленной породы междугруппами из четырех реторт в данномряду должны быть в два раза ширебарьерных целиков между ретортамив пределах группы из четырех. ретортдля размещения проходов восстающейвыработки. Кроме того, для каждойпары соседних рядов можно формировать реторты в этих рядах в видедвух граничащих между собой группиз четырех реторт в ряду, с образованием "кустов" по восемь реторт попростиранию аналогичных соседнихрядов. Поперечные штреки вентиляционного и продуктивного горизонтоврасполагают вдоль средней линии таких "кустов", Конфигурации каждойбайпасной восстающей могут быть.ииными, чем приведенные на фиг.1.В процессе подготовки реторт проходы 33-37, восстающей выработки32, используют в качестве рудоспусков в поперечный штрек 18, гдепороду транспортируют конвейером илискрепером в направлении главныхштреков для дальнейшего подъемана поверхность. По мере дальнейшей отработки реторт эти проходы восстающей выработки используют не для спуска руды, а для вентиляции поперечных штреков горизонта доступа к ретортам и продуктивного горизонта.Указанные проходы восстающей выработки 32 смещают относительно5 10 15 шение породы и над верхней горизонтальной полостью, для чего в пото 20 25 30 40 45 50 55 поперечных штреков для того, чтобы в днищах подобных поперечных штреков не было опасных для рабочих каналов, а также для того чтобы спущенная порода не забивала поперечные штреки продуктивного горизонта.После сооружения каждого комплекта горизонтальных полостей 24-26 производят подрывное обрушеыие пласта в направлении указанных полостей, для чего в межполостных целиках, а также в опорных целиках в полостях бурят подрывные шпуры, Возможен вариант, в котором производят обрулочиие этой полости также бурят подрывные шнуры. Затем производят взрывное обрушение пород, причем при наличии опорных целиков внутри полостей сначала подрывают эти опорныецелики. Для более эффективной вентиляции выработок обрушение пород вовсех ретортах одного ряда целесообразно производить только послевыемки всего ряда поперечных штреков и полостей между первым и вторымглавными штреками на противоположныхконцах ряда, причем обрушение желательно производить последовательно,продвигаясь по мере подготовки реторт вдоль ряда. Это проиллюстрировано на фиг.:2, где в реторте 38 производят обрушение с образованиемраздробленной массы сланцев. Затемвзрывные работы перемещают вправои готовят следующую реторту. После обрушения формируют газовые барьеры 39 в верхнем, промежуточном и нижнем поперечном штреках горизонтов доступа к ретортам между ранее образованной раздробленной массой и боковой границей следующей формируемой реторты. Частично указанные барьеры формируются уже при обрушении пород в ретортах за счет перекрытия штреков частью попавшей в них раздробленной породы 40. Эту раздробленную породу в штреках покры. вают слоем 41 материала, который повышает степень непроницаемости газового барьера 39, например, бетонируют, торкретируют или пневмобетонируют эту породу. Дополнительно на этот слой могут быть нанесены синтетические смолы.При бетонировании возможно армирование газовых барьеров сталью, нанесение на поверх.12 1090265 Л 17 И ность массы 40 герметизирующей глины, 30-сантиметровый слой которой достаточен для обеспечения долговечности и стойкости непроницаемого барьера. Непроницаемый слой 41 затем 5 засыпают защитным слоем 42 частиц, например раздробленной породы или глины, для защиты слоя 41 от возможньм ударных нагрузок при взрывных работах. Для этого достаточно защитного слоя толщиной 60 см.В результате взрывов происходит также герметизация каналов в боковых укороченных штреках, что приводит к изоляции друг от друга поперечньм 15 штреков вентиляционного горизонта, продуктивного горизонта и горизонтов доступа к ретортам. Ведущие байпасным восстающим боковые укороченные штреки герметизируют загрузкой в20 штреки раздробленных частиц породы и бетонированием или торкретироЬанием завалов породы цементным раствором с засыпкой, если необходимо, защитного слоя.25После окончания дробления породы и изоляции реторт производят бурение множества каналов 23 ввода газа, расположенных по диагонали вниз с отклонением от поперечного штрека 17 З 0 вентиляционного горизонта к верхней границе реторты для того, чтобы в ходе перегонки обеспечить подачу кислородсодержащего газа. Аналогично, из укороченных штреков 22, прилежа- з 5 щих к поперечному штреку 18 продуктивного горизонта, вверх к нижней границе реторты бурят множество скважин или гезенков 43, предназначенных для удаления жидких и газо образных продуктовиэ реторт в поперечный штрек 18 продуктивного горизонта. Каналы 23 ввода воздуха и гезенки 43 могут быть пробурены, при необходимости, до подрывного обрушения пород.В процессе горения сланцев зона горения перемещается вниз через раз" дробленную массу, продукты сгорания прогревают нижние слои, образуя зону перегонки, где иэ сланца удаляются жидкие и газообразные продукты, которые затем проходят через гезенки, укороченные штреки 22, поперечные штреки 18 и продвигаются по главным штрекам продуктивного горизонта 7 и 12 по их наклону, собираясь в отстойниках на каждом конце поперечного штрека продуктивного горизонта. На поверхность эти продукты из отстойника откачивают насосами, а отходящие газы выпускают на поверхность иэ газоколлекторного штрека 16. Наряду с описанием выше симметричным расположением выработок и реторт возмоано и их ассиметричноерасположение. Возможно также образование реторт путем отбойки породывзрывом на вертикально расположенныеполости,ЮИзобретение способствует болеерациональной отработке сланцевыхместорождений, сокращает потеригорючего сланца, уменьшает времяна подготовку и отработку залежи,улучшает параметры процесса перегонкиза счет более равномерного дробления пород в ретортах, повышает безопасность подземньм работ.1090265 останитель О. ГридинехРед М.Тепер Корректор А. Тяско едактор О. Сопк Закаэ 2963/5 лиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная 7 6 Яцг. 3 Тираж 564 ВНИИПИ Государственно по делам иэобретенн 3035, Москва, Ж, РаИ Ю Подписное комитета СССР и открытий ская наб., д.