Описано методи підвищення ефективності дегазації вугілля та нові перспективні технології виробки неконденційних пластів.

Рассмотрены теоретические основы и методы сжигания и газификации угля, особенности эксплуатации систем теплогазоснабжения при использовании кипящего слоя в установках водо- и газовоздухоподогревателей с учетом утилизации отходов. Предложены схемы поэтапной реконструкции устаревших ТЭС с минимальными капитальными затратами. Изложены способы повышения эффективности эксплуатации системы теплогазоснабжения с помощью новых приборов для экспресс-диагностики герметичности трубопроводов, регулирования давления и учета потребления газа; использованием блоков автономного теплоснабжения.

Висвітлено історію виникнення ідеї підземної газифікації вугілля (ПГВ), питання її розвитку та практичного втілення. Узагальнено досвід роботи перших станцій ПГВ у Донецькому басейні, описано процес еволюції шахтних і свердловинних методів газифікації вугілля в місці його залягання. Значну увагу приділено хімічним реакціям і гірничо-фізичним явищам, що відбуваються у вугільному пласті та масиві гірських порід під впливом високих температур, тиску, зміни складу дуттєвих потоків. Викладено відомості про способи розкриття, підготовки та системи відробки вугільних пластів у процесі газифікації, методи розрахунку основних технологічних параметрів. Наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень, спрямованих на підвищення ефективності технології ПГВ. Детально розглянуто екологічні аспекти технології газифікації вугільних пластів з повним закладанням виробленого простору. Подано техніко-економічну оцінку способу ПГВ, характеристику родовищ кам'яного та бурого вугілля України, придатних для відробки і переробки запасів сучасними термохімічними методами.

Розглянуто можливості утилізації відходів вуглевидобутку та вуглезбагачення, які містять значну кількість органічних (горючих) речовин. Показано, що найбільш доцільно використовувати методи термохімічної переробки відходів, зокрема, технологію внутрішньовідвальної газифікації та двоступеневе спалювання. Наведено оцінку економічної ефективності запропонованих заходів.

Проведена экологическая оценка различных способов газификации низкосортных углей. Исследовано влияние температуры в реакторе, состава и количества окислителя на выход серо- и азотосодержащих веществ. Проведено сравнение процесса сжигания продуктов газификации и твердого топлива по выходу вредных веществ.

С использованием разработанной методики расчета проведены широкие численные исследования влияния различных параметров на процессы горения и газификации угля. Установлено, что рассматриваемые процессы нецелесообразно совмещать в одном реакторе, их надо разделять: в одном аппарате производить газификацию, в другом - горение. В связи с этим предложена принципиально новая технологическая схема газификации твердого топлива, которая позволяет автономно управлять указанными процессами, оптимизировать их.

З використанням результатів ексергетичного аналізу проведено порівняння варіантів термічної переробки вугілля, визначено ексергетичну характеристику одержаних продуктів і показано ексергетичну досконалість розглянутих способів переробки. Досліджено процес газифікації високозольного вугілля Західного Донбасу та встановлено співвідношення між параметрами процесу високотемпературної газифікації, що забезпечують високий вміст пальних компонентів у газі за умов відділення зольної частини у вигляді розплаву. У екологічному аспекті проведено оцінку процесу газифікації та встановлено залежності утворення елементів у газі, які містять сірку та азот, за різних режимів процесу. Для ефективного використання розплаву золи вугілля теоретично та експериментально визначено вплив конструктивних і режимних параметрів валкових охолоджувачів для сухої грануляції розплаву з утилізацією його фізичної теплоти на величину теплозйому та продуктивність установки. Для раціонального використання мінеральної частини високозольного вугілля з метою видобування рідких елементів визначено масові частки основних мікроелементів та їх розподіл між зольним винесенням і шлаком у процесі високотемпературної газифікації. Розроблено безвідходну технологію та режими роботи комплексу стосовно переробки низькосортного вугілля та вуглевмісних відходів з утилізацією побічних і вторинних енергетичних ресурсів, ефективність якого складає 38 - 41 %.

  Скачати повний текст

Запропоновано метод визначення вибійного тиску під час проведення потужних гідравлічних розривів пластів (ПГРП), який передбачає врахування виміряного устьового тиску та тиску гідравлічних втрат, а також дозволяє визначити тиск і момент розкриття тріщини в пласті. Установлено взаємозв'язки між гідравлічними втратами за умов помпування технологічних рідин у разі ПГРП та їх релогічними характеристиками, конструкцією свердловини та станом насосно-компресорних труб (НКТ), що дозволяє контролювати втрати тиску на тертя рідини в НКТ у реальному часі ведення процесу. Розроблено структуру установки УВРП-1 для дослідження реологічних властивостей технологічних рідин за термобаричних умов ведення процесу ПГРП. Розроблено вдосконалену структуру системи контролю за підготовкою та проведенням ПГРП, що дає змогу контролювати параметри на усті свердловини, а також визначати певні вибійні технологічні параметри.

На підставі встановлених закономірностей динаміки фільтраційних потоків у масиві та на поверхні шахтного поля обгрунтовано параметри виїмкових полів під час підземної розробки вугільних пластів, що зумовлюють гідробезпеку гірничих робіт і знижують екологічне навантаження на підземну гідросферу за складних гідрогеологічних умов. Установлено кількісні співвідношення у зміні режиму грунтових вод на шахтному полі, що визначаються положенням меж області фільтрації та природної (чи штучної) дрен. Ці зміни супроводжуються уповільненням руслових потоків з суміжних площ, а також збільшенням випару за рахунок підйому рівнів. Домінувальним фактором у цьому процесі є цілеспрямована зміна меж відробки вугільних пластів. Доведено, що формування інтенсивних шахтних притоків підземних вод зумовлене гідродинамічним взаємовпливом сучасних русел і палеорусел вуглевмісної товщі, що дозволяє мінімізувати водопритоки гідрозахисними щілинами, а їх контури визначаються апробованою числовою моделлю. Досліджено додатковий резерв водозахисних властивостей вуглевмісної товщі, зумовлених внутрішнім тертям на контакті "пливун - вугленосна порода", що розширює виїмкове поле. Установлено нестаціонарність перетоків через щілини за тріщинами вертикального гідророзриву та через водоперепускні свердловини, в яких наявна дія фільтраційного опору затопленого масиву. Обгрунтовано етапи водорегулювання на шахтному полі, що визначаються часом підготовки та відпрацювання кожного з пластів. Розроблено та реалізовано методичні підходи до програм гірничих робіт, що враховують гідрозахист гірничих виробок.

  Скачати повний текст

На підставі вивчення геологічної будови порід і технологічних параметрів процесу підземної газифікації вугілля встановлено закономірності розшарування породного масиву над підземним газогенератором. З урахуванням геологічної будови шаруватого масиву й технологічних параметрів процесів, що відбуваються під час газифікації вугільного пласта, визначено параметри поширення температурного поля у породах, які вміщують газогенератор. Розроблено конструкції підземних газогенераторів з ін'єкційною закладкою породної товщі в області її розшарування на базі геомеханічних і теплофізичних показників процесу підземної газифікації.

  Скачати повний текст

Установлено домінувальні фізико-хімічні фактори, що визначають динаміку формування вуглеводневих зон у породах покрівлі підземного газогенератора й обгрунтовано технологічні заходи щодо видобутку рідких продуктів газифікації. Для обгрунтування параметрів гідродинамічного видобутку рідких вуглеводнів, акумульованих у покривних породах, використано комплексний підхід, який передбачає проведення аналізу фактичних даних про витоки газу на станціях підземної газифікації вугілля (ПГВ), фізичне моделювання динаміки фомування вуглеводневих зон, комплекс спеціальних лабораторних аналізів, математичне моделювання масопереносу продуктів газифікації. За результатами фізичного та математичного моделювання процесу ПГВ становлено закономірності нагромадження продуктів газифікації та визначено розміри та форму вуглеводних зон, що формуються у породах покрівлі підземного газогенератора. Обгрунтовано порядок розкриття та вигазовування ділянки вугільного пласта, який передбачає відбір рідких продуктів газифікації з вигазованого простору та дозволяє підвищити рентабельність і ефективність ПГВ.

Запропоновано новий ефективний каталізатор газифікації малометаморфізованого вугілля України. Зазначено, що використання шлаків металургійних виробництв як каталізаторів дозволяє виключити стадії відділення каталізатора від золи та його регенерацію у разі газифікації, що призводить до зниження енергетичних і економічних витрат. Здійснено термодинамічний аналіз газифікації залежно від температури та тиску процесу, характеристики вугілля, типу та кількості дуття. Оптимізовано різні методи газифікації за критерієм питомих енерговитрат. Розроблено методику оцінювання ефективності застосування металургійних шлаків як каталізаторів газифікації, установлено закономірності впливу феросплавних шлаків на кінетику процесу, зокрема порядок реакції, енергію активації, передекспоненційний множник і константу швидкості. Визначено оптимальні параметри пароповітряної газифікації. З'ясовано вплив домішок металургійних шлаків на показники процесу. Рекомендовано застосовувати шлак, що одержується у процесі виробництва феронікелю. Виявлено, що введення шлаку феронікелю у кількості 6 мас. % під час газифікації дозволяє підвищити теплоту згоряння газу (до 15 %) і збільшити його вихід (на 7 %). За даних умов збільшується ступінь конверсії вугілля та коефіцієнт корисної дії процесу. Показано економічну ефективність використання металургійного шлаку у процесі виробництва генераторного газу або синтезу-газу.

Розглянуто питання обгрунтування раціональних параметрів технології свердловинної підземної газифікації тонких вугільних пластів з урахуванням гірничо-геологічних умов і технологічних параметрів вигазовування вугілля. За результатами критичного аналізу промислового досвіду роботи станцій "Підземгаз" і експериментальних газогенераторів, а також проведених аналітичних, стендових і лабораторних досліджень запропоновано технологічні рішення щодо поширення області застосування технології СПГВ на родовищах твердого палива. Розроблено технологічні схеми та конструкції підземних газогенераторів з розкриттям вугільних пластів з поверхні та за шахтних умов, які враховують зміни стану гірського масиву під час вигазовування вугільного пласта.

Рассмотрены вопросы обоснования рациональных параметров технологии скважинной подземной газификации тонких угольных пластов с учетом горногеологических условий, а также технологических параметров выгазовывания угля. По результатам критического анализа промышленного опыта работы станций "Подземгаз", экспериментальных подземных газогенераторов, а также проведенных аналитических, стендовых и лабораторных исследований предложены технологические решения по расширению области применения технологии СПГУ на месторождениях твердого топлива. Разработаны технологические схемы и конструкции подземных газогенераторов с вскрытием угольных пластов с поверхности и в шахтных условиях, учитывающие изменения состояния горного массива при выгазовывании угольного пласта.

Приведены результаты исследования влияния защитного слоя зольного остатка, образованного в подземном газогенераторе при подземном сжигании (газификации) угольного пласта, на деформируемость и надежность трубного коллектора или става, который находится под давлением обрушенных пород кровли.

Приведены методика и результаты лабораторных исследований распределения температуры в выгазованном пространстве подземного газогенератора при газификации угольного пласта.

Определена рациональная частота струи и шаг разрушения угольного массива импульсной струей и предложена новая схема отработки пласта с легкообрушающимся, трещиноватым углем.

Разработаны способы извлечения тепловой энергии из зоны горения угольного пласта и вмещающих горных пород во время подземной газификации угля. Новая технология позволяет получать кроме генераторного газа дополнительную электроэнергию за счет использования жидкого теплоносителя.