Общие понятия

Сущность подземной газификации угля (ПГУ) заключается в том, что уголь непосредственно на месте своего залегания превращается в газ, который выдается на поверхность в качестве топлива или исходного продукта для получения химических веществ.

Идея возможности подземной газификации угля впервые была высказана Д.И.Менделеевым в 1888 г. при ознакомлении с подземными пожарами от самовозгорания угля. В 1912 г. английский химик У.Рамзай развил эту идею и даже пытался осуществить ПГУ на одной из шахт Англии. В конце 1933 г. в бывшем Советском Союзе учеными И.Е.Коробчанским, В.А.Матвеевым, В.П.Скафой и Д.И.Филипповым был разработан метод ПГУ, получивший название поточного, а в феврале 1935 г. была пущена опытная шахта в Донбассе, работавшая по этому методу. Для его осуществления требовалось проведение сети горных выработок. В 1945–48 гг. был разработан бесшахтный метод ПГУ, основанный на бурении скважин на пласт и образовании первоначальных каналов газификации.

По сути установка ПГУ представляет собой подземный газогенератор. Процесс газообразования в нем удобнее рассмотреть на примере поточного метода.

Газификационналь панель (рис. 18.1) подготавливается проведением стволов, двух наклонных выработок и розжигового штрека по пласту. В розжиговом штреке закладываются дрова, которые воспламеняются зажигательными патронами, в результате чего горение распространяется по угольной поверхности в штреке (канале).

Рисунок 18.1 – Технологическая схема поточного метода подземной газификации угля

1 – воздухоподающий ствол; 2 – газоотводящий ствол; 3, 4 – наклонные пластовые выработки соответственно воздухоподающая и газоотводящая; 5 – штрек розжига; 6 – канал газификации; 7 – зона шлаков

По одной из наклонных выработок вдувается воздух, а по другой на поверхность выдается образующийся газ. В процессе выгорания угля огневой забой перемещается вверх по восстанию пласта.

По характеру протекающих в забое химических реакций выделяют три зоны: окисления (горения), восстановления и сухой перегонки и сушки.

В зоне горения (зона А на рис. 18.1) при сжигании угля образуется двуокись углерода СО₂ с выделением большого количества тепла:

С + О₂ = СО₂ + 23300 кДж/м³.

В результате высокой температуры горения угля происходит сильный разогрев пласта и вмещающих пород вблизи огневого забоя, достигающий температуры 900–1200°С.

Разогретый газ СО₂ и пары воды, образовавшиеся в результате испарения пластовых вод, двигаясь дальше вдоль огневого забоя, вступают в реакцию с углеродом. В результате этого происходит восстановление двуокиси углерода в окись углерода:

СО₂ + С = 2СО – 9050 Кдж/м³

и

Н₂О + С = СО + Н₂ – 7500 кДж/м³.

Реакция восстановления сопровождается поглощением тепла, поэтому температура потока постепенно понижается и при температуре ниже 700°С восстановительные реакции прекращаются. Участок канала газификации, на котором происходит снижение температуры до 700°С, является зоной восстановления (зона В на рис. 18.1).

При дальнейшем движении потока газов по каналу угольный пласт под влиянием оставшегося тепла еще несколько прогревается и происходит сухая перегонка и сушка угля с выделением летучих веществ СН ₂, СО ₂, Н ₂ и др.

В зоне сухой перегонки и сушки (зона С на рис. 18.1) под влиянием водяных паров происходит превращение окиси углерода в двуокись:

СО+Н₂О=СО₂+Н₂.

При этом теплотворная способность газа снижается. Поэтому длина канала газификации выбирается такой, чтобы указанная зона не образовывалась или длина ее была минимально возможной.

На практике суммарная длина зоны окисления и восстановления составляет 25–30 м, доходя иногда до 50 м.

Для обеспечения равномерного выгорания пласта в панели производят периодическое реверсирование дутья и отсос газа.