5.2 Подземная выплавка полезных ископаемых

Основным объектом промышленного освоения способа подземной выплавки полезных ископаемых являются месторождения самородной серы.

Процесс добычи основан на теплообмене между теплоносителем (горячая вода), подаваемым через скважины с поверхности, и рудным массивом. При этом используется свойство серы плавиться при температуре 112,8 - 119⁰C.

Принципиальная схема добычной скважины при способе ПВС представлена на рис. 1.5.5.

С

Рис. 1.5.5. Принципиальная схема добычной скважины при способе ПBC

кважина пробуривается до залежи, после чего спускается обсадная колонна 1. Для обеспечения герметичности скважины осуществляется затрубная цементация 2. После этого скважина пробуривается на всю мощность залежи. В пробуренную скважину опускают три концентрически расположенные колонны труб: водоподающую 5, серную 4, воздушную 3. Диаметры колонн труб равны соответственно 6", 3", 1". Устье скважины оборудуют оголовком, обеспечивающим подачу горячей воды в зазоре между шести- и трехдюймовыми трубами. В нижней части водоподающей колонны имеется перфорация, которая с помощью разделительного пакера 6 делится на верхнюю – водяную 7 и нижнюю – серную 8. Горячая вода поступает через верхнюю перфорацию в сероносную залежь, разогревает ее и расплавляет серу. Расплавленная сера, как более тяжелая, чем вода, стекает к скважине и скапливается в нижней части скважины, проникая через нижнюю перфорацию в серную колонну. Высота подъема расплавленной серы по скважине определяется гидростатическим давлением у почвы залежи. Воздушная колонна опущена ниже верхнего уровня серы в серной колонне. Подачей по однодюймовой трубе сжатого воздуха расплавленная сера эмульгируется и выдается на поверхность в промежутке между трех- и однодюймовой трубами. Так как степень прогрева отдельных колонн различная, для компенсации температурных колебаний в устье скважины между отдельными трубопроводами установлены сальниковые компенсаторы 9.

Расплавленная сера, выходящая из скважины, направляется через отстойные резервуары (сепараторы) в фильтры для очистки и далее на склад готовой продукции. Для предотвращения остывания серы все трубопроводы и бассейны постоянно обогреваются.

5.3 Подземная газификация горючих полезных ископаемых

Подземная газификация углей (ПГУ) – способ разработки угольных месторождений, основанный на физико-химических превращениях полезного ископаемого в горючие газы с помощью свободного или связанного кислорода в недрах на месте залегания.

Идея подземной газификации угля принадлежит Д.И Менделееву и сформулирована им в 1888 г.

Современный вид метода ПГУ, приведен на рис. 1.5.6.

Рис. 1.5.6. Принципиальная схема подземной газификации

крутых угольных пластов бесшахтным методом

При разработке крутых пластов поточным методом (рис. 1.5.6.) бурятся три вида скважин. Вертикальные дутьевые скважины 1 располагаются в ряд, ограничивая подземный газогенератор по падению пласта (в качестве дутья-окислителя используется воздух; воздух, обогащенный кислородом; технический кислород). Наклонные газоотводящие скважины 2 бурятся по падению пласта по середине мощности, а крайние из них ограничивают отрабатываемый участок по простиранию. Наклонные дутьевые скважины 3 бурятся в почве пласта до нижней границы отрабатываемого участка. Наклонные дутьевые скважины располагаются между наклонными газоотводящими. Дутье в подземный газогенератор подается по вертикальным и наклонным дутьевым скважинам, а газы подземной газификации отводятся по наклонным газоотводящим скважинам.

Теплота сгорания и состав получаемого газа зависят от вида дутья, качества угля, а также от геологических условий залегания угольного пласта. Минимальная мощность пластов, ниже которой тепловые потери возрастают на столько, что подземная газификации становится нерентабельной, – 1,5-2,0 м. По химическому составу получаемый при подземной газификации газ пригоден для синтеза аммиака и углеводородов.

Основными достоинствами подземной газификации угля являются: относительно небольшой объем подземных работ; отсутствие необходимости дополнительной подготовки топлива у потребителя; сохранность плодородного слоя почвы в пределах горного отвода, т.к. отсутствуют породные отвалы и др.; чистота воздушного бассейна; более низкая, при прочих равных условиях, по сравнению с традиционными способами добычи стоимость топлива.

Основными недостатками подземной газификации является: относительно невысокая теплота сжигания газа; трудность контроля распространения фронта газификации.