Реферат: Реферат до науково-дослідної роботи колективу



РЕФЕРАТ

до науково-дослідної роботи

колективу авторів: Лозинський В.Г., Саїк П.Б., Тимошенко Є.В

«Обгрунтування параметрів технології свердловинної підземної газифікації при відпрацюванні тонких вугільних пластів»

Актуальність теми: Запаси вугілля у зв’язку з їх скороченням потребують докорінного перегляду можливості їх видобування та використання. У зв’язку з ускладненими гірничо-геологічними умовами, виникає необхідність розвитку та обґрунтування радикальних технологій видобування, що базуються на науковому підґрунті, відповідають сучасному розвитку науки і техніки, являються економічно вигідними, соціально та екологічно безпечними і відносяться до чистих вугільних технологій. Такою технологією являється свердловинна підземна газифікація вугілля (СПГВ) яка дозволяє відпрацьовувати залишені тонкі та вельми тонкі вугільні пласти, в тому числі і в складних гірничо-геологічних, на місці їх залягання з отриманням теплової енергії паливних газів та хімічних продуктів.

Підвищення ефективності роботи шахт вимагає внесення якісно нових технологій видобування, транспортування та переробки вугілля. Важливим напрямком збільшення економічних показників є пошук внутрішніх резервів, від яких залежить кількість і якість кінцевого паливного носія. Особливо це стосується розробки тонких та вельми тонких запасів вугілля, де у стиснених умовах очисних вибоїв суттєво знижується техніка безпеки виконання технологічних процесів

Позитивні тенденції підвищення видобутку вугілля, що намітилися останнім часом в геолого-промислових регіонах необхідно всебічно розвивати і закріплювати за різними напрямками інтенсифікації виробничих процесів. У цьому зв'язку однією з найважливіших проблем є відпрацьовування тонких і дуже тонких вугільних пластів, у яких зосереджені значні запаси вугілля. Світовий досвід показує, що видобування таких запасів є недоцільним через високу собівартість і низьку безпеку праці шахтарів при підземних роботах.

Сьогоднішні світові енергетичні реалії призводять до загострення відносин на енергетичному ринку. Поряд із дефіцитом запасів нафти і газу проходить зростання ціни на вугілля. Така ситуація особливо важлива для України. Поступове вичерпання запасів змушує розробляти забалансові запаси вугілля і збільшувати конкурентоспроможність цього палива в Україні. Слід зазначити, що вугілля розташоване у пластах до 1,3 м складає 95% усіх запасів вугілля в Україні. Середньодинамічна потужність складає 1,05 м. Відпрацювання малопотужних пластів вимагає якісної зміни технологій видобутку вугілля, оскільки збільшується глибина розробки, яка в окремих випадках досягає 1380 м.

Забезпечення повноцінного розвитку вугільно-енергохімічної галузі у нашій країні тісно пов'язане із пріоритетним розвитком радикальних технологій перетворення вугілля у теплову та електричну енергію. Розвиток і впровадження цих технологій, дозволить видобувати та комплексно переробляти вугільні пласти на місці їх залягання й отримувати теплову, електричну енергію та хімічні продукти. Це забезпечить якісний стрибок енергохімічного комплексу, який викличе розвиток усіх сегментів вугільної, енергетичної і хімічної галузі.

Газифікація вугілля потребує менших капітальних та експлуатаційних витрат у порівнянні з підземним, відкритим способами видобутку паливної сировини та наземною газифікацією вугілля, що дає можливість отримання більш дешевого паливного газу, хімічної сировини та енергії.

Свердловина підземна газифікація вугілля – технологія, що створюється на новому ергономічному та техніко-економічному рівні, з виключенням забруднення навколишнього середовища при видобуванні та комплексній переробці вугільних пластів на місці їх залягання, з отриманням високотехнологічних продуктів у вигляді електричної, теплової енергії та хімічної сировини.

^ Зв’язок роботи з науковими програмами, планами та темами.

Науково-дослідна робота виконана на кафедрі підземної розробки родовищ Державно вищого навчального закладу «Національний гірничий університет» у рамках наступних науково-дослідницьких тематик:

«Технічні та технологічні можливості і економічна доцільність розробки тонких покладів кам’яного вугілля», за програмою співробітництва Міністерства освіти і науки України із закордонним вищими навчальними та науково дослідними закладами, № держреєстрації 0109U004381, 2009-2010 рр.;

«Розробка технічних параметрів та технологій свердловинної підземної газифікації вугільних пластів на малих глибинах», за програмою співробітництва Міністерства освіти і науки України із закордонним вищими навчальними та науково дослідними закладами, № держреєстрації 0109U004382, 2009-2010 рр.;

«Обґрунтування технології свердловинної підземної газифікації по застосуванню в умовах ВАТ Павлоградвугілля», договір Національного гірничого університету з ВАТ "Павлоградвугілля" договір № 10-0/820-У/010176, 2010 р.;

«Реалізація технології газифікації вугілля Західного Донбасу на стендовій установці із отриманням товарної енергетичної та хімічної сировини», договір Національного гірничого університету з ВАТ "Павлоградвугілля" договір № 11-11/132-ПД/010178, 2011 р.;

«Обґрунтування критеріїв придатності і параметрів газифікації вугільних пластів Соленовського родовища і пластів шахт МПО «Кузбас»», договір Національного гірничого університету з ВАТ «Донецьксталь – машинобудівний завод» договір № 010179/22480 дс, 2011-2012 рр.;

«Analysis of Works on Underground Coal Gasification Development by Scientific and Research Institutes of Former USSR (Аналіз розробок з підземної вугільної газифікації виконаних науково-дослідними інститутами колишнього СРСР)», контракт №PL000023461/1975/ EW.MW, 2009 р.;

«Elaboration of safe for the environment and human health method to start and operation of the underground coal gasification in the light of experience in the former Soviet Union (Розробка екологічно чистих та не шкідливих для здоров’я людей спосіб запуску та експлуатації підземних вугільних газогенераторів, з точки зору досвіду в країнах колишнього Радянського Союзу)», контракт № PL000023461/2177/MG/08, 2010 р.;

«Badania w zakresie określenia zasad budowy i schematów technologicznych generatorów podziemnego zgazowania w płytkich resztkowych pokładach węgla w oparciu o analizę własnych doświadczeń (Аналіз гірничо-геологічних умов не глибоких залишених після експлуатації покладів вугілля в Україні разом із визначення запасів згідно до критеріїв придатності підземної газифікації вугілля)», контракт №PL 000023461/2630/MW/10, 2011 р.;

«Високоефективне використання енергетичного потенціалу геотехнічних систем України: ресурси енергозберігаючі технології, екобезпека» при реалізації програми «Наука в університетах» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, № держреєстрації 0109U005905, 2009-2010 рр.

«Комплексна генерація та утилізація енергії в умовах урбанізованих та промислових територій України» при реалізації програми «Наука в університетах» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, № держреєстрації 0111U009111, 2011-2012 рр.

«Test of device for measuring the coal cutability in the conditions of Ukrainian mining» (Тестування обладнання для визначення опірності різанню вугілля в умовах шахт України, 2011 р.), контракт № PL PL000023461/2704/MW/10, 2011 р.;

Поруч з усіма переліченими тематиками був успішно реалізований спільний дослідний проект європейського фонду «Вугілля та сталі» між Національним гірничим університетом та Головним інститутом гірництва«Hydrogen Oriented Underground Coal Gasification for Europe», контракт № RFCR-CT-2007-00006 HUGE, 2009 р.

Мета роботи – обґрунтувати раціональні технологічні параметри процесу свердловинної підземної газифікації вугільних пластів при переході диз’юнктивних та плікативних геологічних порушень та відпрацювання свити тонких та вельми тонких вугільних пластів на основі встановлення відповідності протікання хімічних реакцій та фізичних швидкостей.

^ Об’єктом дослідження є підземний газогенератор в зоні впливу геологічних порушень породовугільного масиву та в зоні дії геореакторних систем підземної газифікації.

^ Предметом дослідження - технологія свердловинної підземної газифікації вугілля в зонах структурних змін породовугільного масиву та при одночасному відпрацюванні свити тонких вугільних пластів.

^ Задачі досліджень.

1. Обґрунтувати технологічні параметри газогенератора для оптимізації системи «гірський масив-вугільний пласт» при сумісній роботі геореакторних систем та в зонах структурних змін гірського масиву.

2. Визначити критерії придатності технології одночасного вигазовування свити тонких вугільних пластів та пластів в складних гірничо-геологічних умовах.

3. Обґрунтувати геометричні параметри технології розкриваючих та підготовчих свердловин при роботі різнорівневих газогенераторів і встановити геометричні параметри відхилення траси направлених свердловин в зонах структурних змін гірського масиву.

4. Встановити температурний режим, склад дуттєвої суміші та режими її подачі в зону газифікації для підтримки системи (гірський масив-зона реакції) та залежності зміни напружено-деформованого стану гірського масиву при сумісній роботі геореакторних систем.

5. Визначити залежності зміни теплоти згорання генераторного газу від потужності вугільного пласта з проведенням розрахунку матеріально теплового балансу свердловинної підземної газифікації для вибраних дослідних ділянок та експериментальної стендової установки.

^ Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач використовувався комплексний метод дослідження. Він включає аналіз літературних джерел, патентної та іншої технічної документації по даному напрямку. Визначення геометричних параметрів напружено-деформованого стану гірничого масиву проводилися при використані принципів математичної статистики. Експериментальні дослідження включали в себе моделювання на стендовій установці породовугільної товщі з дотриманням критеріїв подібності.

^ Методика вирішення задач. Розрахунковий і теоретичний аналіз залежностей, які виражають вплив різних факторів на розглянуті параметри, а також формулювання шляхів отримання кращих результатів.

^ Наукова новизна роботи.

1. Встановлено залежності зміни напружено деформаційного стану гірського масиву при переході геологічних порушень підземним газогенератором.

2. Вперше обґрунтовані технологічні параметри газогенератора для оптимізації системи «гірський масив-вугільний пласт» та «газогенератор-гірський масив».

3. Вперше визначено критерії придатності технології одночасного вигазовування свити тонких вугільних пластів та пластів в складних гірничо-геологічних умовах.

4. Вперше обґрунтовані геометричні параметри технології розкриваючих та підготовчих свердловин при роботі різнорівневих газогенераторів при сумісному та роздільному бурінні вертикально-похило-горизонтальних свердловин..

5. Встановлений температурний режим, склад дуттєвої суміші та режими її подачі в зону газифікації для підтримки системи «гірський масив-зона реакції».

6. Вперше встановлено залежності зміни напружено-деформованого стану гірського масиву при сумісній роботі геореакторних систем.

7. Вперше встановлені геометричні параметри відхилення траси направлених свердловин в зонах структурних змін гірського масиву для мінімізації впливу породної товщі на стійкість свердловини.

8. Визначені залежності зміни теплоти згорання генераторного газу від потужності вугільного пласта, ступеню метаморфізму, гірничо-геологічних та гідрогеологічних факторів.

^ Практичне значення отриманих результатів. Розроблені у рамках виконання цієї роботи підходи визначення напружено-деформованого стану гірського масиву та математична модель матеріально-теплового дозволяють вирішувати наступні практичні задачі:

Визначати доцільність застосування технології свердловинної підземної газифікації вугілля в зонах структурних змін гірського масиву.

Визначати доцільність застосування технології свердловинної підземної газифікації вугілля для сумісного відпрацювання свити тонких та вельми тонких вугільних пластів.

Розроблено нові науково-технічні підходи щодо вирішення актуальних проблем відпрацювання тонких і вельми тонких вугільних пластів. Розроблена та створена експериментальна установка для моделювання натурних параметрів технології підземної газифікації, що не має аналогів в Україні. Розроблена технологічна документація може використовуватися при проектуванні станції СПГВ.

Результати експериментів слугують основою створення передпроектної документації станції СПГВ для відпрацювання вугільних запасів.

Рівень наукових розробок є високим та конкурентоздатним на світовому ринку. Потенційними замовниками методик науково-дослідної роботи є гірничо-видобувні підприємства, хімічні та металургійні заводи.

^ Наукова цінність отриманих результатів полягає у створенні принципово нових наукових підходів щодо визначення параметрів технології свердловинної підземної газифікації вугілля (СПГВ) тонких вугільних пластів в зонах диз’юнктивних та плікативних геологічних порушень IV і V класів при підготовці й експлуатації газогенераторів з поверхні землі, а також при сумісному відпрацюванні свити пластів з урахуванням напружено-деформованого стану породовугільного масиву. Результати досліджень можуть використовуватися для створення передпроектної документації спорудження станції підземної газифікації. Це дозволить розширити область застосування СПГВ і вирішити актуальні енергетичні проблеми України.

^ Апробація роботи. Матеріали роботи доповідалися й обговорювались на наукових конференціях: «Школа підземної розробки» – ІІІ Міжнародна науково-практична конференція (13 – 19 вересня 2009 р., Дніпропетровськ – Ялта); «Геотехнические проблемы разработки месторождений» – VII конференция молодых ученых (19 ноября 2009 г., Днепропетровск); «Szkoła Eksploatacji podziemnej» Instytut Gospodarki Surowcami miniralnymi i energiją Polskiej akademii nauk (10-12 liutego 2010 Katowice, Polska); «Widening our horizons» – The 5th International Forums for Students and Young Researches (April 22-23, 2010, Dnipropetrovsk); «Школа підземної розробки» – ІV Міжнародна науково-практична конференція (11 – 18 вересня 2010 р., Дніпропетровськ – Ялта); «Проблемы недропользования» – VIII Международный форум-конкурс молодых ученых (20 – 22 апреля 2011 г., Санкт-Петербург, Российская Федерация); «Форум гірників-2011» - Міжнародна науково практична конференція (вересень 2011 р.); «VI Krakowska konferencja młodych uczonych» (29 września – 01 października 2011 Kraków, Polska); «Підземні катастрофи: моделі, прогноз, запобігання» Матеріали ІІ міжнародної конференції (18 травня 2011 р.;) «Школа підземної розробки» – V Міжнародна науково-практична конференція (12 – 18 вересня 2011 р., Дніпропетровськ – Ялта);

Публікації. Основні результати роботи викладені в 25 друкованих роботах; 9 – статті в спеціалізованих виданнях, затверджених ВАК України,
12 – у матеріалах конференцій, 4 – у закордонних реферованих виданнях.


Науково дослідна робота виконувалася під керівництвом завідувача кафедри ПРР, доктора технічних наук, професора Бондаренка В.І., кандидата технічних наук, доцента Фальштинського В.С., та кандидата технічних наук, доцента Дичковського Р.О.

Автори висловлюють щиру подяку науковим керівникам за наукові консультації, допомогу в проведені досліджень та усесторонню підтримку.



________________

В.Г. Лозинський 

________________

П.Б. Саїк 

________________

Є.В. Тимошенко 


еще рефераты
Еще работы по разное