Гидрогеологические особенности ПГУ

Как правило, на месторождения, где проводилась подземная газификация, угольные пласты залегали ниже уровня подземных вод, поэтому в канал газификации поступало то или иное количество воды.

Подземные воды — один из главным факторов, от которого зависит теплота сгорания газа и другие показатели процесса газификации. Избыточный приток подземных вод в реакционный канал снижает температуру, замедляя процесс газификации вплоть до его прекращения.

Степень обводненности месторождения обычно определяется рядом факторов, которые можно разделить на естественные, обусловленные природными условиями месторождения, и искусственные, обусловленные частичным изменением этих природных условий в результате проведения ПГУ.

К естественным факторам относятся: количество выпадающих атмосферных осадков, обнаженность коренных пород, наличие покровных слабопроницаемых отложений, геологическое строение и литология пород, наличие водоносных горизонтов и их взаимосвязь с угольным пластом, а также с поверхностными водотоками, проницаемость, мощность и изолированность самого угольного пласта.

Наиболее благоприятны условия, когда угольный пласт изолирован от вышележащих водоносных горизонтов и они удалены от угольного пласта на расстояние, находящееся за пределами зоны нарушения сплошности пород при их сдвижении над выгазованным пространством; уровень вод горизонте залегает ниже почвы угольного пласта или отделен от него надежным водоупором.

Гидрогеологические условия осложняются, когда на участках газификации угольный пласт недостаточно изолирован от выше и нижележащих водоносных горизонтов.

При сдвижении горных пород нарушается их сплошность, образуются дополнительные водопроводящие трещины, по которым подземные воды могут поступать в газогенератор.

Наибольшую опасность, как источник обводнения, представляют надугольные водоносные горизонты, залегающие в пределах зоны обрушения.

Высокая температура в газогенераторах, достигающая 1200°С, также нарушает сплошность пород почвы и кровли. Установлено, что породы почвы прогреваются до 100°С на глубину 2—3 м. В связи с этим, приналичии в почве пласта угля водоупорных пород, мощность которых незначительна, последние под действием высокой температуры теряют свои водоупорные свойства.

Искусственным фактором, препятствующим поступлению подземных вод в газогенераторы, в какой-то мере является избыточное давление газов в газогенераторе. С другой стороны, избыточное давление в газогенераторах способствует увеличению утечек газа и тем самым снижает выход газа в КПД газификации.

Следует отметить, что требования к осушению подземных газогенераторов более жесткие, чем к осушению горных выработок. Если на шахтах водопритоки в горные выработки в количестве 200—500 м³/час не являются опасными и легко удаляются путем водоотлива, то при под земной газификации водопритоки в газогенератор в количестве 20—50 м3/час могут существенно ухудшить технологический процесс, а нередко привести его к полному прекращению. Практикой показано, что водопритоки не должны превышать 0,5—1,5 м³/т угля. Причем для углей с высоким содержанием золы и влаги водоприток в газогенератор вообще не допустим.

В связи с этим к гидрогеологическим исследованиям на участках угольных месторождений, предназначенных для подземной газификации пластов углей, должны быть предъявлены повышенные требования. При гидрогеологических исследованиях на угольных месторождениях кроме выполнения общепринятых видов работ (гидрогеологиче ская съемка, откачки, условия питания и производительность водонос ных горизонтов и т.д.) необходимо определить:

- водопроводимость угольного пласта, а также покрывающих и подстилающих пород;

- водные свойства (максимальную водоотдачу и влагоемкость) угольного пласта и вмещающих пород;

- изменение режима подземных вод на участках действующих подземных газогенераторов.

Основным источником обводнения газогенераторов являются гравитационные воды, заключенные в трещинах и порах водоносных пород и свободно передвигающиеся под действием силы тяжести. Поступление свободных гравитационных вод зависит от водопроницаемости угольного пласта и боковых пород, от их мощности, напора подземных вод, гидравлической связи с ближайшими водоносными горизонтами, от условий питания и ряда других природных, а также и искусственных факторов (предварительное осушение, сдвижение пород над выгазо ванным пространством, наличие высокой температуры и давления).

Помимо гравитационных вод в процессе подземной газификации принимают участие и связанные воды, находящиеся в тесном взаимодействии с породами. Это химически связанные (конституционные и кристаллизационные), прочно связанные (гигроскопические), рыхло связанные (пленочные) и капиллярные воды.

Как гравитационные, так и связанные воды принимают участие в процессе ПГУ и поэтому существенным образом влияют на тепловой баланс газогенератора. Расчетами установлено, что расход тепла на испарение подземных вод составляет 6—9 % на хорошо дренированных участках и 30—37 % на обводненных участках с залеганием пластов небольшой мощности.

В подземный газогенератор вода поступает также вместе с дутьем. Количество влаги, находящееся в воздушном дутье, обусловлено влажностью воздуха, а при парокислородном дутье — количеством поданного пара.

При охлаждении газа на выходе из газоотводящих скважин в балансе влаги необходимо учитывать количество воды, поданной в скважину для охлаждения газа.

Перечисленные выше виды воды: приточные (гравитационные) воды, связанные воды угольного пласта и пород почвы и кровли, влага дутья, пирогенетическая и вода для охлаждения составляют приходную часть водного баланса.

Количество испаренной и разложенной влаги зависит от общего теплового состояния газогенератора и от количества поступающей воды в канал газификации. Влажность газа при газификации может изменяться в широких пределах, как правило, она не превышает 200—500 г/м³ газа. При прорывах воды или при недостаточном осушении участков она достигает 1000 г/м³ и более. Как правило, при таком поступления воды в газогенератор процесс газификации расстраивается.