Геологічні критерії придатності некондиційних вугільних пластів для підземної газифікації (на прикладі Львівсько-Волинського кам’яновугільного басейну) - Автореферат

Величезна кількість некондиційних для шахтної промисловості вугільних пластів і пропластків Львівсько-Волинського камяновугільного басейну (ЛВБ) може бути утилізована методами підземної газифікації вугілля (ПГВ), що значною мірою вирішить проблему забезпечення енергопотреб України власними ресурсами. Дослідити значення якісних показників вугілля, які безпосередньо визначають придатність для газифікації (зольність, сірчистість, вологість, вихід летких компонентів, теплота згорання). Для поля шахти Тяглівська № 1 у межах шістьох тектонічних блоків по 47 вугільних пластах окреслено 199 ділянок потужністю 0,2-0,5 м. Сильнообводнені пласти (понад 1 кг води на 1 кг вугілля) непридатні для підземної газифікації вугілля, бо підтримувати в зоні синтезу стабільний екзотермічний ефект процесу газифікації неможливо. Зроблено висновок про те, що ділянки н.в.п. з температурою в зоні реакції більшою, ніж температура плавлення мінеральної частини вугілля та вуглевмісних порід непридатні для підземної газифікації; досліджено хімічний склад золи окремих вугільних пластів та вміщуючих порід, що визначає температуру плавлення мінеральної частини вугілля та порід покрівлі і підошви.У дисертаційній роботі обґрунтовано необхідний комплекс геологічних критеріїв, які визначають придатність некондиційних вугільних пластів ЛВБ для підземної газифікації, та досліджено ці критерії в межах ЛВБ. Головними умовами вибору ЛВБ як основного обєкта досліджень є його геологічні особливості, які попередньо визначають придатність для ПГВ, а саме: значна кількість малопотужних пластів (< 0,5 м), які не становлять інтересу для шахтної промисловості; сприятливий гідрогеологічний режим, що характеризується низькою водонасиченістю, статичністю запасів та відсутністю гідравлічного звязку з наближеними водоносними горизонтами; домінування в розрізі непроникних літологічних різновидів, представлених аргілітами, алевролітами і вапняками; кількісні значення якісних показників вугілля, які здебільшого не перевищують допустимих для ПГВ норм; хімічний склад мінеральної частини вугілля, що зумовлює температуру плавлення золи вугілля. Ділянки поширення вугільних пластів в інтервалі з придатною для ПГВ, але не придатною для шахтного видобутку потужністю (0,2-0,5 м) присутні у всіх вугільних пластах Тяглівського родовища і поділяються на дві групи. Виділення структурно-тектонічних блоків для ПГВ можна поділити на: регіональне прогнозування, під час якого блоки лімітуються загальноприйнятими регіональними та субрегіональними тектонічними порушеннями та зонами порушень; локальне прогнозування, коли блоки обмежуються локальними та малоамплітудними тектонічними порушеннями. За кількістю загальної води в зоні реакції некондиційні вугільні пласти поділяють на: сухі, з яких можна отримувати як енергетичний газ (CO2 і CH4), так і хімічну сировину - синтез-газ (CO і H2); малообводнені (до 0,5 кг води на 1 кг вугілля) - придатні для отримання синтез-газу у співвідношенні V(H2):V(CO)=1:3; середньообводнені (до 1,0 кг води на 1 кг вугілля) - придатні для отримання енергетичного газу з теплотою згорання ~1200 КДЖ/м3; сильнообводнені (понад 1 кг води на 1 кг вугілля) - непридатні для підземної газифікації вугілля через те, що підтримувати в зоні синтезу стабільний екзотермічний ефект процесу газифікації неможливо.

У дисертаційній роботі обґрунтовано необхідний комплекс геологічних критеріїв, які визначають придатність некондиційних вугільних пластів ЛВБ для підземної газифікації, та досліджено ці критерії в межах ЛВБ.

1. Головними умовами вибору ЛВБ як основного обєкта досліджень є його геологічні особливості, які попередньо визначають придатність для ПГВ, а саме: значна кількість малопотужних пластів (< 0,5 м), які не становлять інтересу для шахтної промисловості; сприятливий гідрогеологічний режим, що характеризується низькою водонасиченістю, статичністю запасів та відсутністю гідравлічного звязку з наближеними водоносними горизонтами; домінування в розрізі непроникних літологічних різновидів, представлених аргілітами, алевролітами і вапняками; кількісні значення якісних показників вугілля, які здебільшого не перевищують допустимих для ПГВ норм; хімічний склад мінеральної частини вугілля, що зумовлює температуру плавлення золи вугілля.

2. Ділянки поширення вугільних пластів в інтервалі з придатною для ПГВ, але не придатною для шахтного видобутку потужністю (0,2-0,5 м) присутні у всіх вугільних пластах Тяглівського родовища і поділяються на дві групи. До першої належать робочі пласти, у яких, зазвичай, площі заданої потужності наявні на периферійних частинах тоншання пласту, у зонах біфуркації і фаціальних заміщень. Друга група поділена на дві підгрупи: малопотужні, але витримані по латералі вугільні пласти, які спорадично набувають промислової потужності, та локальні пропластки малих площ.

3. ПГВ-ділянка - це частина цілісного вугільного пласта. Отже, виділення ПГВ-ділянок необхідно проводити в межах структурно-тектонічних блоків, лімітованих різнопорядковими тектонічними порушеннями. Виділення структурно-тектонічних блоків для ПГВ можна поділити на: регіональне прогнозування, під час якого блоки лімітуються загальноприйнятими регіональними та субрегіональними тектонічними порушеннями та зонами порушень; локальне прогнозування, коли блоки обмежуються локальними та малоамплітудними тектонічними порушеннями. У межах шахтних полів № 1-4 Любельського родовища та поля шахти № 1 Тяглівського родовища виділено 31 тектонічний блок, у межах яких доцільно локалізувати ПГВ-ділянки.

4. Кількість води в зоні синтезу зумовлює склад синтезованого газу. За кількістю загальної води в зоні реакції некондиційні вугільні пласти поділяють на: сухі, з яких можна отримувати як енергетичний газ (CO2 і CH4), так і хімічну сировину - синтез-газ (CO і H2); малообводнені (до 0,5 кг води на 1 кг вугілля) - придатні для отримання синтез-газу у співвідношенні V(H2):V(CO)=1:3; середньообводнені (до 1,0 кг води на 1 кг вугілля) - придатні для отримання енергетичного газу з теплотою згорання ~1200 КДЖ/м3; сильнообводнені (понад 1 кг води на 1 кг вугілля) - непридатні для підземної газифікації вугілля через те, що підтримувати в зоні синтезу стабільний екзотермічний ефект процесу газифікації неможливо.

5. Літологічний склад порід покрівлі та підошви ПГВ-ділянок пластів башкирського ярусу в межах поля шахти Тяглівська № 1 здебільшого представлений непроникними аргілітами та алевролітами з підпорядкованою кількістю вапняків та пісковиків. Підошва ПГВ-ділянок складена одним, рідше двома літологічними різновидами, але завжди відсутні пісковики і вапняки. У покрівлі присутні всі чотири літологічні різновиди та їхні комбінації з домінуванням аргілітів і алевролітів, а в середній частині башкирського ярусу - вапняків. Це сприяє ізоляції підземного газогенератора та запобігає непрогнозованим втратам синтезованого газу і припливам води.

6. Беручи до уваги загальні геологічні особливості басейну та проведені дослідження окресленого комплексу геологічних критеріїв придатності н.в.п. для ПГВ у межах Тяглівського родовища, яке є достатньо типовим для ЛВБ, можна дійти висновку про те, що тут існують сприятливі геологічні умови для промислово-дослідного впровадження технологій підземної газифікації.

7. Щоб пояснити принципи просторового поширення н.в.п. по розрізу і латералі, та кількісно оцінити їхні запаси, необхідно провести оцінку некондиційної вугленосності, яка характеризується кількістю пластів у межах макроциклу і кількістю ПГВ-ділянок пласта з урахуванням площ окремих ділянок. Запропонована методика апробована в межах поля шахти Тяглівська № 1.

8. Практичне виділення ПГВ-ділянок складається з двох етапів: окреслення ділянки вугільного пласта придатної потужності (0,2-0,5 м) у межах структурно-тектонічного блоку; уточнення даних по якісних показниках вугілля, гідрогеологічному режиму пласта, літологічному складу порід покрівлі і підошви та цілісності пласта бурінням параметричних (експлуатаційних) свердловин.

9. Комплекс геологічних критеріїв, які визначають придатність н.в.п. для ПГВ, та методи оцінки некондиційної вугленосності і локалізації ПГВ-ділянки, розроблені для ЛВБ, можна застосовувати в інших вугільних басейнах.

Стефаник Ю. В., Брик Д. В., Храмов В. М. Склад мінеральної частини вуглемістких порід як показник умов підземної газифікації вугілля // Мінерал. зб. - Львів, 2001. - № 1. - С. 109-113.

Храмов В. М. Малоамплітудні розривні порушення як один з геологічних критеріїв придатності вугільних пластів для підземної газифікації вугілля // Наук. вісн. НГАУ. - 2001. - № 4. - С. 66-68.

Храмов В. М. Гідрогеологічний критерій придатності вугільних пластів для підземної газифікації (на прикладі Львівсько-Волинського басейну) // Геологія і геохімія горючих копалин. - 2004. - № 1. - С. 23-31.

Храмов В. М., Бучинська І. В., Бірук С. В. Потужність вугільного пласта як геологічний критерій його придатності для підземної газифікації (на прикладі Тяглівського родовища Львівсько-Волинського камяновугільного басейну) // Геологія і геохімія горючих копалин. - 2005. - № 1. - С. 50-59.

Храмов В. М. Якісні показники некондиційних пластів Львівсько-Волинського басейну як критерій придатності вугілля для підземної газифікації // Геологія і геохімія горючих копалин. - 2005. - № 2. - С. 40-50.

Храмов В. М. Регіональний та локальний прогнози виділення ділянок для підземної газифікації вугільного пласта за тектонічними особливостями (на прикладі Львівсько-Волинського камяновугільного басейну) // Геологія і геохімія горючих копалин. - 2005. - № 3-4. - С. 13-25.

Храмов В. М. Перспективні ділянки для підземної газифікації вугільних пластів поля шахти Тяглівська № 1 Львівсько-Волинського басейну // Геологія і геохімія горючих копалин. - 2006. - № 1. - С. 23-36.

Храмов В. М., Бучинська І. В. Оцінка некондиційної вугленосності Південно-Західного вугленосного району Львівсько-Волинського басейну (на прикладі поля шахти Тяглівська № 1) // Геологія і геохімія горючих копалин. - 2007. - № 1. - С. 45-51.

Храмов В. М. Геологічні передумови придатності некондиційних вугільних пластів для підземної газифікації // Геологія горючих копалин України: Тези доп. Міжнар. наук. конф. - Львів, 2001. - С. 283.

Храмов В. Вплив підземних вод Львівсько-Волинського басейну на процес підземної газифікації вугілля // Тези доп. VIII наук. конф. молодих вчених і спеціалістів ІГГГК НАНУ та НАК “Нафтогаз України”. - Львів, 2003. - С. 140-145.

Храмов В. М. Нетрадиційний спосіб розробки забалансових вугільних пластів Львівсько-Волинського камяновугільного басейну // Нетрадиційні і поновлювальні джерела енергії як альтернативні первинним джерелам енергії в регіоні: Тези доп. ІІІ Міжнар. наук.-практ. конф. - Львів, 2005. - С. 245-250.

Храмов В. М. Вплив водоносності осадових товщ Львівсько-Волинського камяновугільного басейну на процес підземної газифікації вугілля // Ресурси природних вод Карпатського регіону: Тези доп. IV Міжнар. наук.-практ. конф. - Львів, 2005. - С. 129-133.

Храмов В., Бучинська І. Формаційний підхід до виділення вугільних пластів Львівсько-Волинського басейну, придатних до підземної газифікації // Проблемні питання геологічної освіти та науки на порозі ХХІ століття: Тези доп. Наук. конф., присвячена 60-річчю геол. ф-ту. Львів. нац. ун-ту. ім. І. Франка. - Львів, 2005. - С. 120-122.

Стефаник Ю. В., Подольський М. Р., Гвоздевич О. В., Храмов В. М. Підземна переробка малопотужних вугільних пластів Львівсько-Волинського басейну у синтетичне паливо // Прогрес в технології горючих копалин та хімотології паливно-мастильних матеріалів: Тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. - Дніпропетровськ, 2005. - С. 115.

Храмов В. М. Літологічний склад порід покрівлі та підошви вугільного пласта як критерій відбору ділянки для підземної газифікації вугілля (ПГВ) // Проблеми геології та нафтогазоносності Карпат: Тези доп. Міжнар. наук. конф. - Львів, 2006. - С. 234.

Стефаник Ю. В., Павлюк М. І., Гвоздевич О. В., Подольський М. Р., Храмов В. М. Спосіб одержання рідких синтетичних речовин з вугільного пласта / Рішення № 14898/1 від 24.05.2007 р. про видачу патенту на винахід по заявці № а 2005 11647/8604 від 07.12.2005, МПК Е21В 43/295.