Mine Experimental Research of the Power Options of Mechanized Fastening Sections Based on Lithological Structure Coefficient

The results of simulation systems of the rock-mass using the new mathematical approaches and modern information software are introduced. The contacts of rock mass strata are presented as the curves in the simulation model. In such way, it is forming the specific zones with different strengthening characteristics. Authors propose to define the deformations of roof rocks and loadings on mechanized complex according to the values of the lithological structure coefficient. This parameter also is used for the correcting the technological parameters of the mining in wallfaces

Revisiting the underground gasification of coal reserves from contiguous seams

Purpose. Substantiating of contiguous coal seams coefficient during application of borehole underground coal gasification technology based on dependences of interstratial rocks subsidence on gasification duration. Methodology. Using stand experimental research and methods of computer modeling we obtained the dependences of interstratial rocks subsidence in terms of their thickness change, alternating thickness of coal seams and duration of the gasification process. To reflect the geomechanical situation of rock mass around underground gasifier, license software Flac 5.00 was used. For data processing and building of synthesis dependences, the method of multiple regression using generally accepted data processing systems – Excel-2013 was used. Findings. The obtained inequality allows setting the coefficient of contiguous coal seams during the application of underground gasification technology. Setting this factor makes it possible to assess mining and geoogical conditions of coal seams occurrence with further rational order of their gasification. For values of contiguous coefficient 5.5–5.7, gasification of coal seams can be carried out both in ascending and descending sequence. In this case, there is no need to preserve the allowable distance between combustion faces on adjacent seams. Originality. To determine the contiguous of coal seams, a mathematical mechanism was developed, whose effectiveness is confirmed by computer simulation of rock massif that contains an underground gasifier and by research on a special test bench installation. The difference between the results was less than 24 %. Practical value. Dependence of interstratial rocks subsidence at changing duration of the gasification process describing the development of possible formation of gas-permeable cracks in interstratial rocks ensuring technological process was established. The obtained conditions of contiguous coal seams allow providing rational order of mine workings.Мета. Обґрунтування коефіцієнта зближення вугільних пластів при застосуванні технології свердловинної підземної газифікації, виходячи зі встановлених залежностей опускань міжпластових порід від тривалості газифікації. Методика. Стендовими експериментальними дослідженнями та методами комп’ютерного моделювання встановлені залежності опускання міжпластових порід при змінній їх потужності та потужності вугільних пластів від тривалості процесу газифікації. Для відображення геомеханічної ситуації гірського масиву навколо підземного газогенератора застосовано пакет ліцензійної прикладної програми Flac 5.00. Для обробки даних та побудови узагальнюючих залежностей використано метод множинної регресії із застосуванням загальновизнаної системи обробки даних Excel-2013. Результати. Отримана нерівність, що дає можливість встановлювати коефіцієнт зближення вугільних пластів при застосуванні технології підземної газифікації. Встановлення даного коефіцієнта дозволяє проводити оцінку гірничо-геологічних умов залягання вугільних пластів з подальшим раціональним порядком їх газифікації. При значеннях коефіцієнта зближення більших 5,5–5,7 газифікацію вугільних пластів можна проводити як у висхідному, так і низхідному порядках. При цьому не потрібно витримувати допустиму відстань між вогневими вибоями, що працюють на зближених пластах. Наукова новизна. Запропоновано математичний механізм для визначення коефіцієнта зближення вугільних пластів, ефективність якого підтверджена комп’ютерним моделюванням стану гірського масиву, що вміщує підземний газогенератор, та дослідженнями на спеціальній стендовій установці. Практична значимість. Встановлено залежності опускань міжпластових порід від тривалості газифікації, що характеризують утворення газопровідних каналів у породах міжпластя для забезпечення технологічності процесу. Отримана умова зближення вугільних пластів дозволяє проводити раціональний вибір порядку відпрацювання запасів вугілля.Цель. Обоснование коэффициента сближения угольных пластов при применении технологии скважинной подземной газификации, исходя из установленных зависимостей опусканий межпластовых пород от продолжительности газификации. Методика. Стендовыми экспериментальными исследованиями и методами компьютерного моделирования установлены зависимости опускания межпластовых пород при изменении их мощности мощности и мощности угольных пластов от продолжительности процесса газификации. Для отображения геомеханической ситуации горного массива вокруг подземного газогенератора применен пакет лицензионного приложения Flac 5.00. Для обработки данных и построения обобщающих зависимостей использован метод множественной регрессии с применением общепризнанной системы обработки данных Excel-2013. Результаты. Полученное неравенство дает возможность устанавливать коэффициент сближения угольных пластов при применении технологии подземной газификации. Определение данного коэффициента позволяет проводить оценку горно-геологических условий залегания угольных пластов с последующим рациональным порядком их газификации. При значениях коэффициента сближения больше 5,5–5,7 газификацию угольных пластов можно проводить как в восходящем, так и нисходящем порядках. При этом не нужно выдерживать допустимое расстояние между огневыми забоями, которые работают на сближенных пластах. Научная новизна. Предложен математический механизм для определения коэффициента сближения угольных пластов, эффективность которого подтверждена компьютерным моделированием состояния горного массива, вмещающего подземный газогенератор, и исследованиями на специальной стендовой установке. Практическая значимость. Установлены зависимости опусканий межпластовых пород от продолжительности газификации, характеризующие образования газопроводных каналов в породах междупластья для обеспечения технологичности процесса. Полученное условие сближения угольных пластов позволяет проводить рациональный выбор порядка отработки запасов угля

Formation of thermal fields by the energy-chemical complex of coal gasification

Purpose. The objective is to generate thermal energy from basic segments of the energy-chemical complex formed on the basis of borehole underground coal gasification with determination of its operation modes. Methodology. The set engineering tasks were performed using, analytical studies, bench studies and field studies represented in research projects, patents, and feasibility studies concerning construction and scientific support while equipment operating of a pilot mine gasifier under the conditions of solid fuel seam gasification in the context of excessive fissuring of rock mass enclosing the gasifier. Studies of thermal and power indices of the station for coal gasification were carried out with the help of Information Program “MTB BUCG” (“Material and Thermal Balance of Borehole Underground Coal Gasification”) developed by the researchers of the Department of Underground Mining and the Department of Chemistry (State Higher Educational Institution “National Mining University”). Besides, the Program was piloted using industrial gasifier at experimental mine “Barbara” (Katowice, Poland). Findings. Basic indices of coal gasification station depending upon a type of forced-draft mixture for an underground gasifier were determined. Studies concerning the efficiency of thermal energy generation were carried out using rocks enclosing the underground gasifier and generator gases being the basic heat generating segments of the energy-chemical complex for coal gasification being formed on the territories of operating coal mines or mines at the stage of their closure. Prospects of gasification and thermal energy generation using rock disposals of coal mines have been estimated. Modes of internal heat provision of heat-generating segments of the energy-chemical complex have been determined. Originality. Dependencies of heat-exchange distribution within roof rocks in the process of coal seam gasification depending upon the length of a reaction channel, zones of thermochemical reactions in it and methods of heat exchange have been obtained. Dependence of payback period of cogeneration plant in terms of underground coal gasification on electrical energy and gasification product (generator gas) has been determined. Graph of thermal energy generation in terms of different operation modes of basic segments of energy-chemical complex has been constructed. Practical value. Technological scheme of a thermal utilizer has been developed. The plant provides possibility of thermal energy utilization in the process of coal gasification within the seam occurrence. Basic modes of thermal energy generation at the coal gasification station being a heat-generating segment of the energy-chemical complex have been determined.Мета. Отримання теплової енергії на основних сегментах енергохімічного комплексу, сформова- ного на базі свердловинної підземної газифікації вугілля, зі встановленням режимів його роботи. Методика. Поставлені інженерні завдання ви- конувались із застосуванням аналітичних, стендо- вих і натурних методів досліджень. Дослідження теплових і енергетичних показників станції з гази- фікації вугілля проводилося за допомогою інфор- маційної програми „МТБ СПГВ“, розробленої в Державному ВНЗ „НГУ” співробітниками кафедр підземної розробки родовищ та хімії, що пройшла апробацію на промисловому газогенераторі в умо- вах експериментальної шахти „Барбара” (м. Като- віце, Польща). Результати. Визначені основні показники робо- ти станції з газифікації вугілля залежно від типу по- дачі дуттьової суміші до підземного газогенератора. Оцінена ефективність отримання теплової енергії від гірських порід, в яких розташований підземний газогенератор, та отриманих генераторних газів. Ці джерела є основними теплогенеруючими сегмента- ми енергохімічного комплексу з газифікації вугіл- ля, що формується на території діючих вугільних шахт чи тих підприємств, які знаходяться на стадії закриття. Оцінена перспективність газифікації ву- гілля генерації теплової енергії з породних відвалів вугільних шахт. Визначені режими внутрішнього теплозабезпечення теплогенеруючих сегментів енер- гохімічного комплексу. Наукова новизна. Отримані залежності розподі- лення теплообміну в породах покрівлі пласта при газифікації вугілля залежно від довжини реакцій- ного каналу, зон термохімічних реакцій у ньому й способів теплообміну. Встановлена залежність тер- міну окупності когенераційної установки при під- земній газифікації вугілля від ціни на електроенер- гію та продуктів газифікації (генераторний газ). Отримано графік генерації теплової енергії за різ- них режимів експлуатації основних сегментів енер- гохімічного комплексу. Практична значимість. Розроблена технологічна схема теплоутилізатора, що забезпечує можливість утилізації теплової енергії у процесі газифікації ву- гілля на місці залягання пласта. Визначені основні режими генерації теплової енергії на станції з гази- фікації вугілля, що є теплогенеруючим сегментом енергохімічного комплексу.Цель. Получение тепловой энергии на основных сегментах энергохимического комплекса, сформи- рованного на базе скважинной подземной газифи- кации углей, с установлением режимов его работы. Методика. Поставленные инженерные задачи вы- полнялись с применением аналитических, стендо- вых и натурных методов исследования. Исследова- ние тепловых и энергетических показателей стан- ции по газификации углей проводилось с помощью информационной программы „МТБ СПГВ”, разра- ботанной в Государственном ВУЗе „НГУ” сотруд- никами кафедр подземной разработки месторожде- ний и химии, которая прошла апробацию на про- мышленном газогенераторе в условиях эксперимен- тальной шахты „Барбара” (г. Катовице, Польша). Результаты. Определены основные показатели работы станции по газификации углей в зависимо- сти от типа подачи дутьевой смеси в подземный га- зогенератор. Оценена эффективность получения те- пловой энергии от горных пород, в которых разме- щен подземный газогенератор, и полученных гене- раторных газов. Эти источники являются основны- ми теплогенерирующими сегментами энергохими- ческого комплекса по газификации углей, который формируется на территории действующих угольных шахт, или тех предприятий, что находятся на стадии закрытия. Оценена перспективность газификации углей и генерации тепловой энергии из породных отвалов угольных шахт. Определены режимы вну- треннего теплообеспечения теплогенерирующих сег- ментов энергохимического комплекса. Научная новизна. Получены зависимости рас- пределения теплообмена в породах кровли пласта при газификации углей в зависимости от длины ре- акционного канала, зон термохимических реакций в нем и способов теплообмена. Установлена зависи- мость срока окупаемости когенерационной уста- новки при подземной газификации углей от цены на электроэнергию и продуктов газификации (генера- торный газ). Получен график генерации тепловой энергии при различных режимах эксплуатации ос- новных сегментов энергохимического комплекса. Практическая значимость. Разработана техноло- гическая схема теплоутилизатора, что обеспечива- ет возможность утилизации тепловой энергии в процессе газификации угля на месте залегания пла- ста. Определены основные режимы генерации те- пловой энергии на станции по газификации угля, которая является теплогенерирующим сегментом энергохимического комплекса.This work was supported by the Ministry of Education and Science of Ukraine, grants No. 0116U008041 and No.0115U002293

Determination of the technological parameters of borehole underground coal gasification for thin coal seams

In this article the characteristics of the criteria of borehole underground coal gasification for thin coal seams are defined. The thermal and material balance calculations for coal seam gasification processes are also explained. The construction, method of in situ gasifier preparation, and the sequence of coal seam gasification for area No 1 (located in the field of Solenovsk coal deposits) are also described. The parameters of borehole underground coal gasification for the Solenovsk coal mine on the model of rock and coal massif are detailed too. The method of in situ gasifier preparation, and the sequence of coal seam gasification during a standard installation are also described in detail. Interpretations based on the conducted research and investigation are also presented

Substantiation the parameters of borehole underground coal gasification technology with contiguous seams

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.02 – підземна розробка родовищ корисних копалин. – Державний ВНЗ «Національний гірничий університет» МОН України, Дніпропетровськ, 2015.У дисертаційній роботі на основі встановлених закономірностей зміни опускань міжпластових порід з урахуванням термохімічних процесів у підземному газогенераторі вирішена нова актуальна задача з обґрунтування параметрів технології свердловинної підземної газифікації вугілля на зближених пластах. Це є важливим науково-практичним результатом для ефективного відпрацювання вугільних запасів зі зближених пластів. За результатами теоретичних і стендових експериментальних досліджень газифікації вугільних пластів, що знаходяться на різних горизонтах, встановлено коефіцієнт їх зближення kзб. ≤ 5,5 – 5,7, що впливає на вибір послідовності вигазовування вугільних пластів. Встановлено, що відставання вогневого вибою підземного газогенератора по верхньому пласту визначається коефіцієнтом зближення вугільних пластів, який залежить від потужності міжпластових порід та потужності нижнього вугільного пласта. Урахування цієї залежності дає можливість забезпечити стійкий процес газифікації вугілля зі зближених вугільних пластів за рахунок уникнення дестабілізації зон протікання термохімічних реакцій у підземному газогенераторі. Визначено умови збереження рівномірності посування вогневого вибою підземного газогенератора за шириною стовпа газифікації, що забезпечуються часом його переходу на режим реверсу, який змінюється за експоненціальною залежністю. Розроблено рекомендації щодо відпрацювання запасів вугілля зі зближених пластів технологією свердловинної підземної газифікації в умовах шахт «Зарічна» та «Червоноградська» ДП «Львіввугілля». Економічна оцінка підтверджує доцільність застосування технології свердловинної підземної газифікації запасів вугілля, що знаходяться в зближених пластах.В диссертационной работе решена новая актуальная задача по установлению закономерностей изменения опусканий межпластовых пород с учетом термохимических процессов в подземном газогенераторе и обоснованию параметров технологии скважинной подземной газификации угля со сближенных пластов. Одним из основных недостатков технологии скважинной подземной газификации угля является низкая производительность станций по газификации угля, решить который можно экстенсивным способом – увеличением количества одновременно работающих газогенераторов, которые располагаются на разных рабочих горизонтах и работают на одну систему газовыделения, переработки и использования генераторных газов и химических продуктов. Для газификации угольных пластов необходимо определиться с их положением в горном массиве, относятся ли данные пласты к сближенным, что существенно влияет на технологические параметры работы подземных газогенераторов. По результатам теоретических и стендовых экспериментальных исследований газификации угольных пластов, находящихся на разных горизонтах, установлен коэффициент их сближения kсб. ≤ 5,5 – 5,7, что влияет на выбор последовательности выгазовывания угольных пластов. Оптимальная скорость подвигания подземного газогенератора по длине огневого забоя прямо пропорционально зависит от мощности угольного пласта и сбалансированности окислительной (27 – 32%) и восстановительной (73 – 68%) зон химических реакций. Это позволяет прогнозировать время эффективной работы подземного газогенератора по длине столба газификации. Обеспечение оптимальной скорости подвигания огневого забоя возможно путем подачи необходимого количества дутьевой смеси в подземный газогенератор, что приводит к процессу полного сгорания угля в окислительной зоне по длине и ширине огневого забоя. Установлено, что отставание огневого забоя подземного газогенератора по верхнему пласту определяется коэффициентом сближения угольных пластов. Данный коэффициент зависит от мощности межпластовых пород и нижнего пласта. Это дает возможность обеспечить устойчивый процесс газификации угля, не допуская дестабилизации зон протекания термохимических реакций в подземном газогенераторе. Определены условия сохранения равномерности подвигания огневого забоя подземного газогенератора по ширине столба газификации, обеспечиваются время его перехода на режим реверса, который изменяется по экспоненциальной зависимости. Установлено, что время перехода подземного газогенератора на режим реверса при воздушном дутье на пластах мощностью 0,6 м происходит в 1,8 раза быстрее, чем на пластах мощностью 1,2 м. Средняя теплота сгорания генераторного газа при этом увеличивается на 54 – 61 % и составляет 6,4 – 6,7 МДж/м3. Приведены уравнения для определения длины эксплуатационных скважин от общего количества сближенных угольных пластов, что находятся в одновременной разработке. Разработаны рекомендации по отработке запасов угля со сближенных пластов технологией скважинной подземной газификации в условиях шахт «Заречная» и «Червоноградская» ГП «Львовуголь». Экономическая оценка, от реализованной энергии и химических продуктов из генераторного газа подтверждает целесообразность применения технологии скважинной подземной газификации запасов угля, что находятся в сближенных пластах.In the thesis based on established dependences of changes of rock subsidence with account thermochemical processes in the underground gasifier is solved a new problem with relevant to study parameters of borehole technology for underground coal gasification of adjacent layers. This is an important scientific and practical result for the effective working of coal reserves from the contiguous seams. According to theoretical and experimental investigation of coal seams gasification that are located in different horizons are set their rates of convergence kcon ≤ 5,5 – 5,7, influencing the choice of coal seams sequence. It is established that combustion face delay of underground gasifier along the upper seam is determined with convergence coefficient of coal seams, which depends on rock thickness and thickness of lower coal seam. Considering of this dependence makes it possible to ensure stable coal gasification process with contiguous coal seams by avoiding destabilizing flow zones of thermochemical reactions in underground gasifier. The terms of preserving the uniformity advance of underground gasifier with width of gasification column provided by the time of its transition to the reverse mode, which varies according to the exponential dependence are determined. Based on conducted researches the recommendations for coal gasification with contiguous coal seam in the mine “Zarichna” and “Chervonogradska” SE “Lvivugillya” are developed. Economic evaluation confirms the feasibility of borehole technology of underground gasification of coal reserves which are located in contiguous seams