CN104564011B - 一种地下气化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下气化方法，该方法包括：填充一次气化后的地下气化炉的全部或预定部分的采空区；对填充后的所述采空区周边的煤柱进行打孔并气化；将原来地下气化炉一次开采后的采空区进行填充，然后对残留的煤柱进行二次开采，该方法简单，成本低，可以借用原来地下气化炉的进气、出气等单元；适用范围广，有效解决了地下气化炉一次气化开采后，残留的煤炭资源无法回采的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭气化领域，特别涉及一种地下气化方法。
背景技术
煤炭地下气化就是将处于地下的煤进行可控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。地下气化炉是由进气井、气化通道、出气井及辅助监测井所组成，气化剂从进气井注入，在气化通道内与煤层发生复杂的热化学反应，生成的煤气沿气化通道和出气井输送至地面。
目前的地下气化炉在运行期间主要注重一次开采的煤炭采收，通常由于地下气化井下气化过程相对不易控制，由于煤层被气化采空后，煤层顶板易发生垮落现象，影响地下环境，因此，气化过程中需要在地下采空区设置相应的预留煤柱，用于地下气化完对采空区进行支护。这样导致了采空区会残留相当部分的煤资源无法开采，造成地下煤炭资源回采率较低。
发明内容
为了解决目前现有的地下气化炉一次气化开采后，残留的煤炭资源无法回采的技术问题，本发明提供一种地下气化方法。
本发明提供了一种地下气化方法，包括：
填充一次气化后的地下气化炉的全部或预定部分的采空区；
对填充后的所述采空区周边的煤柱进行打孔并气化。
进一步地，在所述“填充一次气化后的所述地下气炉的全部或预定部分的采空区”的步骤之前或者过程中，还包括：
排出所述地下气炉内的存气。
进一步地，所述“填充一次气化后的所述地下气化炉的预定部分的采空区”的步骤之后，所述“对填充后的所述采空区周边的煤柱进行打孔并气化”步骤包括：
在所述煤柱上打定向钻孔，贯通所述定向钻孔与所述地下气化炉的出气孔；气化剂通过所述定向钻孔注入，对所述煤柱气化生产煤气，所述煤气通过所述地下气化炉的出气孔排出；或，
在所述煤柱上打定向钻孔和垂直孔，贯通所述定向钻孔与所述地下气化炉的出气孔以及贯通所述垂直孔与所述地下气化炉的出气孔；气化剂通过所述定向钻孔和所述垂直孔注入，对所述煤柱气化生产煤气，所述煤气通过所述地下气化炉的出气孔排出。
进一步地，所述“填充一次气化后的所述地下气化炉的全部的采空区”的步骤之后，所述“对填充后的所述采空区周边的煤柱进行打孔并气化”步骤包括：
在所述煤柱上打定向钻孔和垂直孔，贯通所述定向钻孔和所述垂直孔；气化剂通过所述定向钻孔注入，对所述煤柱气化生产煤气，所述煤气通过所述垂直孔排出；或，
在所述煤柱上打垂直孔，贯通所述垂直孔与所述地下气化炉的进气孔和出气孔；气化剂通过所述垂直孔注入，对所述煤柱气化生产煤气，所述煤气通过所述地下气化炉的进气孔和出气孔排出。
进一步地，所述“贯通所述定向钻孔与所述地下气化炉的出气孔”步骤之前还包括：向所述定向钻孔内点火，然后从所述定向钻孔注气；或，从所述定向钻孔注气；
所述“贯通所述定向钻孔与所述地下气化炉的出气孔以及贯通所述垂直孔与所述地下气化炉的出气孔；”步骤之还前包括：向所述定向钻孔及所述垂直孔内点火，然后从所述定向钻孔及所述垂直孔注气；或，从所述定向钻孔及所述垂直孔注气。
进一步地，所述“贯通所述定向钻孔和所述垂直孔”步骤之前还包括：向所述定向钻孔内点火，然后从所述定向钻孔注气；
所述“贯通所述垂直孔与所述地下气化炉的进气孔和出气孔”步骤之前还包括：向所述垂直井孔点火，所述垂直井通过未开采煤层裂隙连通所述地下气化炉的进气孔和出气孔，然后从所述垂直孔注气。
进一步地，所述“填充一次气化后的所述地下气化炉的预定部分的采空区”的步骤包括：
通过所述地下气化炉原有的进气孔填充所述预定部分的采空区；和/或，
通过所述地下气化炉原有的出气孔填充所述预定部分的采空区；和/或，
通过所述地下气化炉的预定部分的采空区打孔并填充。
进一步地，所述“通过所述地下气化炉原有的进气孔填充所述预定部分的采空区”的步骤中，
所述预定部分的采空区为由所述地下气化炉的进气孔所形成的采空区。
进一步地，所述“填充一次气化后的所述地下气化炉的全部或预定部分的采空区；”步骤之前，还包括：
向所述地下气化炉内注水或者含水液体降温的步骤。
进一步地，所述“填充一次气化后的所述地下气化炉的全部或预定部分的采空区；”步骤中，包括：
使用浆态物料填充所述地下气化炉的全部或预定部分的采空区；和/或，
使用液体物料填充所述地下气化炉的全部或预定部分的采空区；和/或，
使用固体物料填充所述地下气化炉的全部或预定部分的采空区。
进一步地，所述浆态物料为水泥与水混合后的浆料、地面煤气化的灰渣与水混合后的浆料、地面化工残渣与水混合后的浆料、土与水混合后的浆料和电厂残渣等粉碎后与水混合后的浆料之一或组合物；
所述液体物料为遇水膨胀的凝胶类、混合后的发泡剂和升温膨胀的发泡剂之一或组合物；
所述固体物料为煤灰、石灰和矿渣之一或组合物。
进一步地，所述气化剂为含氧气体或含氧气液混合体。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种地下气化方法，通过填充一次气化后的地下气化炉的全部或预定部分的采空区；然后对填充后的所述采空区周边的煤柱进行打孔并气化；将原来地下气化炉一次开采后的采空区进行填充，然后对残留的煤柱进行二次开采，该方法简单，成本低，可以借用原来地下气化炉的进气、出气等单元；适用范围广，有效解决了地下气化炉一次气化开采后，残留的煤炭资源无法回采的技术问题。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为实施例一中一次气化开采时地下气化炉的结构示意图；
图2为实施例一中使用本发明实施例方法之前且一次气化开采之后的地下气化炉的结构示意图；
图3为实施例一中使用本发明实施例方法的地下气化炉的结构示意图；
图4为实施例二中使用本发明实施例方法的地下气化炉的结构示意图；
图5为实施例三中使用本发明实施例方法的地下气化炉的结构示意图；
图6为实施例四中使用本发明实施例方法的地下气化炉的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种地下气化方法，包括：填充一次气化后的地下气化炉的全部或预定部分的采空区；对填充后的所述采空区周边的煤柱进行打孔并气化。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本实施例所提及的水平面均为垂直于重力方向的平面。下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：
实施例一
如图1-图3所示，图1为一次开采时地下气化炉的结构示意图；图2为使用本发明实施例方法之前且一次开采之后的地下气化炉的结构示意，图中有底纹分布的为采空区的地面水平投影，图中①②③④分别指D1-D4进气孔对应的采空区，⑤是出气通道对应的采空区；图3为实施例一中使用本发明实施例方法的地下气化炉的结构示意图，图中D1-D4为进气孔，1#-5#孔为出气孔。
如图1-图3所示，该地下气化方法，
步骤1，将一次气化开采后的地下气化闭炉，停止地下气化炉所有进气，通过地下气化炉的出气孔排尽地下气化炉的炉内存气。
步骤2，在地面将水泥混合好，使用高压水泥泵，通过进气孔D1-D4把采空区①②③④分别用水泥注实，采空区⑤不进行处理；
步骤3，在采空区①②③④之间的煤柱上对应位置处打定向钻孔D1’-D3’，还使用地下气化炉的出气孔1#-5#(垂直孔)做为出气孔。通过在定向钻孔D1’-D3’中通空气，贯通定向钻孔D1’-D3’与对应的采空区⑤内的出气孔1#-5#，然后从定向钻孔D1’-D3’通气化剂，从出气孔1#-5#出气，二次开采预留煤柱，生产地下气化煤气。
其中，步骤1也可以在步骤2填充过程中进行，本实施例优选步骤1在步骤2之前进行。
其中，在步骤2之前，还可以包括向地下气化炉内注水或者含水液体降温的步骤。
其中，步骤3中，通过在定向钻孔D1’-D3’中通空气，贯通定向钻孔D1’-D3’与对应的采空区⑤内的出气孔1#-5#之前，还可以包括向所述定向钻孔D1’-D3’内点火，以进一步扩大定向钻孔D1’-D3’的孔径，以便于定向钻孔D1’-D3’与与采空区⑤内的出气孔1#-5#的连通效果更好。
其中，本实施例中除了使用水泥填充外，还可以选用地面煤气化的灰渣与水混合后的浆料、地面化工残渣与水混合后的浆料、土与水混合后的浆料以及电厂残渣等粉碎后与水混合后的浆料等浆态物料；也可以选用遇水膨胀的凝胶类、混合后的发泡剂和升温膨胀的发泡剂等液体物料；还可以选用煤灰、石灰和矿渣等固体物料。
其中，气化剂可以选为含氧气体或者含氧气液混合体。
其中，步骤3之后，对地下气化炉二次气化之后，可以直接闭炉，可以填充剩余没有填充的采空区，然后继续参照上述方法把剩余残煤气化完。
其中，步骤3中，从定向钻孔D1’-D3’通气化剂的方法可以选择从从定向钻孔D1’-D3’内直接向预留煤柱注入气化剂，也可以在定向钻孔D1’-D3’内设置注气管道，通过注气管道将气化剂直接通入到地下煤层，本实施例优选用注气管道将气化剂直接通入到地下煤层中。
实施例二
如图4所示，图4为实施例二中使用本发明实施例方法的地下气化炉的结构示意图，图中D1-D4为进气孔，1#-5#孔为出气孔；图中有底纹分布的为采空区的地面水平投影，图中①②③④分别指D1-D4进气孔对应的采空区，⑤是出气通道对应的采空区。
如图4示，该地下气化方法，
步骤1，将一次气化开采后的地下气化闭炉，停止地下气化炉所有进气，通过地下气化炉的出气孔排尽地下气化炉的炉内存气。
步骤2，在地面将水泥混合好，使用高压水泥泵，通过进气孔D1-D4把采空区①②③④分别用水泥注实，采空区⑤不进行处理；
步骤3，在采空区①②③④之间的煤柱上对应位置处打定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#，还使用地下气化炉的出气孔1#-5#(垂直孔)做为出气孔。通过在定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#中通空气，贯通定向钻孔D1’-D3’与对应的采空区⑤内的出气孔1#-5#以及贯通垂直孔1’#-3’#与对应的采空区⑤内的出气孔1#-5#，然后从定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#中通气化剂，从出气孔1#-5#出气，二次开采预留煤柱，生产地下气化煤气。
该实施例二与实施例一的主要区别在与，还在预留煤柱上打垂直孔1’#-3’#，通过定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#一起对预留煤柱进行开采，能够提高预留煤柱的开采效率。
其中，步骤1也可以在步骤2填充过程中进行，本实施例优选步骤1在步骤2之前进行。
其中，在步骤2之前，还可以包括向地下气化炉内注水或者含水液体降温的步骤。
其中，步骤3中，通过在定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#中通空气，贯通定向钻孔D1’-D3’与对应的采空区⑤内的出气孔1#-5#以及贯通垂直孔1’#-3’#与对应的采空区⑤内的出气孔1#-5#步骤之前，还可以包括向所述定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#内点火，以进一步扩大定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#的孔径，以便于定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#中与与采空区⑤内的出气孔1#-5#的连通效果更好。
其中，本实施例中除了使用水泥填充外，还可以选用地面煤气化的灰渣与水混合后的浆料、地面化工残渣与水混合后的浆料、土与水混合后的浆料以及电厂残渣等粉碎后与水混合后等浆态物料；也可以选用遇水膨胀的凝胶类、混合后的发泡剂和升温膨胀的发泡剂等液体物料；还可以选用煤灰、石灰和矿渣等固体物料。
其中，气化剂可以选为含氧气体或者含氧气液混合体。
其中，步骤3之后，对地下气化炉二次气化之后，可以直接闭炉，可以填充剩余没有填充的采空区，然后继续参照上述方法把剩余残煤气化完。
其中，步骤3中，从定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#中通气化剂的方法可以选择从定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#中内直接向预留煤柱注入气化剂，也可以在定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#中内设置注气管道，通过注气管道将气化剂直接通入到地下煤层，本实施例优选用注气管道将气化剂直接通入到地下煤层中。
实施例三
如图5所示，图5为实施例三中使用本发明实施例方法的地下气化炉的结构示意图，图中D1-D4为进气孔(定向钻孔)，1#-5#出气孔(垂直孔)；图中有底纹分布的为采空区的地面水平投影，图中①②③④分别指D1-D4进气孔对应的采空区，⑤是出气通道对应的采空区。
如图5所示，该地下气化方法，
步骤1，将一次气化开采后的地下气化闭炉，停止地下气化炉所有进气，通过地下气化炉的出气孔排尽地下气化炉的炉内存气。
步骤2，在地面将水泥混合好，使用高压水泥泵，通过进气孔D1-D4把采空区①②③④⑤分别用水泥注实；
步骤3，在采空区①②③④之间的煤柱上对应位置处打定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#，在垂直孔1’#-3’#孔分别压裂，在孔口压力下降至1MPa后开始下放点火器点火，通过在垂直孔1’#-3’#内点火使向钻孔D1’-D3’与对应的垂直孔1’#-3’#通道燃烧扩到到预定大小后，通过在定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#中通空气，贯通定向钻孔D1’-D3’及垂直孔1’#-3’#，然后从定向钻孔D1’-D3’中通气化剂，从垂直孔1’#-3’#中出气，二次开采预留煤柱，生产地下气化煤气。
其中，步骤1也可以在步骤2填充过程中进行，本实施例优选步骤1在步骤2之前进行。
其中，在步骤2之前，还可以包括向地下气化炉内注水或者含水液体降温的步骤。
其中，本实施例中除了使用水泥填充外，还可以选用地面煤气化的灰渣与水混合后的浆料、地面化工残渣与水混合后的浆料、土与水混合后的浆料以及电厂残渣等粉碎后与水混合后等浆态物料；也可以选用遇水膨胀的凝胶类、混合后的发泡剂和升温膨胀的发泡剂等液体物料；还可以选用煤灰、石灰和矿渣等固体物料。
其中，气化剂可以选为含氧气体或者含氧气液混合体。
其中，步骤3之后，对地下气化炉二次气化之后，可以直接闭炉，可以填充剩余没有填充的采空区，然后继续参照上述方法把剩余残煤气化完。
其中，步骤3中，从定向钻孔D1’-D3’中通气化剂的方法可以选择从定向钻孔D1’-D3’中内直接向预留煤柱注入气化剂，也可以在定向钻孔D1’-D3’中内设置注气管道，通过注气管道将气化剂直接通入到地下煤层，本实施例优选用注气管道将气化剂直接通入到地下煤层中。
实施例四
如图6所示，图6为实施例四中使用本发明实施例方法的地下气化炉的结构示意图，图中1#-4#均为垂直孔，1#、3#为进气孔，2#、4#为出气孔；图中有底纹分布的为采空区的地面水平投影，图中①②分别指进气孔1#、3#对应的采空区。
如图6所示，该地下气化方法，
步骤1，将一次气化开采后的地下气化闭炉，停止地下气化炉所有进气，通过地下气化炉的出气孔排尽地下气化炉的炉内存气。
步骤2，在地面将水泥混合好，使用高压水泥泵，通过进气孔1#、3#和出气孔2#、4#把采空区①②分别用水泥注实，1#-4#垂直孔底分别与残留煤柱(未开采煤层)预留连接通道。
步骤3，在采空区①②之间的煤柱上对应位置处打垂直孔1’#，利用垂直孔1’#及进气孔1#、3#和出气孔2#、4#底与残留煤柱(未开采煤层)预留的连接通道连通，然后通过向垂直孔1’内点火，利用火力使垂直孔1’#与进气孔1#、3#和出气孔2#、4#连通，然后通过在垂直孔1’中通空气，贯通垂直孔1’#与进气孔1#、3#和出气孔2#、4#，然后从垂直孔1’中通气化剂，从进气孔1#、3#和出气孔2#、4#出气，二次开采预留煤柱，生产地下气化煤气。
其中，垂直孔1’#及进气孔1#、3#和出气孔2#、4#贯通主要是通过未开采的受热煤层裂隙相连通，进而通过火力贯通形成通道的。
其中，步骤1也可以在步骤2填充过程中进行，本实施例优选步骤1在步骤2之前进行。
其中，在步骤2之前，还可以包括向地下气化炉内注水或者含水液体降温的步骤。
其中，本实施例中除了使用水泥填充外，还可以选用地面煤气化的灰渣与水混合后的浆料、地面化工残渣与水混合后的浆料、土与水混合后的浆料以及电厂残渣等粉碎后与水混合后等浆态物料；也可以选用遇水膨胀的凝胶类、混合后的发泡剂和升温膨胀的发泡剂等液体物料；还可以选用煤灰、石灰和矿渣等固体物料。
其中，气化剂可以选为含氧气体或者含氧气液混合体。
其中，步骤3之后，对地下气化炉二次气化之后，可以直接闭炉，可以填充剩余没有填充的采空区，然后继续参照上述方法把剩余残煤气化完。
其中，步骤3中，从垂直孔1’#中通气化剂的方法可以选择从垂直孔1’#中内直接向预留煤柱注入气化剂，也可以在垂直孔1’#中内设置注气管道，通过注气管道将气化剂直接通入到地下煤层，本实施例优选用注气管道将气化剂直接通入到地下煤层中。
除上述实施例中从通过地下气化炉原有的进气孔填充预定部分的采空区；及通过所述地下气化炉原有的出气孔填充所述预定部分的采空区外，还可以选择通过所述地下气化炉的预定部分的采空区打孔并填充。具体结构可以参照上述实施例内容，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种地下气化方法，其特征在于，包括：
填充一次气化后的地下气化炉的全部或预定部分的采空区；
对填充后的所述采空区周边的煤柱进行打孔并气化；其中，
所述“对填充后的所述采空区周边的煤柱进行打孔并气化”步骤包括：
在所述煤柱上打定向钻孔，贯通所述定向钻孔与所述地下气化炉的出气孔；气化剂通过所述定向钻孔注入，对所述煤柱气化生产煤气，所述煤气通过所述地下气化炉的出气孔排出；或，
在所述煤柱上打定向钻孔和垂直孔，贯通所述定向钻孔与所述地下气化炉的出气孔以及贯通所述垂直孔与所述地下气化炉的出气孔；气化剂通过所述定向钻孔和所述垂直孔注入，对所述煤柱气化生产煤气，所述煤气通过所述地下气化炉的出气孔排出。
2.如权利要求1 所述的方法，其特征在于：在所述“填充一次气化后的地下气化炉的全部或预定部分的采空区”的步骤之前或者过程中，还包括：
排出所述地下气化炉内的存气。
3.如权利要求1 所述的方法，其特征在于，所述“填充一次气化后的所述地下气化炉的全部的采空区”的步骤之后，所述“对填充后的所述采空区周边的煤柱进行打孔并气化”步骤包括：
在所述煤柱上打定向钻孔和垂直孔，贯通所述定向钻孔和所述垂直孔；气化剂通过所述定向钻孔注入，对所述煤柱气化生产煤气，所述煤气通过所述垂直孔排出；或，
在所述煤柱上打垂直孔，贯通所述垂直孔与所述地下气化炉的进气孔和出气孔；气化剂通过所述垂直孔注入，对所述煤柱气化生产煤气，所述煤气通过所述地下气化炉的进气孔和出气孔排出。
4.如权利要求1 所述的方法，其特征在于：所述“贯通所述定向钻孔与所述地下气化炉的出气孔”步骤之前还包括：向所述定向钻孔内点火，然后从所述定向钻孔注气；或，从所述定向钻孔注气；
所述“贯通所述定向钻孔与所述地下气化炉的出气孔以及贯通所述垂直孔与所述地下气化炉的出气孔；”步骤之前还包括：向所述定向钻孔及所述垂直孔内点火，然后从所述定向钻孔及所述垂直孔注气；或，从所述定向钻孔及所述垂直孔注气。
5.如权利要求4 所述的方法，其特征在于：所述“贯通所述定向钻孔和所述垂直孔”步骤之前还包括：向所述定向钻孔内点火，然后从所述定向钻孔注气；
所述“贯通所述垂直孔与所述地下气化炉的进气孔和出气孔”步骤之前还包括：向所述垂直孔点火，所述垂直孔通过未开采煤层裂隙连通所述地下气化炉的进气孔和出气孔，然后从所述垂直孔注气。
6.如权利要求1 所述的方法，其特征在于：所述“填充一次气化后的所述地下气化炉的预定部分的采空区”的步骤包括：
通过所述地下气化炉原有的进气孔填充所述预定部分的采空区；和/ 或，
通过所述地下气化炉原有的出气孔填充所述预定部分的采空区；和/ 或，
通过所述地下气化炉的预定部分的采空区打孔并填充。
7.如权利要求6 所述的方法，其特征在于，所述“通过所述地下气化炉原有的进气孔填充所述预定部分的采空区”的步骤中，
所述预定部分的采空区为由所述地下气化炉的进气孔所形成的采空区。
8.如权利要求1 所述的方法，其特征在于：所述“填充一次气化后的所述地下气化炉的全部或预定部分的采空区；”步骤之前，还包括：
向所述地下气化炉内注水或者含水液体降温的步骤。
9.如权利要求1 所述的方法，其特征在于：所述“填充一次气化后的所述地下气化炉的全部或预定部分的采空区；”步骤中，包括：
使用浆态物料填充所述地下气化炉的全部或预定部分的采空区；和/ 或，
使用液体物料填充所述地下气化炉的全部或预定部分的采空区；和/ 或，
使用固体物料填充所述地下气化炉的全部或预定部分的采空区。
10.如权利要求9 所述的方法，其特征在于：所述浆态物料为水泥与水混合后的浆料、地面煤气化的灰渣与水混合后的浆料、地面化工残渣与水混合后的浆料、土与水混合后的浆料和电厂残渣粉碎后与水混合后的浆料之一或组合物；
所述液体物料为遇水膨胀的凝胶类、混合后的发泡剂和升温膨胀的发泡剂之一或组合物；
所述固体物料为煤灰、石灰和矿渣之一或组合物。
11.如权利要求1-5 任一项所述的方法，其特征在于：所述气化剂为含氧气体或含氧气液混合体。
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