CN107313806B - 一种煤炭地下气化燃空区回填系统和回填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤炭地下气化燃空区回填系统和方法，其用于对煤炭地下气化燃空区进行回填物的填充，所述系统包括：定向钻孔单元，其用于从地面向燃空区按照规定的间距钻出垂直孔，并在煤层顶板将所述垂直孔贯通，形成一个L型定向孔；回填物破碎单元，其用于对选择的需要破碎的燃空区回填物进行破碎；回填物洗选单元，其用于对回填物破碎单元传送的燃空区回填物进行洗选，生成符合回填物洗选单元洗选要求的回填物；回填物搅拌单元，其用于将回填物洗选单元生成的回填物与水混合，搅拌均匀后形成具有流动性的浆体回填物；排管单元，其用于驱动油管沿定向孔进行前进和后退的动作以将浆体回填物通过垂直孔输送入煤炭地下气化燃空区。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭地下气化领域，并且更具体地，涉及一种煤炭地下气化燃空区回填系统和回填方法。
背景技术
当利用煤炭地下气化技术对煤层进行原位气化时，原煤将转化为煤气沿气流通道输送到地面，使煤层中出现一系列的燃空区。随着燃空区四周地质构造的变化，燃空区顶板裂隙发育到一定程度后，顶板冒落导致燃空区上方地层结构下移，从地面的表现上看，将出现地表塌陷等地质现象，进而可能破坏地面建筑物、公路和铁路的正常结构和功能，也可能使河流发生断流现象，因此在煤层气化完毕后，需要采取相应的措施对燃空区进行回填。
发明内容
为了解决背景技术存在的煤炭地下气化后出现燃空区致使地表塌陷的技术问题，本发明提供一种煤炭地下气化燃空区回填系统及回填方法。本发明所述的煤炭地下气化燃空区回填系统，其用于对煤炭地下气化燃空区进行回填物的填充，所述系统包括：
定向钻孔单元，其用于从地面向燃空区按照规定的间距钻出垂直孔，并在煤层顶板将所述垂直孔贯通，形成一个L型定向孔。
回填物破碎单元，其用于对选择的需要破碎的燃空区回填物进行破碎。
回填物洗选单元，其用于对回填物破碎单元传送的燃空区回填物进行洗选，生成符合回填物洗选单元洗选要求的回填物，符合回填物洗选单元洗选要求的回填物是小粒度的、均匀的回填物。
回填物搅拌单元，其用于将回填物洗选单元生成的回填物与水混合，搅拌均匀后形成具有流动性的浆体回填物。当回填物与水混合时，为了减少水的消耗量，改善浆体的流动性和抗压强度，可在水中加入一些表面活性剂，目前应用比较多的是木质素磺酸盐、萘甲醛缩聚磺酸盐、嘧胺甲醛缩聚磺酸盐、以及羟基羟酸盐等几类。
排管单元，其用于驱动油管沿定向孔进行前进和后退的动作以将浆体回填物通过垂直孔输送入煤炭地下气化燃空区。
优选地，所述系统还包括加压单元，其用于对浆体回填物进行加压以提高浆体回填物在油管、垂直孔和燃空区中的流动性。
优选地，所述加压单元是压缩机。
优选地，所述回填物破碎单元是破碎机。
优选地，所述回填物洗选单元是砂石洗选机。
优选地，所述回填物搅拌单元是搅拌机。
优选地，所述回填物是水泥、工业废渣和矸石中的至少一种。
优选地，定向钻孔单元从地面向燃空区钻出垂直孔时的间距由燃空区浆体回填物的流动性决定，当浆体回填物的流动性大时，所述垂直孔的间距疏，当浆体回填物的流动性小时，所述垂直也的间距密。
优选地，所述燃空区回填物的数量由燃空区的体积决定，所述燃空区的体积可以根据气化过程中该区域的煤气产量，利用碳元素守恒定律来求解。具体方法如下：
假设m(kg)的原煤发生了气化反应，在t(h)的气化时间内，气化炉以v(m3/h)的流量输出冷煤气，该冷煤气中含碳气体组分为CO、CO2、CH4，其百分比浓度分别为：x1、x2、x3，原煤中C元素的质量百分数为w(％)，原煤的密度ρ(kg/m3)，由于气化时间t、煤气流量、CO、CO2、CH4的浓度x1、x2、x3、原煤中C的百分含量w都是可以测量的，为已知量，则根据碳元素守恒的计算公式即可获得参与气化反应的原煤的质量m(kg)，计算公式如下：
m*w/12＝v*t*(x1+x2+x3)/22.4
当计算出发生气化反应的原煤的质量m后，则参与气化的原煤的体积V＝m/ρ。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种煤炭地下气化燃空区回填方法，所述方法包括：
定向钻孔单元从地面向燃空区按照规定的间距钻出垂直孔，并在煤层顶板将所述垂直孔贯通，形成一个L型定向孔；
回填物破碎单元对选择的需要破碎的燃空区回填物进行破碎后传送到回填物洗选单元，由其对破碎后的燃空区回填物进行洗选，生成符合回填物洗选单元洗选要求的回填物；
回填物搅拌单元将回填物洗选单元生成的回填物与水混合，搅拌均匀后形成具有流动性的浆体回填物；
浆体回填物经加压单元加压后注入油管中，在排管单元的驱动下，缓慢前进到定向孔的末端与垂直孔的交汇处进行浆体回填物的填充；
当所述交汇处的燃空区填充完毕后，排管单元驱动油管后退至下一个垂直孔处继续进行填充，重复所述排管单元后退并填充的操作，直至燃空区填充完毕。
本发明所提供的技术方案具有如下有益的技术效果：
1、所述技术方案利用排管单元驱动油管输送回填物质，通过定向孔和垂直孔的连通通道，可以有效控制回填量，有助于充分地回填燃空区的空间；
2、所述技术方案能较好地实现燃空区回填，抑制顶板冒落，避免地表塌陷问题；
3、所述技术方案实现了合理利用工业废渣和矸石，可有效解决地面环境污染问题。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1是本发明具体实施方式的煤炭地下气化燃空区回填系统的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式的煤炭地下气化燃空区回填方法的流程图；
图3是本发明具体实施方式的煤炭地下气化煤空区回填方法的示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1是本发明具体实施方式的煤炭地下气化燃空区回填系统的结构示意图。如图1所示，所述煤炭地下气化燃空区回填系统包括：
定向钻孔单元101，其用于从地面向燃空区按照规定的间距钻出垂直孔，并在煤层顶板将所述垂直孔贯通，形成一个L型定向孔。
回填物破碎单元102，其用于对选择的需要破碎的燃空区回填物进行破碎。
回填物洗选单元103，其用于对回填物破碎单元传送的燃空区回填物进行洗选，生成符合回填物洗选单元洗选要求的回填物，所述洗选的回填物需要是小粒度的、均匀的。
回填物搅拌单元104，其用于将回填物洗选单元生成的回填物与水混合，搅拌均匀后形成具有流动性的浆体回填物。
排管单元105，其用于驱动油管沿定向孔进行前进和后退的动作以将浆体回填物通过垂直孔输送入煤炭地下气化燃空区。
优选地，所述系统还包括加压单元106，其用于对浆体回填物进行加压以提高浆体回填物在油管、垂直孔和燃空区中的流动性。
优选地，所述加压单元106是压缩机。
优选地，所述回填物破碎单元102是破碎机。
优选地，所述回填物洗选单元103是砂石洗选机。
优选地，所述回填物搅拌单元104是搅拌机。
优选地，所述回填物是水泥、工业废渣和矸石中的至少一种。
优选地，定向钻孔单元101从地面向燃空区钻出垂直孔时的间距由燃空区浆体回填物的流动性决定。
优选地，所述燃空区回填物的数量由燃空区的体积决定，所述燃空区的体积可以根据气化过程中该区域的煤气产量，利用碳元素守恒定律来求解。
图2是本发明具体实施方式的煤炭地下气化燃空区回填方法的流程图。如图2所示，所述方法200从步骤201开始。
在步骤201，定向钻孔单元从地面向燃空区按照规定的间距钻出垂直孔，并在煤层顶板将所述垂直孔贯通，形成一个L型定向孔；
在步骤202，回填物破碎单元对选择的需要破碎的燃空区回填物进行破碎后传送到回填物洗选单元，由其对破碎后的燃空区回填物进行洗选，生成符合回填物洗选单元洗选要求的回填物；
在步骤203，回填物搅拌单元将回填物洗选单元生成的回填物与水混合，搅拌均匀后形成具有流动性的浆体回填物；
在步骤204，浆体回填物经加压单元加压后注入油管中，在排管单元的驱动下，缓慢前进到定向孔的末端与垂直孔的交汇处进行浆体回填物的填充；
在步骤205，当所述交汇处的燃空区填充完毕后，排管单元驱动油管后退至下一个垂直孔处继续进行填充，重复所述排管单元后退并填充的操作，直至燃空区填充完毕。
图3是本发明具体实施方式的煤炭地下气化煤空区回填方法的示意图。如图3所示，在定向钻孔单元在需要进行回填的燃空区完成垂直孔和定向孔的工作后，当所述系统的回填物破碎单元102是破碎机、回填物洗选单元103是砂石洗选机、回填物搅拌单元是搅拌机、加压单元106是压缩机以及所述回填物是水泥、工业废渣和矸石的混合物时，破碎机对混合物进行破碎后传送到砂石洗选机，由其对破碎后的混合物进行洗选，生成符合回填物洗选单元洗选要求的回填物，搅拌机将砂石洗选机洗选出来的回填物与水混合，搅拌均匀后形成具有流动性的浆体回填物，然后浆体回填物经压缩机加压后注入油管中，在排管单元的驱动下，缓慢前进到定向钻孔单元钻出的定向孔的末端与垂直孔的交汇处进行浆体回填物的填充。从图3中可以看出，当在所述定向孔的末端与垂直孔的交汇处所述交汇处将燃空区填充完毕后，排管单元可驱动油管后退至下一个垂直孔处继续进行填充，重复所述排管单元后退并填充的操作，即可将所有燃空区填充完毕。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该【装置、组件等】”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种煤炭地下气化燃空区回填系统，其用于对煤炭地下气化燃空区进行回填物的填充，其特征在于，所述系统包括：
定向钻孔单元，其用于从地面向燃空区按照规定的间距钻出多个垂直孔，并在煤层顶板将所述垂直孔贯通，形成一个L型定向孔；
回填物破碎单元，其用于对选择的需要破碎的燃空区回填物进行破碎；
回填物洗选单元，其用于对回填物破碎单元传送的燃空区回填物进行洗选，生成符合回填物洗选单元洗选要求的回填物；
回填物搅拌单元，其用于将回填物洗选单元生成的回填物与水混合，搅拌均匀后形成具有流动性的浆体回填物；
排管单元，其用于驱动油管沿定向孔进行前进和后退的动作以将浆体回填物通过垂直孔输送入煤炭地下气化燃空区，包括：
将浆体回填物注入油管中，在排管单元的驱动下，缓慢前进到定向钻孔的末端与垂直孔的交汇处进行浆体回填物的填充；
当所述交汇处的燃空区填充完毕后，排管单元驱动油管后退至下一个垂直孔处继续进行填充，重复所述排管单元后退并填充的操作，直至燃空区填充完毕。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括加压单元，其用于对浆体回填物进行加压以提高浆体回填物在油管、垂直孔和燃空区中的流动性。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述加压单元是压缩机。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回填物破碎单元是破碎机。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回填物洗选单元是砂石洗选机。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回填物搅拌单元是搅拌机。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回填物是水泥、工业废渣和矸石中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，定向钻孔单元从地面向燃空区钻出垂直孔时的间距由燃空区浆体回填物的流动性决定。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃空区回填物的数量由燃空区的体积决定。
10.一种煤炭地下气化燃空区回填方法，其特征在于，所述方法包括：
定向钻孔单元从地面向燃空区按照规定的间距钻出多个垂直孔，并在煤层顶板将所述垂直孔贯通，形成一个L型定向孔；
回填物破碎单元对选择的需要破碎的燃空区回填物进行破碎后传送到回填物洗选单元，由其对破碎后的燃空区回填物进行洗选，生成符合回填物洗选单元洗选要求的回填物；
回填物搅拌单元将回填物洗选单元生成的回填物与水混合，搅拌均匀后形成具有流动性的浆体回填物；
浆体回填物经加压单元加压后注入油管中，在排管单元的驱动下，缓慢前进到定向钻孔的末端与垂直孔的交汇处进行浆体回填物的填充；
当所述交汇处的燃空区填充完毕后，排管单元驱动油管后退至下一个垂直孔处继续进行填充，重复所述排管单元后退并填充的操作，直至燃空区填充完毕。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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