CN112881170B - 一种煤炭地下气化实际采厚的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种煤炭地下气化实际采厚的计算方法，适用于煤炭地下气化施工区域使用。首先通过资料或者检测煤样获取待气化区域的煤层的平均灰分率，之后通过煤层高度计算出气化后自然产生的灰分厚度，对煤样模拟气化后产生的灰分进行压力测试，从而模拟获得待气化区域的灰分压缩率，最终根据煤层厚度、煤层平均灰分率、实际上覆岩层压力及灰分压缩率计算煤炭地下气化实际采厚。其计算步骤简单，更符合实际情况，有效提高使覆岩裂隙发育高度和地表沉陷预测结果的精度，保证建筑物及水体下煤炭资源安全气化开采，对实际工作具有很强的指导作用。

Description

一种煤炭地下气化实际采厚的计算方法
技术领域
本发明涉及一种采厚的计算方法，尤其适用于煤炭地下气化施工区域使用，兼顾了煤炭地下气化特点及残留固体废弃物性质的一种煤炭地下气化实际采厚的计算方法。
技术背景
煤炭地下气化(UCG)是指集建井﹑采煤﹑转化工艺为一体的多学科开发清洁能源与化工合成气的新技术，是煤炭流态化开采的重要组成部分，是我国先进能源技术领域的重要方向之一。目前多种工艺的小规模煤炭地下气化工业性实验陆续取得成功，为进一步大规模实验和生产奠定了基础。但未来煤炭地下气化规模化生产设计及推广应用时，必然要计算地下气化覆岩裂隙发育高度和地表移动与变形，来保证建(构)筑物及水体下安全气化采煤。因此，如何计算地下气化覆岩裂隙发育高度和地表移动与变形是亟待解决的瓶颈难题。
覆岩裂隙发育高度及地表移动与变形值与很多因素相关，包括采厚、煤层倾角、采深、岩层性质等等，其中采厚是计算覆岩裂隙发育高度及地表移动与变形核心参数，显著影响覆岩裂隙发育高度及地表移动与变形计算结果。虽然目前不少学者围绕煤炭地下气化中残留固体废弃物成分开展了研究，也研究了煤炭地下气化内部裂隙发育规律及其与声发射的关系，但目前尚未有计算煤炭地下气化实际采厚的计算方法。
发明内容
针对上述技术不足之处，提供一种步骤简单，精准度高，兼顾煤炭地下气化特点及残留固体废弃物性质的地下气化实际采厚的计算方法。
为了实现上述技术目的，本发明的煤炭地下气化实际采厚的计算方法，首先通过资料或者检测煤样获取待气化区域的煤层的平均灰分率，之后通过煤层高度计算出气化后自然产生的灰分厚度，对煤样模拟气化后产生的灰分进行压力测试，从而模拟获得待气化区域的灰分压缩率，最终根据煤层厚度、煤层平均灰分率、实际上覆岩层压力及灰分压缩率计算煤炭地下气化实际采厚。
具体来说，首先利用矿区资料确定检测区域中待气化区域的地层情况，获得煤层厚度信息，同时确认该处煤层的物理力学性质，分析煤层的成分，然后根据煤层的物理力学性质以及成分分析结果确定所含煤的平均灰分率，计算出该区域煤层若气化后遗留的灰分厚度；之后通过测试煤层灰分的压缩性能得到该处煤层的压力与灰分压缩率的关系数据，利用灰分厚度和灰分压缩率确定计算出煤炭地下气化压缩后灰分厚度；最终通过将煤层厚度信息与气化压缩后灰分厚度相减获得煤炭地下气化实际采厚。
所述地层情况包括煤炭地下气化区域地质采矿条件以及该区域煤样的物理、化学与力学性质资料，煤层厚度m,依据煤层的物理力学性质和成分信息确定该区域煤层中灰分占总成分的平均灰分率βa，利用公式：ma＝m·βa，则可以推导出该区域煤层若煤炭气化后遗留的灰分厚度ma，m为煤层厚度。
测试煤层灰分的压缩性能的具体步骤为：
利用钻孔的方式获取待气化区域的煤层中的煤样，然后对采集的煤样进行燃烧处理并收集燃烧后的灰分，之后对燃烧后的灰分进行压力测试，进而得到压力与灰分压缩率的关系式：
Figure BDA0002891621380000021
进而计算出当前测试区域的灰分压缩率；式中：y为灰分压缩率，x是压力，a、b、c为常数系数，不同地方或煤样试验结果取值不同。
压力与灰分压缩率关系获取步骤为：利用推导出该区域煤层气化后遗留的灰分厚度ma以及该区域煤层的压力与灰分压缩率的关系，通过公式：ma′＝ma·(1-y)，计算出煤炭地下气化压缩后灰分厚度ma′，式中y为灰分的压缩率，1-y为刨除灰分外其它成分占总成分的比率。
通过将获取的煤层厚度m与气化压缩后灰分厚度ma′相减，即可获得煤炭地下气化实际采厚m实，具体公式为：m实＝m-ma′。
有益效果：本申请能够精确的确定检测区域煤炭地下气化实际采厚，从而准确推导出气化过程中气化炉的宽度，在保证安全的情况下最大限度的减少冗余浪费，显著提高气化资源的采出率；能显著提高覆岩裂隙发育高度及地表移动与变形预测精度，实现建(构)筑物及水体下安全气化采煤。
附图说明
图1为本发明煤炭地下气化实际采厚的计算方法的煤层变化示意图。
具体实施方式
下面将结合图和具体实施过程对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，本发明的煤炭地下气化实际采厚的计算方法，首先利用矿区资料确定检测区域中待气化区域的地层情况，获得煤层厚度信息，同时确认该处煤层的物理力学性质，分析煤层的成分，其中地层情况包括煤炭地下气化区域地质采矿条件以及该区域煤样的物理、化学与力学性质资料，煤层厚度m,
然后依据煤层的物理力学性质和成分信息确定该区域煤层中灰分占总成分的平均灰分率βa；
利用公式：ma＝m·βa，则可以推导出该区域煤层若煤炭气化后遗留的灰分厚度ma，m为煤层厚度；
之后测试煤层灰分的压缩性能的具体步骤为：
利用钻孔的方式获取待气化区域的煤层中的煤样，然后对采集的煤样进行燃烧处理并收集燃烧后的灰分，之后对燃烧后的灰分进行压力测试，进而得到压力与灰分压缩率的关系式：
Figure BDA0002891621380000031
进而计算出当前测试区域的灰分压缩率；式中：y为灰分压缩率，x是压力，a、b、c为常数系数，不同地方或煤样试验结果取值不同；
通过测试煤层灰分的压缩性能得到该处煤层的压力与灰分压缩率的关系数据，利用灰分厚度和灰分压缩率确定计算出煤炭地下气化压缩后灰分厚度；
具体的，利用推导出该区域煤层气化后遗留的灰分厚度ma以及该区域煤层的压力与灰分压缩率的关系，通过公式：ma′＝ma·(1-y)，计算出煤炭地下气化压缩后灰分厚度ma′，式中y为灰分的压缩率，1-y为刨除灰分外其它成分占总成分的比率；
通过将获取的煤层厚度m与气化压缩后灰分厚度ma′相减，即可获得煤炭地下气化实际采厚m实，具体公式为：m实＝m-ma′。
实施例一、
步骤1：针对煤炭地下气化区域，收集研究区域地质采矿条件以及煤的物理、化学与力学性质等相关资料，了解煤炭地下气化工艺以及气化后的产物类型；
步骤2：根据收集的资料确定煤层厚度3m,依据煤层的性质和成分组成确定煤的平均灰分率30％,则可以计算得到煤的灰分厚度ma为：
ma＝0.9m；
步骤3：利用钻孔的方式获取煤炭地下气化区域煤样，在实验室对煤样进行燃烧处理，进而利用压力实验机对燃烧后的灰分进行测试，测试得到当压力为6Mpa时灰分压缩率为20％；然后根据上覆岩层压力6Mpa及上述测试的压力与灰分压缩率的关系，计算出煤炭地下气化压缩后灰分厚度ma′为：
ma′＝0.72m；
步骤4：根据煤层厚度3m、煤层平均灰分率30％及灰分的压缩率20％，计算煤炭地下气化实际采厚m实，
m实＝2.28m。

Claims (5)

1.一种煤炭地下气化实际采厚的计算方法，其特征在于：首先通过资料或者检测煤样获取待气化区域的煤层的平均灰分率，之后通过煤层高度计算出气化后自然产生的灰分厚度，对煤样模拟气化后产生的灰分进行压力测试，从而模拟获得待气化区域的灰分压缩率，最终根据煤层厚度、煤层平均灰分率、实际上覆岩层压力及灰分压缩率计算煤炭地下气化实际采厚；
具体步骤如下：首先利用矿区资料确定检测区域中待气化区域的地层情况，获得煤层厚度信息，同时确认该处煤层的物理力学性质，分析煤层的成分，然后根据煤层的物理力学性质以及成分分析结果确定所含煤的平均灰分率，计算出该区域煤层若气化后遗留的灰分厚度；之后通过测试煤层灰分的压缩性能得到该处煤层的压力与灰分压缩率的关系数据，利用灰分厚度和灰分压缩率确定计算出煤炭地下气化压缩后灰分厚度；最终通过将煤层厚度信息与气化压缩后灰分厚度相减获得煤炭地下气化实际采厚。
2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化实际采厚的计算方法，其特征在于：所述地层情况包括煤炭地下气化区域地质采矿条件以及该区域煤样的物理、化学与力学性质资料，煤层厚度m, 依据煤层的物理力学性质和成分信息确定该区域煤层中灰分占总成分的平均灰分率βa，利用公式：ma＝m·βa，则可以推导出该区域煤层若煤炭气化后遗留的灰分厚度ma，m为煤层厚度。
3.根据权利要求2所述的煤炭地下气化实际采厚的计算方法，其特征在于测试煤层灰分的压缩性能的具体步骤为：
利用钻孔的方式获取待气化区域的煤层中的煤样，然后对采集的煤样进行燃烧处理并收集燃烧后的灰分，之后对燃烧后的灰分进行压力测试，进而得到压力与灰分压缩率的关系式：
Figure DEST_PATH_FDA0002891621370000011
，进而计算出当前测试区域的灰分压缩率；式中：y为灰分压缩率，x是压力，a、b、c为常数系数，不同地方或煤样试验结果取值不同。
4.根据权利要求3所述的煤炭地下气化实际采厚的计算方法，其特征在于压力与灰分压缩率关系获取步骤为：利用推导出该区域煤层气化后遗留的灰分厚度ma以及该区域煤层的压力与灰分压缩率的关系，通过公式：ma′＝ma·(1-y)，计算出煤炭地下气化压缩后灰分厚度ma′，式中y为灰分的压缩率，1-y为刨除灰分外其它成分占总成分的比率。
5.根据权利要求4所述的煤炭地下气化实际采厚的计算方法，其特征在于：通过将获取的煤层厚度m与气化压缩后灰分厚度ma′相减，即可获得煤炭地下气化实际采厚m实，具体公式为：m实＝m-ma′。
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