CN1231656C - 地下气化炉过断层的方法 - Google Patents

Abstract

一种地下气化炉过断层的方法，涉及煤炭地下气化工艺，在炉体内断层两盘远离气化通道的一盘、沿断层走向，由两条气流通道开门，相对地掘两条辅助巷道：上导燃巷和下导燃巷。下导燃巷靠近断层，从其迎头或距迎头一定距离开门、掘穿过断层的过渡巷，使断层上、下盘煤层沟通。上、下导燃巷的迎头与各自相对的气流通道间要留一定宽度的煤柱，两导燃巷之间有一段彼此靠近的重叠段，该重叠段要有一定的有效长度和煤柱宽度。当两气流通道上端的进、出气口分别位于断层的上、下两盘时，只掘下导燃巷及过渡巷。通过这种特殊巷道布置，使气化工作面在不断气化推进中，靠自身燃烧，与上、下导燃巷燃通，自行越过断层。减少资源损失，避免重复建设，节省投资。

Description

地下气化炉过断层的方法

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化工艺，特别是一种在地下气化炉煤层内遇到落差接近或大于煤层厚度的断层时，让气化工作面依靠自身燃烧气化和不断推进，自行越过断层而不被阻断，维持气化继续进行的地下气化炉过断层的方法。

背景技术

在煤炭地下气化工艺中，地下气化炉是地下煤炭进行热化学反应产生可燃气体的场所，它由炉体和导引通道组成。炉体由气化通道、气流通道所构成。①气化通道一般是沿煤层的走向或近走向布置，特殊情况沿伪倾斜方向布置，如：受边界断层限制；它是地下气化炉点火初期热化学反应的场所，随着地下气化炉的运行，逐渐向上山方向移动，此时称为气化工作面。②气流通道一般分别沿煤层的倾向或近倾向布置，特殊情况沿伪倾斜方向布置，如：受边界断层限制。气流通道一般有两条，其下端分别连接在气化通道两端，是气化通道进、出气流的通道，起着对气化通道供应气化剂和排出煤气的作用；它们的上端分别与导引通道相连。随着地下气化炉的运行、气化工作面不断向上山方向推进，气流通道的长度将逐渐缩短，直至气化到它们的上端、即两气流通道的进、出气口。③导引通道：一般有两条；其中一条导引通道一端接气流通道上端出气口，另一端接地面煤气管道；另一条导引通道一端接气流通道上端进气口，另一端接地面的或井下的供气设备或供气管道。导引通道可以是钻孔、立井、巷道或管道等，也可以是它们的混合方式。

如果在炉体内，有落差接近或大于煤层厚度的断层，煤层将被基本或完全断开。当气化工作面在不断燃烧气化、推进过程中，遇到这样的断层，将因煤层不连续或连续部分过少，而不能维持气化继续正常进行、甚至中断。所以，以前在炉体内均不允许有落差接近或大于煤厚的断层，使得许多煤层因断层问题难以布置地下气化炉，或者被迫分成多个炉体小的气化炉，使地下气化回收率大大降低，或气化投资大幅度增加，限制了煤炭地下气化的发展。而在不易用井巷法开采的、矿井遗弃煤层中，往往是地质构造复杂、断层发育的区域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：当地下气化炉的煤层内遇到落差接近或大于煤层厚度的断层时，设法让气化工作面依靠自身的燃烧气化、不断推进，能自行越过断层继续推进，而不被阻断；从而减少资源损失，避免地下气化炉重复建设，节省投资；为此而提供一种地下气化炉过断层方法。

为解决上述技术问题本发明可采用以下技术方案：

在用气化通道、气流通道及其导引通道，构建地下气化炉的过程中，当在炉体内遇到落差大于或等于煤层厚度的走向断层或斜交断层时，地下气化炉过断层的方法是：在断层的两盘远离气化通道的一盘，沿断层走向，分别从两条气流通道开门，相对地开掘两条辅助巷道——上导燃巷和下导燃巷。下导燃巷靠近断层掘进，与断层的间距为0～15m，在下导燃巷的迎头或者退回1～20m开门、掘穿过断层的过渡巷。过渡巷穿过断层至断层另一盘的煤层。当过渡巷的长度＞5m时，巷内须堆放连续的散煤。上导燃巷迎头与相对的气流通道之间，以及下导燃巷迎头与相对的气流通道之间，要留煤柱，煤柱宽度：薄煤层＞5m、中厚及厚煤层＞10m。上导燃巷与下导燃巷之间有一段彼此靠近的重叠段，该重叠段的有效长度＞5m，重叠段处两导燃巷之间煤柱宽度：薄煤层为3～15m、中厚及厚煤层为5～20m。所谓重叠段的有效长度，即：重叠段的长度减去下导燃巷6迎头至过渡巷8开门位置的距离。

当地下气化炉两气流通道上端的进、出气口，分别位于断层的上、下两盘时，只掘下导燃巷及其过渡巷，不掘上导燃巷。过渡巷应设在靠近其进、出气口在断层之下的气流通道一侧。断层之下，指断层距离气化通道较近的一盘。

为解决上述技术问题本发明还可以采用以下技术方案：

其过渡巷过断层时，要垂直穿过断层；过断层见煤后，要沿煤层继续掘进2～10m，并沿断层走向、掘一段辅助迎火巷。该辅助迎火巷的长度为1～20m，其迎头与相对的气流通道间的煤柱宽度，与下导燃巷的迎头与该气流通道间的煤柱宽度的要求相同。

其上、下导燃巷和辅助迎火巷内，要堆放连续的散煤。对于过渡巷，当其长度≤5m时，巷内最好也要堆放连续的散煤。散煤的堆放量要使其堆放断面面积占巷道横断面面积的1/4～3/4。

其上导燃巷的迎头与相对的气流通道之间、以及下导燃巷的迎头与相对的气流通道之间的煤柱宽度的优选值：薄煤层为20～30m、中厚煤层为25～35m、厚煤层为30～40m。

其下导燃巷与断层的间距以1～10m为优选；上、下导燃巷重叠段的有效长度以10～20m为优选。

当断层为斜交断层时，过渡巷过断层的位置，应选在断层与气化通道之间距离远的一侧，或选在气化炉走向上的中间。

当上导燃巷的非重叠段的长度≥20m时，上导燃巷也靠近断层掘进，当上导燃巷掘至距下导燃巷的迎头5～20m时，再改变方向、沿煤层向上掘进，当迎头与下导燃巷或其延长线的距离5～15m时，再改变方位，按平行于下导燃巷的方向，继续掘出与下导燃巷之间的重叠段。

当断层或炉体内的煤层含水时，上、下导燃巷的坡度沿水平或正坡度掘进，使上、下导燃巷的水能自然流出。

本发明的有益效果是：①充分利用地下煤炭资源，减少资源损失；充分利用地下气化炉的基础建设，避免地下气化炉工程重复建设，减少施工工程量，节省投资。②方法简单，经济易行，安全可靠。

附图说明

图1：地下气化炉过走向断层或斜交断层断层的平面示意图

图2：图1的A-A剖视图、过渡巷由正断层的下盘穿过断层的示意图

图3：地下气化炉过斜度较大的斜交断层的平面示意图

图4：图3的B-B剖视图、过渡巷由逆断层的下盘穿过断层的示意图

图5：气流通道进气口位于断层之下的地下气化炉过断层的立体示意图

图6：气流通道出气口位于断层之下的地下气化炉过断层的立体示意图

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述。

实施例1：

图1、2示出本发明地下气化炉过断层的一般方法。所说的断层是指落差大于或接近煤厚的断层，断层走向与煤层走向基本相同或斜交，即断层走向与气化通道10的方向基本相同或斜交。如：煤层厚度2.2m，断层落差2.4m。断层可以是正断层，也可以是逆断层。若断层落差过大或倾角过大，经济上不合理。

在地下气化炉的构建过程中，在井下利用矿井原有生产系统、采用通常掘进方法，沿煤层11倾向或近倾向方向掘进气流通道2和4，沿煤层11的走向或近走向方向掘进气化通道10，圈出炉体的范围。由地面用普通钻探方法，钻出进气孔1和排气孔3，装入套管，分别与井下的气流通道2和4的上端贯通。在这种地下气化炉中，进气孔1和排气孔3即为进气和出气的两条导引通道；而且，进气孔1和排气孔3以及与之相连的气流通道2和4，可根据气化炉运行需要，进行进、出气的转换。在掘进施工中，当遇到断层7，除了两条气流通道2和4要穿过断层至另一盘煤层继续掘进外，过断层的方法和措施是：在断层7的远离气化通道10的一盘，沿断层7走向、分别由两条气流通道2和4开门、相对地掘进两条辅助巷道：上、下导燃巷5和6，以及与下导燃巷6连接的过渡巷8。其中：

下导燃巷6——靠近断层7、与断层7走向基本平行、与断层7之间的间距L₁在0～15m之间；其始端接气流通道4，从迎头或退回1～20m开门、掘一段穿过断层7的过渡巷8。下导燃巷6与相对的气流通道2之间要接近并保持一定宽度的煤柱，该煤柱宽度L₅：薄煤层＞5m、中厚及厚煤层＞10m。巷内最好堆放连续的散煤。通常情况下，下导燃巷6与断层7的间距L₁的优选值为1～10m，具体根据断层的地质条件而定；下导燃巷6的迎头与气流通道2之间的煤柱宽度L₅的优选值为：薄煤层20～30m、中厚煤层25～35m、厚煤层30～40m。

过渡巷8——穿过断层7，是沟通断层7的上、下盘煤层11的通道；可以与断层7走向垂直，也可以斜交，但最好垂直。对落差接近于煤厚的断层7，可以用起底挑顶的方法过断层7；对落差大于煤厚的断层7，其中间要掘一段岩巷：岩石斜巷或石门。穿过断层7一端的迎头，掘至另一盘煤层11、见煤后，最好沿煤层11继续掘2～10m。其断面可以是梯形、矩形、拱形等。当过渡巷8长度L₇＞5m时，巷内必须堆放连续的散煤；当L₇≤5m时，巷内最好也堆放连续的散煤。

上导燃巷5——与断层7走向、下导燃巷6基本平行，其一端始于气流通道2，另一端的迎头与相对的气流通道4要接近并保持一定宽度的煤柱，该煤柱宽度L₄，和下导燃巷6与气流通道2之间的煤柱宽度L₅的要求相同。该巷内最好堆放连续的散煤。

上导燃巷5与下导燃巷6之间要有一段彼此靠近、大致平行的重叠段，该重叠段要求有一定的有效长度、并保留一定宽度的煤柱。重叠段的有效长度L₃，即重叠段的长度减去下导燃巷6迎头至过渡巷8开门位置的距离。通常情况下，有效长度L₃＞5m；重叠段的煤柱宽度L₂：薄煤层可在3～15m选择，中厚及厚煤层在5～20m选择。例如：对于2m的中厚煤层，其L₃可选5m、20m、40m，优选值为10～20m；煤柱宽度L₂可选5m、10m、20m。

以上所述的上导燃巷5迎头与相对的气流通道4之间的煤柱宽度L₄、下导燃巷6的迎头与相对的气流通道2之间的煤柱宽度L₅、上下导燃巷5和6的重叠段的煤柱宽度L₂及辅助迎火巷9的迎头与相对的气流通道2之间煤柱宽度L₆的选择，除根据煤层厚度，还要考虑煤层节理、裂隙及煤的硬度等因素，煤层厚度大，节理、裂隙发育，煤的硬度小，煤柱宽度则选大些；否则，选小些。

上述的散煤的堆放，在上导燃巷5与下导燃巷6内，要沿巷道的上帮或两帮堆放，要连续堆放，堆放的最高处至顶板或与顶板形成接触面；堆放的散煤最好用块煤，堆放的断面面积占巷道横断面面积的1/4～3/4。煤堆在过渡巷8内，要沿一帮或两帮堆放，并且要堆放至与下导燃巷5中的散煤相连。

图2所示炉体内断层7为正断层。过渡巷8由正断层7的下盘穿过断层7，至断层的上盘，中间一段是岩石斜巷，以下山方向掘进、与断层上盘的煤层11沟通。

实施例2：

图1中还示出了在过渡巷8穿过断层7一端的迎头接辅助迎火巷9的情况，如双点划线所示。为了在气化工作面不断燃烧气化推进中，增加过渡巷8与气化工作面自动燃通的几率和可靠性。在过渡巷8穿过断层7一端的迎头，再沿断层7的走向、在煤层11中掘一段辅助迎火巷9。辅助迎火巷9的长度L₈可以选择1～20m。辅助迎火巷9的迎头与相对的气流通道2之间的煤柱宽度L₆，与下导燃巷6的迎头与气流通道2之间的煤柱宽度L₅的要求相同。辅助迎火巷9内最好堆放煤堆，形式与上、下导燃巷5、6相同。其余同实施例1。

实施例3：

图3中示出了炉体内遇到斜度大的斜交断层7时的巷道布置方式。当炉体内的断层7为斜交断层、断层7走向与煤层走向的夹角α≥25°时，由于气化工作面推进到断层两边所用的时间相差较大，出于充分利用资源的考虑，此时过渡巷8过断层的位置应选在断层7与气化通道10距离较远的一边，即靠近气流通道4的一边，或选在气化炉走向上的中间。此时在断层7远离气化通道10一侧、沿断层7走向、掘出的下导燃巷6长度较短，上导燃巷12长度较长；同时，上导燃巷12与下导燃巷6非重叠段也较长。当非重叠段的长度≥20m时，由气流通道2开门掘进的上导燃巷12，其非重叠段可以靠近断层7掘进，当上导燃巷12接近下导燃巷6的迎头、距离5～20m时，改变方向，沿煤层向上掘进，在迎头与下导燃巷6或其延长线的距离5～15m时，再改变方位，按平行于下导燃巷6的方向，继续掘出和下导燃巷6之间的重叠段，即按煤柱宽度L₂的要求掘出靠近且平行于下导燃巷6的区段。在过渡巷8穿过断层7一端的迎头，也可掘辅助迎火巷9。其余同实施例1、2。

图4中所示炉体内的断层7是逆断层。过渡巷8由逆断层下盘穿过断层7至断层的上盘，其中间一段是石门，它以水平方向掘进、与断层上盘煤层11沟通。

实施例4：

当地下气化炉内的断层或煤层含水时，上、下导燃巷5和6的坡度沿水平或一定正坡度掘进，以便使上、下导燃巷5和6的水能够自然流出。

实施例5：

图5示出气流通道进气口、出气口分别在断层7不同的两盘时地下气化炉过断层的一种情况，即气流通道2上端的进气口和气化通道10在断层7的同一盘、且断层7靠近气流通道2上端进气口。此时，气流通道4上端出气口在断层7另一盘。这种地下气化炉过断层时，可只掘下导燃巷6、过渡巷8，以及辅助迎火巷9，而省略上导燃巷5。其下导燃巷6由气流通道4开门，在出气口所在的断层的一盘掘进；过渡巷8的位置设在靠近气流通道2的进气口一侧。下导燃巷6、过渡巷8以及辅助迎火巷9的有关长度、煤柱宽度及堆煤要求等，与实施例1、2相同。

在图5中，与气流通道2上端相接的导引通道是：联络巷20和小斜井13。进气管道14由地面经斜井13、联络巷20，穿过密闭19至气流通道2上端的进气口。与气流通道4上端相接的导引通道是：联络巷18和小立井16。出气路径：由接在气流通道4上端的出气口处的出气管道17，穿过密闭19，经联络巷18、小立井16，接至地面煤气管道15。

实施例6：

图6示出气流通道进气口、出气口分别在断层7不同的两盘时地下气化炉过断层的另一种情况，即气流通道4上端的出气口和气化通道10在断层7同一盘、且断层7靠近气流通道4上端出气口。此时，气流通道2上端进气口在断层7的另一盘。这种地下气化炉过断层时，同样只掘下导燃巷6、过渡巷8以及辅助迎火巷9，而省略上导燃巷5。其下导燃巷6由气流通道2开门，在进气口所在的断层7的一盘掘进；过渡巷8的位置设在靠近气流通道4出气口一侧。其余同实施例5。

在图6中，与气流通道2上端相接的导引通道是：联络巷22。进气管道23由井下供气设备24，经联络巷22，穿过密闭19至气流通道2上端的进气口。与气流通道4上端相接的导引通道是：联络巷18和钻孔21。出气路径：由气流通道4上端的出气口，经联络巷18、钻孔21，接至地面煤气管道15。

以上两例是炉内断层为斜交断层，且斜度较大、断层位于炉体上部的特殊情况。气流通道的进、出气口分别在断层两盘的地下气化炉，还可能因地物、地貌、建筑物影响或井下安全、回采等因素的限制所造成。气化工作面过断层后，过渡巷8及辅助迎火巷9将成为固定的进气或出气通道，维持气化继续进行。

工作原理：在地下气化炉中，由初始的气化通道10点燃后形成的气化工作面，不断地燃烧气化、推进。当气化工作面推进到断层7附近时，燃烧区将逐渐接近过渡巷8或辅助迎火巷9、并最终与之燃通。于是，过渡巷8或辅助迎火巷9的煤被引燃、并形成新风路。如果此时由进气孔1进风，则形成新的风路：进气孔1→气流通道2→原气化工作面→过渡巷8→下导燃巷6→气流通道4→排气孔3；此风路逐惭加热引燃过渡巷8、下导燃巷6，当下导燃巷6和上导燃巷5之间重叠段的煤柱逐渐减小并燃通后，又形成一条新的风路：进气孔1→气流通道2→上导燃巷5→下导燃巷6→气流通道4→排气孔3。此即形成跨过断层7的新的气化通道，使地下气化炉的气化过程跨过断层继续进行，不被断层阻断。

如果气化工作面推进到断层7附近时，是由排气孔3进风，气化工作面同样会在接近过渡巷8或辅助迎火巷9后，最终与之燃通，并形成新风路：排气孔3→气流通道4→下导燃巷6→过渡巷8→部分原气化工作面→气流通道2→进气孔1。过渡巷8与下导燃巷6的煤先后被燃烧，当下导燃巷6和上导燃巷5间重叠段的煤柱逐渐减小并燃通后，形成新风路：排气孔3→气流通道4→下导燃巷6→上导燃巷5→气流通道2→进气孔1；此即跨过断层7的新气化通道。实践证明，在特定条件下，气化工作面既可顺风而行，也可逆风而行，但两种情况都可以使以上过断层的方法得以实现。

Claims (8)

1.一种地下气化炉过断层的方法，在用气化通道(10)、气流通道(2、4)及其导引通道，构建地下气化炉的过程中，其特征在于：当在炉体内遇到落差大于或等于煤层厚度的走向断层或斜交断层(7)时，在断层(7)的两盘远离气化通道(10)的一盘，沿断层(7)走向，分别从两条气流通道(2、4)开门，相对地开掘两条辅助巷道：上导燃巷(5)和下导燃巷(6)；下导燃巷(6)靠近断层(7)掘进，与断层(7)的间距(L₁)为0～15m，在下导燃巷(6)迎头或退回1～20m开门、掘穿过断层(7)的过渡巷(8)；过渡巷(8)穿过断层(7)至断层(7)另一盘的煤层(11)；当过渡巷(8)的长度(L₇)＞5m时，巷内须堆放连续的散煤；上导燃巷(5)的迎头与相对的气流通道(4)之间以及下导燃巷(6)的迎头与相对的气流通道(2)之间，要留煤柱，煤柱宽度(L₄、L₅)：薄煤层＞5m、中厚及厚煤层＞10m；上导燃巷(5)与下导燃巷(6)之间有一段彼此靠近的重叠段，该重叠段的有效长度(L₈)＞5m，重叠段处两导燃巷之间的煤柱宽度(L₂)：薄煤层为3～15m、中厚及厚煤层为5～20m；

当地下气化炉两气流通道(2、4)上端的进气口和出气口，分别位于断层的上、下两盘时，只掘下导燃巷(6)及其过渡巷(8)；过渡巷(8)应设在靠近其进气口或出气口在断层之下的气流通道一侧。

2.根据权利要求1所述的地下气化炉过断层的方法，其特征在于：所说的过渡巷(8)，要垂直穿过断层(7)，过断层(7)见煤后，要沿煤层(11)继续掘进2～10m，并沿断层(7)走向、掘一段辅助迎火巷(9)；该辅助迎火巷(9)长度(L₈)为1～20m，其迎头与相对的气流通道(2)间的煤柱宽度(L₆)，与下导燃巷(6)迎头与该气流通道(2)间煤柱宽度(L₅)的要求相同。

3.根据权利要求2所述的地下气化炉过断层的方法，其特征在于：所说的上、下导燃巷(5、6)和辅助迎火巷(9)内，要堆放连续的散煤；所说的过渡巷(8)，当其长度(L₇)≤5m时，巷内也要堆放连续的散煤；散煤的堆放量要使其堆放断面面积占巷道横断面面积的1/4～3/4。

4.根据权利要求1所述的地下气化炉过断层的方法，其特征在于：所说的上导燃巷(5)迎头与相对的气流通道(4)之间、以及下导燃巷(6)迎头与相对的气流通道(2)之间的煤柱宽度(L₄、L₅)：薄煤层为20～30m、中厚煤层为25～35m、厚煤层为30～40m。

5.根据权利要求1所述的地下气化炉过断层的方法，其特征在于：所说的下导燃巷(6)与断层(7)的间距(L₁)为1～10m；上、下导燃巷(5、6)重叠段的有效长度(L₈)为10～20m。

6.根据权利要求1所述的地下气化炉过断层的方法，其特征在于：所说的断层(7)为走向与煤层走向的夹角α≥25°的斜交断层时，过渡巷(8)过断层的位置，应选在断层(7)与气化通道(10)之间距离远的一侧，或选在气化炉走向上的中间。

7.根据权利要求1或6所述的地下气化炉过断层的方法，其特征在于：所说的过渡巷(8)过断层的位置，导致上导燃巷非重叠段的长度≥20m时，上导燃巷(12)也靠近断层(7)掘进，当上导燃巷(12)掘至距下导燃巷(6)迎头5～20m时，改变方向，沿煤层向上掘进，当迎头与下导燃巷(6)或其延长线的距离5～15m时，再改变方位，按平行下导燃巷(6)的方向，继续掘出与下导燃巷(6)之间的重叠段。

8.根据权利要求1所述的地下气化炉过断层的方法，其特征在于：所说的断层或炉体内的煤层含水时，上、下导燃巷(5、6)的坡度沿水平或正坡度掘进，使上、下导燃巷(5、6)的水自然流出。

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