專利名稱：拉管注氣點(diǎn)后退式煤層氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭資源開(kāi)發(fā)技術(shù)，提出了煤的地下氣化新方法。
目前，煤的地下氣化采用了從地面打鉆的方法，如前蘇聯(lián)的“貫通地面垂直鉆孔地下氣化方法”，即以每25米自地面打穿巖層、通達(dá)煤層的鉆孔構(gòu)筑煤層氣化爐，采用逐個(gè)氣化爐接替的辦法使生產(chǎn)延續(xù)。其缺點(diǎn)是存在鉆孔貫通困難、生產(chǎn)過(guò)程難以控制、成本高、污染地下水等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保問(wèn)題，雖在長(zhǎng)達(dá)50年的試驗(yàn)中氣化了一千多萬(wàn)噸煤，但至今未實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的在于提出一種在井下或露天煤礦，用煤層內(nèi)長(zhǎng)度無(wú)限制的鉆孔或煤巷構(gòu)筑可沿其全長(zhǎng)連續(xù)氣化生產(chǎn)的煤層氣化爐，解決現(xiàn)有煤的地下氣化存在的上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)煤的地下氣化的商業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案是通過(guò)沿煤層打鉆或掘煤巷布置注氣通道和集氣通道，在注氣通道內(nèi)置入氣化物注氣管線，注氣管線的管口為注氣點(diǎn)，氣化物由注氣管的管口噴出，使注氣點(diǎn)兩側(cè)氣化煤壁上的煤發(fā)生氧化反應(yīng)，繼而發(fā)生還原反應(yīng)生產(chǎn)煤氣，煤氣通過(guò)煤層內(nèi)的集氣通道流出，氣化煤壁由于煤被氣化消耗而連續(xù)后退，采用拉管的方法，使注氣點(diǎn)隨氣化煤壁的退后而后退，以使氣化煤壁連續(xù)、穩(wěn)定、可控制地得到氣化物供應(yīng)。
拉管注氣點(diǎn)后退的方法有兩種方案1、拉注氣管線后撤式注氣點(diǎn)后退方法在注氣管線的進(jìn)氣端，牽引注氣管線，使注氣通道內(nèi)的注氣管線被拉出后撤，使其管口，即注氣點(diǎn)后退入原生煤體內(nèi)。牽引方法可采用連續(xù)的和間隔的兩種方法。連續(xù)牽引注氣管，使注氣點(diǎn)與氣化煤壁同步后退的方法為“注氣點(diǎn)連續(xù)后退法”。每間隔一段時(shí)間牽引注氣管后撤一段距離的方法為“注氣點(diǎn)周期后退法”。
2、拉操作管線后撤式注氣點(diǎn)后退方法它是采用逐段熔斷注氣管線的方法使注氣點(diǎn)周期后退。即在注氣管線內(nèi)置放小直徑操作管線，牽引拉動(dòng)操作管線使其管口后退至注氣點(diǎn)預(yù)計(jì)后退的位置處，向操作管線注入易燃流體，如硅烷、乙炔氣，使該流體在操作管的管口處燃燒，將注氣管切斷使注氣點(diǎn)后退。
采用上述拉管注氣點(diǎn)后退方法后，注氣通道與集氣通道的設(shè)計(jì)可以有多種形式注氣通道與集氣通道可以為同一個(gè)通道;或者兩條集氣通道對(duì)稱平行分布于一條注氣通道的兩側(cè);或者多條等間距、平行的注氣通道對(duì)稱分布于一條集氣通道兩側(cè);還可以為多條平行、等距、等量的注氣通道與集氣通道相互間隔布置，即每相鄰的兩條注氣通道共用其中間的一條集氣通道。
注氣管的牽引后退方式可分為連續(xù)牽引式和周期牽引式兩種，即使注氣點(diǎn)隨氣化煤壁同步連續(xù)后退或每氣化一段時(shí)間后退一段距離。另外，注氣點(diǎn)與集氣點(diǎn)(煤氣進(jìn)入集氣通道口處稱為集氣點(diǎn))的相對(duì)位置也可以有兩種設(shè)計(jì)相對(duì)氣化煤壁后退方向，注氣點(diǎn)超前于集氣點(diǎn)的為前置式煤層氣化方法;注氣點(diǎn)在集氣點(diǎn)之后的為后置式煤層氣化法。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供了在煤礦井下或露天礦于煤層內(nèi)以鉆孔或巷道直接構(gòu)筑“煤層氣化爐”的可能性，可以實(shí)現(xiàn)氣化生產(chǎn)的長(zhǎng)期連續(xù)、穩(wěn)定和可控制，降低氣化成本，從而實(shí)現(xiàn)地下煤氣化的商業(yè)化生產(chǎn)。該方法施工便利，生產(chǎn)過(guò)程容易控制、成本低、適用性強(qiáng)，可根據(jù)不同地質(zhì)條件采用不同組合的注氣通道和集氣通道。


圖1、逆向注氣單通道煤層氣化方法的原理示意2、正向注氣單通道煤層氣化方法的原理示意3、注氣點(diǎn)前置式三通道煤層方法的原理示意4、注氣點(diǎn)后置式三通道煤層氣化方法的原理示意5、注氣點(diǎn)周期后退式三通道煤層氣化方法的原理示意6、集中集氣壁式煤層氣化工作面的原理示意7、多通道集氣壁式煤層氣化工作面的原理示意圖下面結(jié)合附圖用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述本發(fā)明提出的注氣點(diǎn)后退式煤層氣化方法主要利用煤層內(nèi)的注氣通道和集氣通道以及置于注氣通道內(nèi)的氣化物注氣管構(gòu)筑成連續(xù)移動(dòng)式煤層氣化爐，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化煤氣生產(chǎn)。根據(jù)不同的注氣和集氣方式，可以構(gòu)成以下幾種煤層氣化的應(yīng)用方法1、逆向注氣單通道煤層氣化爐與煤層氣化方法逆向注氣單通道煤層氣化爐由煤層內(nèi)的一條注氣通道1(鉆孔或巷道)和置于注氣通道1內(nèi)的氣化物注氣管線2構(gòu)成，如圖1所示，注氣通道與集氣通道為同一通道，注氣與集氣均在氣化通道的同一端，注氣管線2的橫截面積不超過(guò)注氣通道1的橫截面積的三分之一。
煤層氣化方法開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)，注氣管線2的出氣管口置于注氣通道1的端部a1點(diǎn)，氣化生產(chǎn)沿注氣通道1由其里端a1向外逐段進(jìn)行。氣化物由注氣管線2之管口a1注入，則a1點(diǎn)即起始注氣點(diǎn)，其后方氣化煤壁4上的煤發(fā)生氣化反應(yīng)，生產(chǎn)的煤氣逆氣化物注入方向沿氣化通道1在注氣管線2外流出。采用注氣點(diǎn)周期后退方法，實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)由a1向a2、a3……的周期后退，保持氣化生產(chǎn)沿氣化通道1全長(zhǎng)連續(xù)進(jìn)行。
2、正向注氣單通道煤層氣化方法與煤層氣化方法正向注氣單通道煤層氣化爐由煤層內(nèi)的一條注氣通道1和置于注氣通道1內(nèi)的氣化物注氣管線2構(gòu)成，注氣與集氣分別在注氣通道1的兩端，如圖2所示，注氣管線2的橫截面積不超過(guò)注氣通道1的橫截面積的三分之一。
煤層氣化方法氣化物自注氣管2之管口a1注入，則a1點(diǎn)前方的氣化煤壁4上發(fā)生氣化反應(yīng)，生產(chǎn)的煤氣流經(jīng)已氣化區(qū)G從該段煤層的另一端排出，其流動(dòng)方向與氣化物注入方向相同。采用注氣點(diǎn)連續(xù)后退方法，可以使氣化煤壁4連續(xù)后退;也可以采用注氣點(diǎn)周期后退方法，使氣化煤壁4周期后退。
3、三通道煤層氣化爐與煤層氣化方法三通道煤層氣化爐由煤層內(nèi)的注氣通道1、置于注氣通道1內(nèi)的氣化物注氣管線2以及注氣通道兩側(cè)與之平行的兩條集氣通道6構(gòu)成，如圖3、圖4、圖5所示。注氣通道與集氣通道6之間的距離小于煤層氧化段與還原段長(zhǎng)度之和，氣化生產(chǎn)在連接注氣通道1與集氣通道6的兩翼氣化煤壁4之間進(jìn)行，生產(chǎn)的煤氣由集氣通道6排出。
煤層氣化方法氣化物由氣化物注氣管線2之管口a注入，在管口前方注氣通道1與集氣通道6之間的兩翼氣化煤壁4上的煤發(fā)生氣化反應(yīng)，生產(chǎn)的煤氣經(jīng)集氣點(diǎn)c進(jìn)入集氣通道6流出。采用注氣管連續(xù)后退方式，并使注氣點(diǎn)a相對(duì)于氣化壁4的后退方向始終前置于集氣點(diǎn)c，構(gòu)成注氣點(diǎn)前置式三通道煤層氣化爐，如圖3所示;反之，構(gòu)成注氣點(diǎn)后置試三通道煤層氣化爐，如圖4所示。采用注氣點(diǎn)周期后退方式，在一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)，注氣點(diǎn)a由前置于集氣點(diǎn)c轉(zhuǎn)變?yōu)楹笾糜谧恻c(diǎn)c，成為注氣點(diǎn)周期后退式三通道煤層氣化爐，如圖5所示。
4、集中集氣壁式煤層氣化爐與煤層氣化方法集中集氣壁式煤層氣化爐由煤層內(nèi)的一組平行、等距(間距小于煤層氧化段加還原段長(zhǎng)度之和)注氣通道1、注氣通道1內(nèi)置放的氣化物注氣管線2和一條集中集氣通道6構(gòu)成，該組注氣通道1對(duì)稱分布于該條集氣通道6的兩側(cè)，如圖6所示。圖6以露天煤礦為例，集氣通道6及兩側(cè)沿煤層傾向所鉆10個(gè)注氣鉆孔1均自煤幫施工，底部以平巷貫通，構(gòu)成“氣化露天礦”。
煤層氣化方法氣化物由各注氣通道1內(nèi)之注氣管線2注入，注氣點(diǎn)a前方兩側(cè)的各氣化煤壁4相互連接于b點(diǎn)，構(gòu)成波狀氣化工作面，因而各氣化煤壁4所生產(chǎn)的煤氣，先沿工作面流動(dòng)，然后于集氣點(diǎn)c進(jìn)入集中集氣通道6排出。氣化生產(chǎn)中，可采用連續(xù)牽引注氣管后退的方法，也可以采用周期牽引注氣管后退的方法，但必須使各注氣通道的注氣點(diǎn)a始終保持前置于集氣點(diǎn)c和氣化煤壁連接點(diǎn)b。
5、多通道集氣壁式煤層氣化爐與煤層氣化方法多通道集氣壁式煤層氣化爐由煤層內(nèi)的多條平行、等距、的注氣通道1與集氣通道6相互間隔布置，即每相鄰的兩條注氣通道共用其中間的一條集氣通道。各注氣通道1內(nèi)置放的氣化物注氣管2，如圖7所示。圖7以露天煤礦為例，注氣鉆孔1和集氣鉆孔6在孔底以巷道貫通，構(gòu)成“氣化露天礦”。
煤層氣化方法該方法采用前述的三種三通道煤層氣化爐中任何一種爐型并聯(lián)生產(chǎn)，相鄰注氣通道1共用其間的一條集氣通道6，因而，各氣化煤壁4在共用集氣通道6上相互連接，構(gòu)成波形壁式氣化工作面。每個(gè)注氣點(diǎn)兩側(cè)的氣化煤壁4生產(chǎn)的煤氣，均從相鄰的集氣通道6排出。
在上述各種煤層氣化爐中，其注氣點(diǎn)的后撤也可采用熔斷法逐段熔斷注氣管線，實(shí)現(xiàn)注氣點(diǎn)的周期式后退。即在注氣管線內(nèi)置放小直徑操作管線，每隔一段時(shí)間牽引拉動(dòng)操作管線使其管口后退至注氣點(diǎn)預(yù)計(jì)后退的位置處，并向操作管線內(nèi)注入易燃流體，如硅烷、乙炔氣，使該流體在操作管線的管口處燃燒，將注氣管切斷使注氣點(diǎn)后退。
權(quán)利要求
1.一種拉管注氣點(diǎn)后退式煤層氣化方法，包括注氣通道(1)和集氣通道(6)，其特征在于通過(guò)沿煤層打鉆或掘煤巷布置注氣通道(1)和集氣通道(6)，在注氣通道(1)內(nèi)置入氣化物注氣管線(2)，注氣管線(2)的管口(a)為注氣點(diǎn)，在煤層氣化過(guò)程中，使注氣點(diǎn)(a)連續(xù)或周期后退。
2.如權(quán)利要求1所述的一種注氣點(diǎn)后退式煤層氣化方法，其特征在于采用牽引氣化物注氣管線(2)的方法，連續(xù)或間隔式地拉出氣化物注氣管(2)，使注氣點(diǎn)(a)連續(xù)或周期后退。
3.如權(quán)利要求1所述的一種注氣點(diǎn)后退式煤層氣化方法，其特征在于采用逐段熔斷注氣管線的方法使注氣管線的注氣點(diǎn)周期后退，即在注氣管線(2)內(nèi)再置入一小直徑操作管線(7)，當(dāng)欲后撤注氣點(diǎn)時(shí)，將操作管線(7)向外拉出一段距離，使其管口處于注氣點(diǎn)預(yù)定后退的位置處，并向操作管線(7)內(nèi)注入易燃流體(如硅烷、乙炔氣)，使該流體在操作管線的管口處燃燒，將注氣管線熔斷使注氣點(diǎn)后退。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種注氣點(diǎn)后退式煤層氣化方法，其特征在于注氣通道(1)與集氣通道(6)為同一個(gè)通道，注氣與集氣在該通道的同一端，注氣管線(2)的橫截面積不超過(guò)氣化通道(1)的橫截面積的三分之一，生產(chǎn)的煤氣沿氣化通道(1)在注氣管線外逆氣化物注入方向流出。
5.如權(quán)利要求2或3所述的一種注氣點(diǎn)后退式煤層氣化方法，其特征在于注氣通道(1)與集氣通道(6)為同一個(gè)通道，注氣和集氣分別在該通道的兩端，即生產(chǎn)的煤氣經(jīng)已氣化區(qū)與氣化物流動(dòng)同方向流出。
6.如權(quán)利要求2或3所述的一種注氣點(diǎn)后退式煤層氣化方法，其特征在于在煤層內(nèi)布置一條注氣通道(1)，其兩側(cè)各有一條與之平行、等距的集氣通道(6)，注氣通道(1)與集氣通道(6)之間的距離小于煤層氧化段與還原段長(zhǎng)度之和，氣化生產(chǎn)在注氣通道(1)與集氣通道(6)之間的兩翼氣化煤壁(4)進(jìn)行，生產(chǎn)的煤氣由集氣通道(6)排出。
7.如權(quán)利要求2或3所述的一種注氣點(diǎn)后退式煤層氣化方法，其特征在于在煤層內(nèi)布置一條集氣通道(6)，其兩側(cè)布置多條平行、等距的注氣通道(1)，各注氣通道的注氣點(diǎn)(a)保持前置于集氣點(diǎn)，各通道之間的距離小于煤層氧化段與還原段長(zhǎng)度之和，各煤壁(4)相互相互連接成后退式波狀氣化工作面，其生產(chǎn)的煤氣沿氣化工作面流動(dòng)，再進(jìn)入集氣通道(6)排出。
8.如權(quán)利要求2或3所述的一種注氣點(diǎn)后退式煤層氣化方法，其特征在于在煤層內(nèi)布置多條平行、等距且數(shù)量相等的注氣通道(1)和集氣通道(6)，注氣通道(1)與集氣通道(6)間隔布置，其間距小于煤層氧化段與還原段長(zhǎng)度之和，氣化生產(chǎn)在注氣通道(1)和集氣通道(6)之間的各氣化煤壁(4)上進(jìn)行，生產(chǎn)的煤氣進(jìn)入相鄰的集氣通道(6)排出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤炭資源地下氣化的方法，其特點(diǎn)是在煤礦井下或露天礦于煤層內(nèi)以鉆孔或煤巷直接構(gòu)筑“煤層氣化爐”，采用牽引拉管的方法使注氣點(diǎn)隨氣化過(guò)程連續(xù)或周期后退，保證了氣化生產(chǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定，以實(shí)現(xiàn)地下煤層氣化的商業(yè)化生產(chǎn)。應(yīng)用本方法的五類煤層氣化爐實(shí)施例，施工便利，生產(chǎn)過(guò)程容易控制、成本低、適用性強(qiáng)，可覆蓋各種地質(zhì)條件并能滿足各種生產(chǎn)能力與安全的要求。集氣通道。
文檔編號(hào)E21B43/243GK1112188SQ9510224
公開(kāi)日1995年11月22日 申請(qǐng)日期1995年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月15日
發(fā)明者柴兆喜 申請(qǐng)人:柴兆喜