煤炭地下氣化爐型及氣化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭地下氣化開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種煤炭地下氣化爐及氣化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭地下氣化技術(shù)主要是指煤、焦炭或者半焦等固體燃料在高溫常壓或者加壓條件下與氣化劑發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物或少量殘渣的過程。所述氣化劑主要是水蒸氣、空氣(或者氧氣)或者它們的混合氣。煤炭氣化過程可用于生產(chǎn)燃料煤氣，作為工業(yè)窯爐用氣或者城市煤氣，也可用于制造混合氣，作為合成氨、合成甲醇和合成液體燃料的原料，因此煤炭氣化技術(shù)是煤化工的重要技術(shù)之一。
[0003]煤炭地下氣化爐通常由進(jìn)氣井、氣化通道、出氣井等組成，在所述進(jìn)氣井底部進(jìn)行點火后，從所述進(jìn)氣井注入氣化劑，在氣化通道中與煤層發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，生成的煤氣沿氣化通道和出氣井輸送至地面。而地下氣化爐型是指地下氣化所用鉆孔的類型、相互位置、氣化時的用途及啟動順序等形成的通道形狀。目前的氣化爐已經(jīng)發(fā)展成眾多的鉆孔通過鉆孔類型(豎直井、水平定向鉆井)、鉆孔間距、氣化時氣流的走向和燃燒區(qū)走向等組合出各種類型的地下氣化爐，能夠成倍地提高煤氣產(chǎn)量、氣化過程的穩(wěn)定性、煤層的采收率，而且能夠有效降低地下水入侵、頂板冒落、熱損失等的風(fēng)險，因此，氣化爐型是決定氣化過程成敗的關(guān)鍵因素之一。
[0004]現(xiàn)有中國專利(CN104594873A)公開了一種煤炭地下氣化爐及氣化方法，如圖1所示，包括頂板1、位于頂板下方的煤層2、穿過頂板之后進(jìn)入煤層的進(jìn)氣孔3、穿過頂板之后進(jìn)入煤層的出氣孔4、概呈水平的位于煤層內(nèi)并連通進(jìn)氣孔的進(jìn)氣通道5及位于進(jìn)氣通道垂直上方的出氣通道6以及穿過頂板后進(jìn)入煤層并連通進(jìn)、出氣通道的點火孔7。上述技術(shù)雖然避免了出氣通道堵塞，可以保證氣化的連續(xù)性，但是仍舊存在以下缺陷:所述出氣通道6的高溫直接作用于煤層頂板1，從而易造成頂板受熱變形、冒落的風(fēng)險，影響氣化爐的正常運行；再者，該爐型氣化時具有一定的局限性，僅適用于煤層厚度在15米范圍內(nèi)的煤層，對于超厚煤層采用該爐型氣化時資源浪費較嚴(yán)重，回采率低，經(jīng)濟性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中氣化效率低且煤層頂板易冒落等問題從而提供一種即使針對超厚煤層的氣化，也能提高氣化穩(wěn)定性及氣化效率的煤炭地下氣化爐型及氣化方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述的一種煤炭地下氣化爐型，包括煤層頂板以及位于所述煤層頂板下方的煤層底板，所述煤層頂板與所述煤層底板之間設(shè)有煤層，穿過所述煤層頂板且在所述煤層中設(shè)有多個定向鉆井，穿過所述煤層頂板和所述煤層向所述煤層底板延伸設(shè)有一個垂直井，其中所述各個定向鉆井的末端與所述垂直井相互連通，沿所述垂直井同側(cè)依次順序排列多個定向鉆井，所述垂直井沿軸向設(shè)有多個第一側(cè)孔和多個第二側(cè)孔，其中任意一個第一側(cè)孔位于所述定向鉆井與所述垂直井的連接處，所述第二側(cè)孔位于所述第一側(cè)孔的上方。
[0007]在本發(fā)明的一個實施例中，所述垂直井的單側(cè)分別設(shè)有多個定向鉆井，且各個定向鉆井的垂直段沿所述垂直井的該側(cè)依次向遠(yuǎn)離垂直井的方向延伸排列，且所述各個定向鉆井的水平段相互平行。
[0008]在本發(fā)明的一個實施例中，所述垂直井的兩側(cè)均設(shè)有多個定向鉆井，且所述垂直井的同一側(cè)中，各個定向鉆井的垂直段依次向遠(yuǎn)離垂直井的方向延伸排列。
[0009]在本發(fā)明的一個實施例中，所述垂直井任意一側(cè)的一個定向鉆井的水平段與所述垂直井另一側(cè)的在同一水平面上定向鉆井的水平段通過所述第一側(cè)孔相通。
[0010]本發(fā)明還公開了一種利用上述任意一個所述的煤炭地下氣化爐型氣化地下煤層的方法，包括如下步驟:步驟S1:開啟任意相鄰兩個定向鉆井與所述垂直井連接處的第一側(cè)孔以及位于所述兩個第一側(cè)孔中間的第二側(cè)孔；步驟S2:對相鄰兩個定向鉆井中豎直方向處于下方位置的定向鉆井點火并進(jìn)行逆向氣化，使煤層燃燒產(chǎn)生的煤氣經(jīng)由所述處于下方位置的定向鉆井與所述垂直井連接處的第一側(cè)孔和位于所述第一側(cè)孔上方的第二側(cè)孔進(jìn)入垂直井，煤氣通過所述處于上方位置的定向鉆井輸送至地面煤氣管網(wǎng)；步驟S3:對氣化完成的由相鄰兩個定向鉆井之間形成的燃空區(qū)進(jìn)行填充與加固。
[0011 ] 在本發(fā)明的一個實施例中，對所述煤層在豎直方向由下而上逐步氣化時，包括將所述垂直井兩側(cè)同一水平面的煤層同時氣化的步驟。
[0012]在本發(fā)明的一個實施例中，所述垂直井一側(cè)任意相鄰兩個定向鉆井之間的煤層與所述垂直井另一側(cè)在同一水平面的相鄰兩個定向鉆井之間的煤層同時氣化。
[0013]在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟S2中，對相鄰兩個定向鉆井中豎直方向處于下方位置的定向鉆井點火是通過向所述處于下方位置的定向鉆井中下放注氣端具有點火功能的注氣裝置進(jìn)行通道點火。
[0014]本本發(fā)明的一個實施例中，所述定向鉆井施工時，向所述定向鉆井的水平通道內(nèi)下入支護裝置。
本本發(fā)明的一個實施例中，所述水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井與煤層底板之間的煤層氣化完成后，繼續(xù)將水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井與煤層頂板之間的煤層進(jìn)行氣化，其步驟如下:首先，開啟所述水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井與所述垂直井連接處的第一側(cè)孔以及開啟所述水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井與所述垂直井連接處的第一側(cè)孔上方的第二側(cè)孔，同時打開所述垂直井；然后，對水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井點火并進(jìn)行逆向氣化，使生產(chǎn)的煤氣由垂直井輸送至地面煤氣管網(wǎng)中；最后，對氣化完成的由水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井與所述煤層頂板之間形成的燃空區(qū)進(jìn)行填充與加固。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明所述煤炭地下氣化爐型及氣化方法，采用多條相互平行的定向鉆井及一條垂直井構(gòu)建氣化爐，煤氣依次由相鄰的定向鉆井輸出，將熱量輸送至上方的煤層，對上方的新鮮煤層進(jìn)行了預(yù)熱，從而充分利用了能源，提高了氣化效率；而且可實現(xiàn)將兩列氣化爐同時并聯(lián)運行，大幅度提高氣化效率，此外，本發(fā)明所述煤炭地下氣化爐型及氣化方法對所述定向鉆井氣化形成的燃空區(qū)進(jìn)行填充與加固，構(gòu)建人工底板，保證了超厚煤層氣化過程的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0015]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
圖1是現(xiàn)有所述煤炭地下氣化爐的平面示意圖；
圖2是本發(fā)明所述實施例一所述煤炭地下氣化爐型的立體示意圖；
圖3是本發(fā)明所述實施例二所述煤炭地下氣化爐型的平面示意圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例一
如圖2所示，本實施例提供了一種煤炭地下氣化爐型，包括煤層頂板11以及位于所述煤層頂板11下方的煤層底板13，所述煤層頂板11與所述煤層底板13之間設(shè)有煤層12，穿過所述煤層頂板11且在所述煤層12中設(shè)有多個定向鉆井14，穿過所述煤層頂板11和所述煤層12向所述煤層底板13延伸設(shè)有一個垂直井15，其中所述各個定向鉆井14的末端與所述垂直井15相互連通，沿所述垂直井15的一側(cè)依次順序排列多個定向鉆井14，所述垂直井15沿軸向設(shè)有多個第一側(cè)孔和多個第二側(cè)孔，其中任意一個第一側(cè)孔位于所述定向鉆井14與所述垂直井15的連接處，所述第二側(cè)孔位于所述第一側(cè)孔的上方。
[0017]本實施所述煤炭地下氣化爐型，包括煤層頂板11、位于所述煤層頂板下方的煤層底板13以及位于所述煤層頂板11與所述煤層底板13之間的煤層12，穿過所述煤層頂板11且在所述煤層12中設(shè)有多個定向鉆井14，穿過所述煤層頂板11和所述煤層12向所述煤層底板13延伸設(shè)有一個垂直井15，沿所述垂直井15的一側(cè)依次順序排列多個定向鉆井14，采用本實施例所述的爐型，不但構(gòu)建爐型的速度快，成本低，而且任意相鄰兩個定向鉆井中，一個定向鉆井作為進(jìn)氣通道，一個定向鉆井作為出氣通道，可以實現(xiàn)逐段燃燒煤層，有利于對超厚煤層進(jìn)行氣化，具體地，如第一定向鉆井14A、第二定向鉆井14B、第三定向鉆井14C、第四定向鉆井14D以及第五定向鉆井14E，所述各個定向鉆井14的末端與所述垂直井15相互連通，從而使所述垂直井15主要用于連接進(jìn)氣通道和出氣通道，也可以作為備用出氣井；所述垂直井15沿軸向設(shè)有多個側(cè)孔16，通過各個側(cè)孔16的啟閉來控制進(jìn)氣通道和出氣通道，從而利于分段控制煤層的燃燒，提高煤層的燃燒率，具體地，所述側(cè)孔16包括第一側(cè)孔和第二側(cè)孔，其中任意一個第一側(cè)孔位于所述定向鉆井14與所述垂直井15的連接處，如所述第一定向鉆井14A與所述垂直井15的連接處設(shè)有第二個側(cè)孔16B，所述第二定向鉆井14B與所述垂直井15的連接處設(shè)有第四個側(cè)孔16D，