CN103277082B - 一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺，包括设置在煤层中的通风巷道和多个煤炭地下气化单元，通风巷道连接多个煤炭地下气化单元；所述工艺步骤顺序包括：冷态试验的步骤、气化工作面点火的步骤、气化工作面调试的步骤和气化正常生产过程的步骤；本发明可以有效的防止泥浆堵塞注气点,可以最大限度的开采煤层,实现了煤炭地下气化过程中安全后退的同时，彻底切断气化剂向燃空区泄露的可能,实现了对燃空区的填充，消除了气化所致的地表面塌陷，保证了气化通道结构的稳定,解决了地下气化后期由于气化通道以及前期气化区域煤层板塌落形成通道而导致的气化剂短路的问题，改善了产品煤气的质量，煤气生产安全可靠，气化率高。

Description

一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化生产领域，特别涉及一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺。

背景技术

由于存在大量的大量人工无法开采的、或人工开采不经济的煤炭资源，人们很早就开始进行煤炭就地气化技术的研究，公开号CN1298058A的中国专利“一种于矿井内生产煤气的地下气化炉”，其结构缺乏注气管在煤层中的注气控制，因此存在煤层燃烧不充分，煤利用率低的不足；公开号CN1112188A的中国专利“拉管注气点后退式煤层气化方法”采用熔断法逐段熔开注气管口实现注气点后退；其结果是气体还可以沿着已废弃的注气管向已燃烧过的煤层注气，给生产带来不安全的隐患；公开号CN1169501A的中国专利“换管注气点后退式煤层气化方法”是在煤层生产巷道内放入多条输气管实现注气点后退，此种方法工艺复杂成本高；还有公开号CN 1169501A的中国专利“矿井长通道大断面煤炭地下气化”、公开号CN 1121138A的中国专利“换管注气点后退式煤层气化方法”、公开号CN 1172842A的中国专利“多注-集通道交变移动床长壁煤层气化方法”等，都是对建立有井式地下气化技术进行的研究，但上述专利公开的都是建立在一种“U”形或“山”形矿井及其气化工艺，而且已建成的煤炭气化***都不容许人员就近操作；国内外进行了很多次煤炭气化的现场试验，但运行的时间都不长，没有实现正常的煤炭地下气化生产，遇到的主要技术问题是无法稳定的控制气化过程，一是气化剂在气化通道内肆意流动，气化通道两侧所有煤壁都暴露在空气中，煤壁上的燃烧区块快速地逆风而上，造成气化周期变短，气化煤量变少，同时气化产生的部分煤气和通道中流动的空气接触燃烧，使出口煤气品质变坏，气化率低；二是没有很好的办法对燃空区进行填充，导致地表塌陷，同时，气化通道内的大量气流直接从塌落处通过，而不接触气化通道两侧未燃烧煤层，使得地下气化过程恶化，气化效率低下。为了解决上述问题公开号CN101315026A的中国专利公开了“一种煤炭地下气化***及其生产工艺”。该***利用注浆的方法对已燃烧过的通道进行填埋，切断气化剂继续向已燃烧过的通道供气，但在实践中该***及方法存在注浆回流影响连续送气，以及注浆堵塞的问题，虽然该***采用隔离墙对供气通道与主巷道进行了隔离，以解决可燃性气体回流产生的易***的安全隐患，但实际的效果是可燃性气体充满在供气通道中，还是要带来通道***的危险。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，而提出的一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺。通过在供气***中增加注浆缓冲罐和单向阀门解决注浆的回灌，通过在注浆中连续注入高压蒸汽解决注浆堵塞的问题。

为了实现上述目的本发明的技术方案是这样实现的：

一种注气点后退式煤炭地下气化***，包括设置在煤层中的通风巷道和多个煤炭地下气化单元，通风巷道连接多个煤炭地下气化单元；其中，煤炭地下气化单元包括在一个平面设置的一条气化剂注入巷道和两条煤气输送巷道，所述两条煤气输送巷道按照与气化剂注入巷道间隔一定距离平行设置在气化剂注入巷道两侧，两条煤气输送巷道一端和气化剂注入巷道的一端通过初始气化巷道相互连通，两条煤气输送巷道另一端和气化剂注入巷道的另一端通过隔离墙与通风巷道隔离；所述气化剂注入巷道与气化巷道连通处两侧的初始气化巷道内设置有起始点火区；在所述通风巷道中铺设有气化剂总管、水蒸汽总管和注浆总管，所述煤气输送巷道与地面煤气站连通，在气化剂注入巷道中设置的设施包括有气化剂输送管和多个水蒸汽和浆液混合输送支管；气化剂输送管和多个水蒸汽和浆液混合输送支管穿过密闭墙，通过气化剂输送控制器和水蒸汽和注浆分配控制器分别和气化剂总管、水蒸汽总管和注浆总管连接，沿气化剂输送管轴向依次设置有多个注气口，注气口连接有伸入煤层的注气管，在注气口伸入煤层的注气管上设置有热熔式开启装置；在两个相邻注气口之间设置有埋入气化剂注入巷道地面之下的注浆缓冲罐，所述注浆缓冲罐的内径至少要大于所述气化剂输送管直径的三倍，注浆缓冲罐上分别设置有与相邻注气口连接的注气进口和注气出口，所述注气出口设置在注浆缓冲罐的侧壁上，所述注气进口设置在注浆缓冲罐上端面，多个注气口通过注浆缓冲罐的注气进口和注气出口相互串接起来；所述注浆缓冲罐侧壁的注气出口对面设置有水蒸汽和注浆口，所述水蒸汽和注浆口与水蒸汽和浆液混合输送支管连接，在所述注浆缓冲罐注气进口与气化剂输送管的注气口连接的管路中设置有单向截止阀，所述单向截止阀按照沿注气流动方向为通路设置；在相邻注气口之间的煤层中设置有温度传感器，一个控制器分别与温度传感器、热熔式开启装置、气化剂输送控制器、水蒸汽和注浆分配控制器连接，所述气化剂注入巷道在布置完上述设施后填充满煤块。

方案进一步是，所述煤气输送巷道与气化剂注入巷道间隔距离是在15米至50米之间。

方案进一步是，所述煤气输送巷道与气化剂注入巷道间隔距离是30米。

方案进一步是，所述注浆缓冲罐上端面注气进口向下设置有延伸管，延伸管的进口低于注浆缓冲罐侧壁的注气出口。

方案进一步是，所述温度传感器设置在气化剂输送管注气口前两米处的煤层中。

方案进一步是，设置在气化剂输送管两个相邻注气口之间的所述注浆缓冲罐，其距离来气方向注气口的距离是在2米至2.5米之间。

方案进一步是，所述热熔式开启装置包括：上下两个管道，上下两个管道通过法兰盘连接在一起，其中，下管道与气化剂输送管的注气口连接，上管道伸入煤层，在上下管道法兰盘之间设置有低温熔断垫片，低温熔断垫片将上下两个管道的通道隔断，在低温熔断垫片上固定有电热丝，电热丝的输入导线从上管道侧的法兰盘底端引出。

一种煤炭地下气化工艺，是基于上述煤炭地下气化***的地下气化工艺，其中，所述工艺步骤顺序包括：冷态试验的步骤、气化工作面点火的步骤、气化工作面调试的步骤和气化正常生产注气点后退的步骤；

所述冷态试验的步骤包括：

a.气化工作面静态泄压实验:打开气化单元的气化工作面所有进气管线的阀门，关闭煤气出口管线的阀门，向气化单元供风，从煤气出口记录气化工作面压力上升速率，维持压力为 60KPa或以上，检测漏失情况；

b. 动态漏失率测定:打开一个气化单元的进气阀门、出口阀门，关闭其它气化单元的进气阀门、出口阀门；从打开的气化单元气化剂注入管鼓风，记录气化工作面进、出口流量及差值，计算气化工作面漏失量，所述鼓风量为5000m3/h以上，漏失量小于1.5%为合格；

c. SF6示踪气体试验：将SF6气体与气化剂混合由气化剂注入管道注入，在气化单元所有密闭墙处取样检测，如果检测到SF6气体，需要对密闭墙重新进行注浆处理或制定更严格的回风方案；

所述气化工作面点火的步骤包括：

d.由气化剂注入管道鼓风注入空气，气化工作面煤气出口管道阀门全部打开，将进入煤气净化***的煤气总管阀门关闭，将去放散火炬的煤气阀门开启，调整气化单元的气化工作面的鼓风流量大于或等于为2500m³/h，并检测煤气出口气体中CH₄、H₂、CO含量，当其含量超出混合气体***极限值时，继续鼓风；

e.当出口气体中CH₄、H₂、CO含量未超出混合气体***极限值时点火；

f.测量出口煤气组分和热值，当煤气出口煤气中O₂含量逐渐下降， CH₄、H₂、CO、CO₂含量和煤气热值逐渐升高，同时监测气化工作面温度，当出口煤气中O₂含量小于1%、煤气热值大于2.5MJ/m³时，则气化工作面点火成功, 进入气化工作面调试；

所述气化工作面调试的步骤包括：

g.检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量小于1%时，提高鼓风中的氧气浓度至30%，增加鼓风量至3000 m³/h；

h.间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，再次增加气化剂中（即鼓风中的）氧气的浓度至35%；增加气化剂的注入量至3500 m³/h；

i.间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，再次增加气化剂中的氧气浓度至40%，并维持气化剂注入量不变；

j. 间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时， 维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，维持气化剂中氧气的浓度不变，提高气化剂的注入量至4000 m³/h；；

k. 间隔2小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，由水蒸汽和浆液混合输送支管向气化工作面内逐渐供入水蒸汽，水蒸汽的注入量依据工艺设计决定；

l.连续检测出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量始终小于1%时，进入煤气净化***的煤气总管阀门打开，关闭去放散火炬的煤气阀门，启动引风机，进入正常生产阶段；

所述气化正常生产过程注气点后退的步骤包括：

m. 判断是否需要气化剂注气点后退；通过气化剂注入点的温度传感器以及出口煤气组分的变化，判断是否需要向后移动燃烧点；

n．当与当前出气口相邻的之后出气口前的温度传感器检测的温度达到300℃，并且出口煤气的热值出现大幅下降时，开始实施气化剂的注气点后退，即打开后一个注气点，同时关闭当前开启的注气点；

o.返回到步骤m,直至煤层燃烧点移至气化剂注入巷道尽头。

本发明与现有技术相比：

1.实现了气化剂的定点注入并可控后退，可以提高地下气化过程的稳定性以及可靠性；

2.注浆缓冲罐和注气点之间设置单向截止阀，可以防止注浆时浆液的回流，造成注气点的堵塞；同时，设置单向阀截止阀后，注浆过程可以更安全的进行，可以更加充分地对前端的气化燃空区进行充填； 3.可靠实现了燃空区的充填，使得气化剂充分和未气化的煤层接触反应，防止了气化剂在燃空区中的径流直接进入煤气通道而造成煤气的品质下降以及***的危险；

4.注浆缓冲罐上的注浆管道同时又是气化过程中的水蒸汽注入管道，省却了水蒸汽管道的投资，同时也降低了井下巷道内的工程安装难度，提高了气化剂以及水蒸汽的注入可靠性； 5.气化剂注入支管安装有热熔金属开启装置，可以地面合闸实现气化剂注入点的开启，提高了气化生产的安全性；

6.注浆缓冲罐上注浆管道可以连接至地面井口，无需人工下井实施注浆，提高了气化生产的安全性；

7.气化剂注入巷道中填充煤炭，杜绝气化产生的煤气返混进入气化剂注入巷道与巷道内残留或泄漏的氧气接触发生***；

8.能可靠实施对气化燃空区的充填，消除了气化所致的地表面塌陷，保证了气化通道结构的稳定；

9.解决了地下气化后期，由于气化通道以及前期气化区域煤层板塌落形成通道而导致的气化剂短路的问题，改善了产品煤气的质量，煤气生产安全可靠，气化率高。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1为本发明地下气化***示意图；

图2为本发明一个气化单元结构示意图；

图3为本发明一个气化单元结构运行中间示意图；

图4为本发明热熔式开启装置结构示意图。

具体实施方式

实施例1，

一种煤炭地下气化***，参见图1至图4，所述***包括设置在煤层中的通风巷道1和多个煤炭地下气化单元2，通风巷道连接多个煤炭地下气化单元；其中，煤炭地下气化单元包括在一个平面设置的一条气化剂注入巷道2-1和两条煤气输送巷道2-2，所述两条煤气输送巷道按照与气化剂注入巷道间隔一定距离平行设置在气化剂注入巷道两侧，两条煤气输送巷道和气化剂注入巷道的一端通过初始气化巷道2-3相互连通，两条煤气输送巷道和气化剂注入巷道的另一端通过隔离墙2-4与通风巷道隔离；所述气化剂注入巷道与气化巷道连通处两侧初始气化巷道内设置有起始点火区2-5；在所述通风巷道中铺设有气化剂总管3、水蒸汽总管和注浆总管4，所述煤气输送巷道通过管路5与地面煤气站连通，在气化剂注入巷道中设置的设施包括有气化剂输送管6和多个水蒸汽和浆液混合输送支管7；气化剂输送管和多个水蒸汽和浆液混合输送支管穿过密闭墙，通过气化剂输送控制器8和水蒸汽和注浆分配控制器9分别和气化剂总管、水蒸汽总管和注浆总管连接，沿气化剂输送管轴向依次设置有多个注气口10，注气口连接有伸入煤层的注气管11，在注气口伸入煤层的注气管上设置有热熔式开启装置12；在两个相邻注气口之间设置有埋入气化剂注入巷道地面2-1-1之下的注浆缓冲罐13，所述注浆缓冲罐的内径至少要大于所述气化剂输送管直径的三倍，注浆缓冲罐上分别设置有与相邻注气口连接的注气进口13-1和注气出口13-2，所述注气出口设置在注浆缓冲罐的侧壁上，所述注气进口设置在注浆缓冲罐上端面，多个注气口通过注浆缓冲罐相互串接起来；所述注浆缓冲罐侧壁的注气出口对面设置有水蒸汽和注浆口13-3，所述水蒸汽和注浆口与水蒸汽和浆液混合输送支管连接，在所述注浆缓冲罐注气进口与注气口连接的管路中设置有单向截止阀14，所述单向截止阀按照沿注气流动方向为通路设置；在相邻注气口之间的煤层中设置有温度传感器15，一个控制器分别与温度传感器、热熔式截门装置、气化剂输送控制器、水蒸汽和注浆分配控制器连接，所述气化剂注入巷道在布置完上述设施后填充满煤块。

实施例中，所述煤气输送巷道与气化剂注入巷道间隔距离是在15米至50米之间。

实施例中，所述煤气输送巷道与气化剂注入巷道间隔距离是30米。

实施例中，所述注浆缓冲罐上端面注气进口向下设置有延伸管13-4，延伸管的进口低于注浆缓冲罐侧壁的注气出口。

实施例中，所述温度传感器设置在气化剂输送管注气口前两米处的煤层中。

实施例中，设置在气化剂输送管两个相邻注气口之间的所述注浆缓冲罐，其距离来气方向注气口的距离是在2米至2.5米之间。

实施例中，所述热熔式开启装置包括：上下两个管道11-1和11-2，上下两个管道通过法兰盘11-1-1和11-2-1连接在一起，其中，下管道与气化剂输送管的注气口连接，上管道伸入煤层，在上下管道法兰盘之间设置有低温熔断垫片16，低温熔断垫片将上下两个管道的通道隔断，在低温熔断垫片上固定有电热丝17，电热丝的输入导线18从上管道侧的法兰盘底端引出。

实施例2：

一种煤炭地下气化工艺，是基于实施例1所述煤炭地下气化***的地下气化工艺，其中，所述工艺步骤顺序包括：冷态试验的步骤、气化工作面点火的步骤、气化工作面调试的步骤和气化正常生产注气点后退的步骤；

所述冷态试验的步骤包括：

a.气化工作面静态泄压实验:打开气化单元的气化工作面所有进气管线的阀门，关闭煤气出口管线的阀门，向气化单元供风，从煤气出口记录气化工作面压力上升速率，维持压力为 60KPa或以上，检测漏失情况；

b. 动态漏失率测定:打开一个气化单元的进气阀门、出口阀门，关闭其它气化单元的进气阀门、出口阀门；从打开的气化单元气化剂注入管鼓风，记录气化工作面进、出口流量及差值，计算气化工作面漏失量，所述鼓风量为5000m3/h以上，漏失量小于1.5%为合格；

c. SF6（六氟化硫气体）示踪气体试验：将SF6气体与气化剂混合由气化剂注入管道注入，在气化单元所有密闭墙处取样检测，如果检测到SF6气体，需要对密闭墙重新进行注浆处理或制定更严格的回风方案；

所述气化工作面点火的步骤包括：

d.由气化剂注入管道鼓风注入空气，气化工作面煤气出口管道阀门全部打开，将进入煤气净化***的煤气总管阀门关闭，将去放散火炬的煤气阀门开启，调整气化单元的气化工作面的鼓风流量大于或等于为2500m³/h，并检测煤气出口气体中CH₄、H₂、CO含量，当其含量超出混合气体***极限值时，继续鼓风；

e.当出口气体中CH₄、H₂、CO含量未超出混合气体***极限值时点火；

f.测量出口煤气组分和热值，当煤气出口煤气中O₂含量逐渐下降， CH₄、H₂、CO、CO₂含量和煤气热值逐渐升高，同时监测气化工作面温度，当出口煤气中O₂含量小于1%、煤气热值大于2.5MJ/m³时，则气化工作面点火成功, 进入气化工作面调试；

所述气化工作面调试的步骤包括：

g.检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量小于1%时，提高鼓风中的氧气浓度至30%，增加鼓风量至3000 m³/h；

h.间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，再次增加气化剂中（即鼓风中的）氧气的浓度至35%；增加气化剂的注入量至3500 m³/h；

i.间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，再次增加气化剂中的氧气浓度至40%，并维持气化剂注入量不变；

j. 间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时， 维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，维持气化剂中氧气的浓度不变，提高气化剂的注入量至4000 m³/h；；

k. 间隔2小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，由水蒸汽和浆液混合输送支管向气化工作面内逐渐供入水蒸汽，水蒸汽的注入量依据工艺设计决定；

l.连续检测出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量始终小于1%时，进入煤气净化***的煤气总管阀门打开，关闭去放散火炬的煤气阀门，启动引风机，进入正常生产阶段；

所述气化正常生产过程注气点后退的步骤包括：

m. 判断是否需要气化剂注气点后退；每个气化剂注入点包括一个注浆截止装置（注浆缓冲罐）和一个热熔金属开启装置，以及安装在注浆管前端2米处的一个温度传感器（K型热电偶），每个注气点的热熔金属开启装置在注浆缓冲罐后端的2米处，是通过气化剂注入点的温度传感器以及出口煤气组分的变化，判断是否需要向后移动燃烧点；

n．当与当前出气口相邻的之后出气口前的温度传感器检测的温度达到300℃，并且出口煤气的热值出现大幅下降时，开始实施气化剂的注气点后退，即打开后一个注气点，同时关闭当前开启的注气点；

o.返回到步骤m,直至煤层燃烧点移至气化剂注入巷道尽头。

所述气化正常生产过程还包括了封堵已停用的气化剂输送管的注气口，向燃控区充填浆料的步骤，首先通过水蒸气和浆液混合输送支管向燃烧点前的注浆缓冲罐内注入密封浆料，由于注浆缓冲罐内事先注有水蒸气增加了浆料的流动性，浆料随之通过注浆缓冲罐侧壁的注气出口注入到了注气出口之前的气化剂输送管和煤层的燃空区，同时也将注气出口的管路阻塞，保证了气化通道结构的稳定。

下面是对于本实施例的进一步的工作描述

实施例中的冷态试验为了检查气化工作面的密封性和及相邻工作面之间的渗透情况，首先进行冷态试验。冷态试验包括三个程序：（1）气化工作面静压泄压试验；（2）动态漏失率测定； （3）SF6示踪气体试验。

（1）气化工作面静态泄压试验

对每一个气化工作面都要进行静态泄压试验，当对某个气化工作面进行静态泄压试验时，其他气化工作面的进出口阀门全部闭死。当对某个气化工作面进行静态泄压试验时，即打开该气化工作面所有进气管线的阀门，关闭煤气出口管线的阀门，向工作面供风，记录气化工作面压力上升速率，当压力升至 60KPa时，关闭进气阀，维持这一压力，用肥皂水检查进出气孔法兰、热电偶、压力计、取样点出口线孔等处的漏失情况，发现有漏气严重的地方，必须降压处理。处理完毕后，重复上述试验，使气化工作面再升压到60KPa，关闭进气阀门，记录压力下降速率，要求气化工作面压力下降速率不大于lKPa/min。如果发现某个气化工作面压力下降速率过快，要检查相邻气化工作面压力的上升情况，如果相邻气化工作面压力上升较快，说明气化工作面之间窜气，必须进行再密闭处理。

（2）动态漏失率测定 

对每一个气化工作面都要进行动态漏失率测定。当对一个气化工作面进行动态漏失率测定时，其他气化工作面的进气阀关闭，出气阀打开。当对某个气化工作面进行动态漏失率测定时， 即打开该气化工作面进气阀、出口阀门，从气化剂注入管鼓风，记录气化工作面进、出口流量及差值，计算气化工作面漏失量。观察气化工作面进出口及工作面压力变化，同时观测其他气化工作面的出口流量。冷态试验鼓风量确定为5000m³/h以上，漏失量需小于1.5%，试验结果记录备案，计算气化工作面相对漏失率；当化炉相对漏失率小于1.5%时，方能进入点火阶段，如果每个气化工作面的平均相对漏失率大于1.5%，则需要进行示踪气体试验，以了解气体的漏失去向。

（3）SF6示踪气体试验

SF6气体不参加任何化学反应，在气流中含有极微量的SF6都可以用色谱将其测量出来，因此常用来作示踪气体。某一时刻由气化剂注入管道注入一定量SF6气体，SF6与气化剂混合后，随气化剂一起流动，它将随着气流流动、扩散。当在某个气化工作面进行示踪气体试验时，在其他气化工作面出口、所有密闭墙随近取样检测，如果在密闭墙附近及大巷检测到SF6气体，根据情况就需要对密闭墙重新进行注浆处理或制定更严格的回风方案。

实施例中的气化工作面点火；通过由地面钻孔到起始点火区或由其它通风巷道打通至初始气化巷道，在初始气化巷道内起始点火区点燃气化剂注入巷道延伸方向顶端两侧的煤层，通过控制气化剂输送控制器和水蒸汽和注浆分配控制器，沿气化剂注入巷道延伸方向顶端开始向两侧煤层燃烧点注入气化剂体；

在冷态试验的基础上，确保点火生产安全的条件下，方可进入点火阶段。 点火步骤如下：

1、由气化剂注入管道注入空气，气化工作面煤气出口管道阀门全部打开，进入煤气净化***的煤气总管关闭，去放散火炬的煤气阀门开启，点火阶段的煤气（烟气全部由放散火炬排空）。调整每个气化工作面的进风流量为2500m³/h，并检测出口气体中CH₄、H₂、CO含量，当其含量在混合气体***极限以内时，继续鼓风；

2、当出口气体中CH₄、H₂、CO含量在混合气体***极限以外时，合电闸点火；

3、随时测量出口煤气组分和热值，出口煤气中O₂含量将逐渐下降， CH₄、H₂、CO、CO₂含量和煤气热值将逐渐升高，同时测量气化工作面温度。当出口煤气中O₂含量接近于零、煤气热值大于2.5MJ/m³(600kcal/m³)时，则认为气化工作面点火成功。

气化工作面点火成功后则开始全部参数测量，进入采集***中，并进入气化工作面调试阶段。

实施例中的气化工作面调试

在确信气化工作面点火成功后，进入气化工作面调试阶段，调试步聚如下：

1、检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量小于1%时，提高鼓风中的氧气浓度至30%，增加鼓风量至3000 m³/h；

2、间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，再次增加气化剂中（即鼓风中的）氧气的浓度至35%；增加气化剂的注入量至3500 m³/h3、间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，再次增加气化剂中的氧气浓度至40%，并维持气化剂注入量不变；

4、间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时， 维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，维持气化剂中氧气的浓度不变，提高气化剂的注入量至4000 m³/h；；

5、间隔2小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，由水蒸汽和浆液混合输送支管向气化工作面内逐渐供入水蒸汽，水蒸汽的注入量依据工艺设计决定；

6、连续检测出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量始终小于1%时，进入煤气净化***的煤气总管阀门打开，关闭去放散火炬的煤气阀门，启动引风机，进入正常生产阶段；

实施例中的正常的气化过程依据煤炭地下气化的技术原理进行，通过调配气化剂的注入位置、注入压力、氧气浓度以及水蒸汽的量以达到生产合格煤气的目的。一般地，当使用空气作为气化剂时，一个气化单元的产气量约为10万Nm³/天，空气注入流量约为3500Nm³/小时，而水蒸汽的注入量依据煤种、煤层含水量以及矿井涌水量等的不同而不一样，具体的水蒸汽注入量要经过物料衡算决定。一般地，生产1 Nm³空气煤气需要0.1～0.3克的水蒸汽。空气煤气的典型组分如下（mol%）：CO+H₂：20～30%；CO₂：10～20%；CH₄：5～10%；N₂：45～60%；热值：3～6MJ/Nm³。当气化剂中氧气的含量大于21%时，气化剂即为富氧；当氧气浓度为80%以上，并加入水蒸汽时，其生产的富氧煤气典型组分为（mol%，）：CO+H₂：40～60%；CO₂：30～40%；CH₄：10～20%；N₂：1～10%；热值：8～12MJ/Nm³。

实施例中气化剂注气点后退的判断依据：

判断是否需要气化剂注气点后退；每个气化剂注入点包括一个注浆截止装置（注浆缓冲罐）和一个热熔金属开启装置，以及安装在注浆管前端2米处的一个温度传感器（K型热电偶），每个注气点的热熔金属开启装置在注浆缓冲罐后端的2米处。通过气化剂注入点的温度传感器以及出口煤气组分的变化，判断是否需要向后移动燃烧点；

当与当前出气口相邻的之后出气口前的温度传感器检测的温度达到300℃，并且出口煤气的热值出现大幅下降时，开始实施气化剂的注气点后退，即打开后一个注气点，同时关闭当前开启的注气点。

实施例中注气点的开启与关闭以图3为例：注气点的开启通过热熔开启装置实现，而注气点的关闭通过注浆缓冲罐实现。

以开启注气点3关闭注气点2为例说明注气点的开启与关闭程序：

1、初始状态：注浆缓冲罐13（1）完成注浆，即注气点1为关闭状态；注气点2的热熔开启装置中的易熔金属盘处于开启状态（即金属盘已被熔开），注气点3、注气点4以及后端的其余注气点的热熔开启装置中的金属盘均为完整关闭状态。注浆缓冲罐13（2）、注浆缓冲罐13（3）以及后端其余的注浆缓冲罐均处于未注浆状态，气化生产的气化剂通过注气点2注入；

2、现需要实施气化剂注气点的后退，即关闭注气点2，开启注气点3；

3、首先，切换煤气流程，使气化工作面的出口煤气全部进入放散火炬排至大气；

4、把气化剂调整为全部空气注入，并保持空气的注入量稳定（比如：3500 Nm³/小时），并记录气化剂注入压力（比如：80kPa）；

5、打开注气点3的热熔开启装置的电源，开始熔化注气点3的易熔金属盘；观察气化剂的注入流量以及注入压力，当注入流量显著升高而注入压力显著降低时，表明易熔金属盘部分熔开；

6、全部关闭注入空气，并保证注气点3的热熔开启装置的电源为一直接通状态，持续15分钟后，再开启空气的注入，至此，注气点3实现了开启；

7、重新调整空气的注入量至稳定状态（比如：3500 Nm³/小时），并记录气化剂注入压力（比如：50kPa）；

8、记录并持续观察煤气的组分变化，特别是煤气中水的含量；

9、保证气化工作面排水畅通；

10、监测放散火炬出口煤气的排放状态，主要观察排放气的颜色变化；

11、通过注浆管向注浆缓冲罐13（2）注入浆液（浆液的配比为（质量）：粉煤灰（95％）、白灰（5％）、水（水为粉煤灰、白灰总量的20％）），注浆压力最大为1.0MPa；

12、当注入流量显著降低而注入压力显著升高时，表明浆液已进入注浆缓冲罐13（2）、下游管道以及气化燃空区；

13、持续注浆，并密切关注气化工作面的排水、放散火炬出口气的颜色以及煤气中的水分变化；当煤气中的水含量突然显著升高或放散火炬出口气的颜色变白时（即表明有大量水蒸汽排出），立即停止注浆；

14、至此，实现了气化剂注气点的后退（即开启了注气点3，关闭了注气点2），气化区继续向后推进；同时，也实现了气化燃空区的部分充填。

Claims (8)

1.一种注气点后退式煤炭地下气化***，包括设置在煤层中的通风巷道和多个煤炭地下气化单元，通风巷道连接多个煤炭地下气化单元；其特征在于，煤炭地下气化单元包括在一个平面设置的一条气化剂注入巷道和两条煤气输送巷道，所述两条煤气输送巷道按照与气化剂注入巷道间隔一定距离平行设置在气化剂注入巷道两侧，两条煤气输送巷道一端和气化剂注入巷道的一端通过初始气化巷道相互连通，两条煤气输送巷道另一端和气化剂注入巷道的另一端通过隔离墙与通风巷道隔离；所述气化剂注入巷道与气化巷道连通处两侧的初始气化巷道内设置有起始点火区；在所述通风巷道中铺设有气化剂总管、水蒸汽总管和注浆总管，所述煤气输送巷道与地面煤气站连通，在气化剂注入巷道中设置的设施包括有气化剂输送管和多个水蒸汽和浆液混合输送支管；气化剂输送管和多个水蒸汽和浆液混合输送支管穿过密闭墙，通过气化剂输送控制器和水蒸汽和注浆分配控制器分别和气化剂总管、水蒸汽总管和注浆总管连接，沿气化剂输送管轴向依次设置有多个注气口，注气口连接有伸入煤层的注气管，在注气口伸入煤层的注气管上设置有热熔式开启装置；在两个相邻注气口之间设置有埋入气化剂注入巷道地面之下的注浆缓冲罐，所述注浆缓冲罐的内径至少要大于所述气化剂输送管直径的三倍，注浆缓冲罐上分别设置有与相邻注气口连接的注气进口和注气出口，所述注气出口设置在注浆缓冲罐的侧壁上，所述注气进口设置在注浆缓冲罐上端面，多个注气口通过注浆缓冲罐的注气进口和注气出口相互串接起来；所述注浆缓冲罐侧壁的注气出口对面设置有水蒸汽和注浆口，所述水蒸汽和注浆口与水蒸汽和浆液混合输送支管连接，在所述注浆缓冲罐注气进口与气化剂输送管的注气口连接的管路中设置有单向截止阀，所述单向截止阀按照沿注气流动方向为通路设置；在相邻注气口之间的煤层中设置有温度传感器，一个控制器分别与温度传感器、热熔式开启装置、气化剂输送控制器、水蒸汽和注浆分配控制器连接，所述气化剂注入巷道在布置完上述设施后填充满煤块。

2.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化***，其特征在于，所述煤气输送巷道与气化剂注入巷道间隔距离是在15米至50米之间。

3.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化***，其特征在于，所述煤气输送巷道与气化剂注入巷道间隔距离是30米。

4.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化***，其特征在于，所述注浆缓冲罐上端面注气进口向下设置有延伸管，延伸管的进口低于注浆缓冲罐侧壁的注气出口。

5.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化***，其特征在于，所述温度传感器设置在气化剂输送管注气口前两米处的煤层中。

6.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化***，其特征在于，设置在气化剂输送管两个相邻注气口之间的所述注浆缓冲罐，其距离来气方向注气口的距离是在2米至2.5米之间。

7.根据权利要求1所述的一种煤炭地下气化***，其特征在于，所述热熔式开启装置包括：上下两个管道，上下两个管道通过法兰盘连接在一起，其中，下管道与气化剂输送管的注气口连接，上管道伸入煤层，在上下管道法兰盘之间设置有低温熔断垫片，低温熔断垫片将上下两个管道的通道隔断，在低温熔断垫片上固定有电热丝，电热丝的输入导线从上管道侧的法兰盘底端引出。

8.一种煤炭地下气化工艺，是基于权利要求1所述煤炭地下气化***的地下气化工艺，其特征在于，所述工艺步骤顺序包括：冷态试验的步骤、气化工作面点火的步骤、气化工作面调试的步骤和气化正常生产注气点后退的步骤；

所述冷态试验的步骤包括：

a.气化工作面静态泄压实验:打开气化单元的气化工作面所有进气管线的阀门，关闭煤气出口管线的阀门，向气化单元供风，从煤气出口记录气化工作面压力上升速率，维持压力为 60KPa或以上，检测漏失情况；

b. 动态漏失率测定:打开一个气化单元的进气阀门、出口阀门，关闭其它气化单元的进气阀门、出口阀门；从打开的气化单元气化剂注入管鼓风，记录气化工作面进、出口流量及差值，计算气化工作面漏失量，所述鼓风量为5000m3/h以上，漏失量小于1.5%为合格；

c. SF6示踪气体试验：将SF6气体与气化剂混合由气化剂注入管道注入，在气化单元所有密闭墙处取样检测，如果检测到SF6气体，需要对密闭墙重新进行注浆处理或制定更严格的回风方案；

所述气化工作面点火的步骤包括：

d.由气化剂注入管道鼓风注入空气，气化工作面煤气出口管道阀门全部打开，将进入煤气净化***的煤气总管阀门关闭，将去放散火炬的煤气阀门开启，调整气化单元的气化工作面的鼓风流量大于或等于为2500m³/h，并检测煤气出口气体中CH₄、H₂、CO含量，当其含量超出混合气体***极限值时，继续鼓风；

e.当出口气体中CH₄、H₂、CO含量未超出混合气体***极限值时点火；

f.测量出口煤气组分和热值，当煤气出口煤气中O₂含量逐渐下降， CH₄、H₂、CO、CO₂含量和煤气热值逐渐升高，同时监测气化工作面温度，当出口煤气中O₂含量小于1%、煤气热值大于2.5MJ/m³时，则气化工作面点火成功, 进入气化工作面调试； 

所述气化工作面调试的步骤包括：

g.检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量小于1%时，提高鼓风中的氧气浓度至30%，增加鼓风量至3000 m³/h；

h.间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，再次增加气化剂中氧气的浓度至35%；增加气化剂的注入量至3500 m³/h；

i.间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，再次增加气化剂中的氧气浓度至40%，并维持气化剂注入量不变；

j. 间隔5小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时， 维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，维持气化剂中氧气的浓度不变，提高气化剂的注入量至4000 m³/h；

k. 间隔2小时后，再次检测出气口煤气组分，当出口煤气中O₂含量大于1%时，维持原有的气化剂流量，并连续测量出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量小于1%时，由水蒸汽和浆液混合输送支管向气化工作面内逐渐供入水蒸汽，水蒸汽的注入量依据工艺设计决定；

l.连续检测出口煤气中的氧含量，当出口煤气中O₂含量始终小于1%时，进入煤气净化***的煤气总管阀门打开，关闭去放散火炬的煤气阀门，启动引风机，进入正常生产阶段；

所述气化正常生产过程注气点后退的步骤包括：

m. 判断是否需要气化剂注气点后退；通过气化剂注入点的温度传感器以及出口煤气组分的变化，判断是否需要向后移动燃烧点；

n．当与当前出气口相邻的之后出气口前的温度传感器检测的温度达到300℃，并且出口煤气的热值出现大幅下降时，开始实施气化剂的注气点后退，即打开后一个注气点，同时关闭当前开启的注气点；

o.返回到步骤m,直至煤层燃烧点移至气化剂注入巷道尽头。