CN105089604B - 煤炭地下气化炉型及气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤炭地下气化炉型及气化方法，采用多条相互平行的定向钻井及一条垂直井构建气化炉，其中所述各个定向钻井的末端与所述垂直井相互连通，沿所述垂直井同侧依次顺序排列多个定向钻井，所述垂直井沿轴向设有多个侧孔，其中任意一个定向钻井与所述垂直井连接处设有第一侧孔，且所述第一侧孔上方还设有第二侧孔。本发明针对超厚煤层采用自下而上的气化方式，不但气化效率高，而且有效避免了资源浪费。

Description

煤炭地下气化炉型及气化方法

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化开采技术领域，尤其是指一种煤炭地下气化炉及气化方法。

背景技术

煤炭地下气化技术主要是指煤、焦炭或者半焦等固体燃料在高温常压或者加压条件下与气化剂发生反应，转化为气体产物或少量残渣的过程。所述气化剂主要是水蒸气、空气（或者氧气）或者它们的混合气。煤炭气化过程可用于生产燃料煤气，作为工业窑炉用气或者城市煤气，也可用于制造混合气，作为合成氨、合成甲醇和合成液体燃料的原料，因此煤炭气化技术是煤化工的重要技术之一。

煤炭地下气化炉通常由进气井、气化通道、出气井等组成，在所述进气井底部进行点火后，从所述进气井注入气化剂，在气化通道中与煤层发生各种化学反应，生成的煤气沿气化通道和出气井输送至地面。而地下气化炉型是指地下气化所用钻孔的类型、相互位置、气化时的用途及启动顺序等形成的通道形状。目前的气化炉已经发展成众多的钻孔通过钻孔类型（竖直井、水平定向钻井）、钻孔间距、气化时气流的走向和燃烧区走向等组合出各种类型的地下气化炉，能够成倍地提高煤气产量、气化过程的稳定性、煤层的采收率，而且能够有效降低地下水入侵、顶板冒落、热损失等的风险，因此，气化炉型是决定气化过程成败的关键因素之一。

现有中国专利（CN104594873A）公开了一种煤炭地下气化炉及气化方法，如图1所示，包括顶板1、位于顶板下方的煤层2、穿过顶板之后进入煤层的进气孔3、穿过顶板之后进入煤层的出气孔4、概呈水平的位于煤层内并连通进气孔的进气通道5及位于进气通道垂直上方的出气通道6以及穿过顶板后进入煤层并连通进、出气通道的点火孔7。上述技术虽然避免了出气通道堵塞，可以保证气化的连续性，但是仍旧存在以下缺陷：所述出气通道6的高温直接作用于煤层顶板1，从而易造成顶板受热变形、冒落的风险，影响气化炉的正常运行；再者，该炉型气化时具有一定的局限性，仅适用于煤层厚度在15米范围内的煤层，对于超厚煤层采用该炉型气化时资源浪费较严重，回采率低，经济性差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中气化效率低且煤层顶板易冒落等问题从而提供一种即使针对超厚煤层的气化，也能提高气化稳定性及气化效率的煤炭地下气化炉型及气化方法。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种煤炭地下气化炉型，包括煤层顶板以及位于所述煤层顶板下方的煤层底板，所述煤层顶板与所述煤层底板之间设有煤层，穿过所述煤层顶板且在所述煤层中设有多个定向钻井，穿过所述煤层顶板和所述煤层向所述煤层底板延伸设有一个垂直井，其中所述各个定向钻井的末端与所述垂直井相互连通，沿所述垂直井同侧依次顺序排列多个定向钻井，所述垂直井沿轴向设有多个第一侧孔和多个第二侧孔，其中任意一个第一侧孔位于所述定向钻井与所述垂直井的连接处，所述第二侧孔位于所述第一侧孔的上方。

在本发明的一个实施例中，所述垂直井的单侧分别设有多个定向钻井，且各个定向钻井的垂直段沿所述垂直井的该侧依次向远离垂直井的方向延伸排列，且所述各个定向钻井的水平段相互平行。

在本发明的一个实施例中，所述垂直井的两侧均设有多个定向钻井，且所述垂直井的同一侧中，各个定向钻井的垂直段依次向远离垂直井的方向延伸排列。

在本发明的一个实施例中，所述垂直井任意一侧的一个定向钻井的水平段与所述垂直井另一侧的在同一水平面上定向钻井的水平段通过所述第一侧孔相通。

本发明还公开了一种利用上述任意一个所述的煤炭地下气化炉型气化地下煤层的方法，包括如下步骤：步骤S1：开启任意相邻两个定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔以及位于所述两个第一侧孔中间的第二侧孔；步骤S2：对相邻两个定向钻井中竖直方向处于下方位置的定向钻井点火并进行逆向气化，使煤层燃烧产生的煤气经由所述处于下方位置的定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔和位于所述第一侧孔上方的第二侧孔进入垂直井，煤气通过所述处于上方位置的定向钻井输送至地面煤气管网；步骤S3：对气化完成的由相邻两个定向钻井之间形成的燃空区进行填充与加固。

在本发明的一个实施例中，对所述煤层在竖直方向由下而上逐步气化时，包括将所述垂直井两侧同一水平面的煤层同时气化的步骤。

在本发明的一个实施例中，所述垂直井一侧任意相邻两个定向钻井之间的煤层与所述垂直井另一侧在同一水平面的相邻两个定向钻井之间的煤层同时气化。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中，对相邻两个定向钻井中竖直方向处于下方位置的定向钻井点火是通过向所述处于下方位置的定向钻井中下放注气端具有点火功能的注气装置进行通道点火。

本本发明的一个实施例中，所述定向钻井施工时，向所述定向钻井的水平通道内下入支护装置。

本本发明的一个实施例中，所述水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与煤层底板之间的煤层气化完成后，继续将水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与煤层顶板之间的煤层进行气化，其步骤如下：首先，开启所述水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔以及开启所述水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔上方的第二侧孔，同时打开所述垂直井；然后，对水平段距离煤层顶板最近的定向钻井点火并进行逆向气化，使生产的煤气由垂直井输送至地面煤气管网中；最后，对气化完成的由水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与所述煤层顶板之间形成的燃空区进行填充与加固。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述煤炭地下气化炉型及气化方法，采用多条相互平行的定向钻井及一条垂直井构建气化炉，煤气依次由相邻的定向钻井输出，将热量输送至上方的煤层，对上方的新鲜煤层进行了预热，从而充分利用了能源，提高了气化效率；而且可实现将两列气化炉同时并联运行，大幅度提高气化效率，此外，本发明所述煤炭地下气化炉型及气化方法对所述定向钻井气化形成的燃空区进行填充与加固，构建人工底板，保证了超厚煤层气化过程的稳定性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是现有所述煤炭地下气化炉的平面示意图；

图2是本发明所述实施例一所述煤炭地下气化炉型的立体示意图；

图3是本发明所述实施例二所述煤炭地下气化炉型的平面示意图。

具体实施方式

实施例一

如图2所示，本实施例提供了一种煤炭地下气化炉型，包括煤层顶板11以及位于所述煤层顶板11下方的煤层底板13，所述煤层顶板11与所述煤层底板13之间设有煤层12，穿过所述煤层顶板11且在所述煤层12中设有多个定向钻井14，穿过所述煤层顶板11和所述煤层12向所述煤层底板13延伸设有一个垂直井15，其中所述各个定向钻井14的末端与所述垂直井15相互连通，沿所述垂直井15的一侧依次顺序排列多个定向钻井14，所述垂直井15沿轴向设有多个第一侧孔和多个第二侧孔，其中任意一个第一侧孔位于所述定向钻井14与所述垂直井15的连接处，所述第二侧孔位于所述第一侧孔的上方。

本实施所述煤炭地下气化炉型，包括煤层顶板11、位于所述煤层顶板下方的煤层底板13以及位于所述煤层顶板11与所述煤层底板13之间的煤层12，穿过所述煤层顶板11且在所述煤层12中设有多个定向钻井14，穿过所述煤层顶板11和所述煤层12向所述煤层底板13延伸设有一个垂直井15，沿所述垂直井15的一侧依次顺序排列多个定向钻井14，采用本实施例所述的炉型，不但构建炉型的速度快，成本低，而且任意相邻两个定向钻井中，一个定向钻井作为进气通道，一个定向钻井作为出气通道，可以实现逐段燃烧煤层，有利于对超厚煤层进行气化，具体地，如第一定向钻井14A、第二定向钻井14B、第三定向钻井14C、第四定向钻井14D以及第五定向钻井14E，所述各个定向钻井14的末端与所述垂直井15相互连通，从而使所述垂直井15主要用于连接进气通道和出气通道，也可以作为备用出气井；所述垂直井15沿轴向设有多个侧孔16，通过各个侧孔16的启闭来控制进气通道和出气通道，从而利于分段控制煤层的燃烧，提高煤层的燃烧率，具体地，所述侧孔16包括第一侧孔和第二侧孔，其中任意一个第一侧孔位于所述定向钻井14与所述垂直井15的连接处，如所述第一定向钻井14A与所述垂直井15的连接处设有第二个侧孔16B，所述第二定向钻井14B与所述垂直井15的连接处设有第四个侧孔16D，所述第三定向钻井14C与所述垂直井15的连接处设有第六个侧孔16F…依次顺序，所述第五个定向钻井14E与所述垂直井15的连接处设有第十个侧孔16J，通过所述第一侧孔的设置可使煤气从进气通道传输至垂直井15中，再由所述垂直井15将煤气传输至出气通道中，使煤层燃烧产生的热量传输至上方的煤层，对上方的新鲜煤层进行了预热，不但有利于新鲜煤层的气化，提高气化效率，而且充分利用了能源，有效避免了超厚煤层采用常规气化炉气化时造成的资源浪费；所述第二侧孔位于所述第一侧孔上方，具体地，所述第二个侧孔16B上方设有第一个侧孔16A，所述第四个侧孔16D上方设有第三个侧孔16C，所述第六个侧孔16F上设有第五个侧孔16E…依次顺序，所述第十个侧孔16J上设有第九个侧孔16I，即第偶数个侧孔是第一侧孔，且设置在各个定向钻井与垂直井15的连接处，第奇数个侧孔是第二侧孔，且设置在所述第偶数个侧孔的上方，煤层气化过程中，随煤层的燃烧产生煤灰堆积，若煤灰堆积在某个第一侧孔时，会导致该处侧孔被堵塞，煤气不能顺利传输至所述垂直井15内，因此通过所述第二侧孔的设置，可以保证煤气顺利的经由所述垂直井15传输至地面煤气管网中。

下面举例说明煤层气化时，如何保证煤气顺利的由进气通道经所述垂直井15传输至出气通道中：

如气化第二定向钻井14B和第三定向钻井14C之间的煤层时，以所述第二定向钻井14B作为进气通道，以所述第三定向钻井14C作为出气通道，此时，开启第六个侧孔16F、第五个侧孔16E以及第四个侧孔16D，同时关闭其它的侧孔以及垂直井15，具体地，煤层气化过程中产生的煤气由第六个侧孔16F流入所述垂直井15内，随着煤层的燃烧使燃空区扩大，若灰渣在所述第六个侧孔16F附近堆积，会造成煤气出气困难，此时通过所述第五个侧孔16E的出气，从而使煤气顺利流入所述垂直井15中，煤气再由所述垂直井15经过所述第四个侧孔16D流向出气通道，最终输送至地面煤气管网中，从而使煤层燃烧产生的热量传输至上方的煤层，对上方的新鲜煤层进行了预热，不但有利于新鲜煤层的气化，提高气化效率，而且充分利用了能源，有效避免了超厚煤层采用常规气化炉气化时造成的资源浪费。

本实施例中，所述垂直井15的单侧分别设有多个定向钻井14，沿所述煤层12竖直方向呈上下分布，且各个定向钻井14的垂直段沿所述垂直井15的该侧依次向远离垂直井的方向延伸排列，其中，第一定向钻井14A位于轨迹内侧，且水平距离与所述垂直井15最近，第五定向钻井14E位于轨迹外侧，且水平距离与所述垂直井15最远，相邻定向钻井的竖直段间的水平距离范围为5m-20m，且所述各个定向钻井14的水平段相互平行，相邻定向井水平段间的垂直间距为煤层燃烧后燃空区高度的1.5-2倍，从而有利于煤气在进气通道和出气通道的传输，有效提高煤层的气化效率。

本实施例中，所述定向钻井的水平段在所述煤层12中概呈水平，沿所述煤层12竖直方向呈上下平行分布，相邻定向钻井水平段之间的垂直间距为煤层燃烧后燃空区高度的1.5倍，其中燃空区高度优选7m，所述第一定向钻井14A的水平段靠近所述煤层顶板11，所述第五定向钻井14E的水平段靠近所述煤层底板13。所述多个定向钻井14在地面概呈直线分布，且第一定向钻井14A至第五定向钻井14E依次向外扩展，所述第一定向钻井14A位于所述第五定向钻井14E的轨迹内侧，相邻定向钻井间的水平距离10m。所述第五定向钻井14E的水平段位于所述煤层底板13上0.5米处，所述第一定向钻井14A至所述第五定向钻井14E的水平段之间的垂直间距为10.5m，在50m厚的煤层中所述第一定向钻井14A的水平段距离所述煤层顶板11下方约7.5米。所述垂直井15的底部位于所述煤层底板13以上0.5米处。

为了避免气化前煤层垮落导致堵塞定向孔通道，定向钻进施工时向所述定向钻井14的水平段均下入支护装置，所述支护装置可以是铸铁花管、可燃材料制作的复合管或玻璃钢管。

实施例二：

本实施例二是在实施例一基础上的变形，为了完善煤层的气化，本实施例采用在所述垂直井的两侧分别设有多个定向钻井，通过共用一个所述垂直井形成两个并列的炉型从而显著提高煤层的气化效率，下面详细说明所述煤炭地下气化炉型：

如图3所示，所述垂直井15的两侧分别设有多个定向钻井14，所述垂直井15的同一侧中，各个定向钻井的垂直段依次向远离垂直井的方向延伸排列，具体地，所述垂直井15的两侧均设有多个定向钻井14，其中，第一定向钻井14A至第五定向钻井14E分布在所述垂直井15的一侧，第六定向钻井14F至第十定向钻井14J分布在所述垂直井15的另一侧，本实施通过共用一个所述垂直井15分别形成两个并列的炉型，不但构建炉型的速度快，成本低，而且可实现两列炉型同时并联运行，再者，煤层气化时，所述垂直井15两侧同一水平面的煤层同时气化，从而可以加快煤层的燃烧，大幅度提高气化效率。

所述垂直井15沿轴向设有多个侧孔16，通过各个侧孔16的启闭来控制进气通道和出气通道，从而利于分段控制煤层的燃烧，提高煤层的燃烧率，所述侧孔16包括第一侧孔和第二侧孔，任意一个第一侧孔位于所述定向钻井14与所述垂直井15的连接处，所述第二侧孔位于所述第一侧孔的上方，具体地，所述垂直井15的一侧中，所述第一侧孔包括：位于所述第一定向钻井14A与所述垂直井15的连接处的第二个侧孔16B、位于所述第二定向钻井14B与所述垂直井15的连接处的第四个侧孔16D、位于所述第三定向钻井14C与所述垂直井15的连接处的第六个侧孔16F、位于所述第四定向钻井14D与所述垂直井15的连接处的第八个侧孔16H、位于所述第五定向钻井14E与所述垂直井15的连接处的第十个侧孔16J；所述第二侧孔包括：位于所述第二个侧孔16B上方的第一个侧孔16A、位于所述第四个侧孔16D上方的第三个侧孔16C、位于所述第六个侧孔16F上设有第五个侧孔16E、位于所述第八个侧孔16H上设有第七个侧孔16G、位于所述第十个侧孔16J上的第九个侧孔16I；所述垂直井15的另一侧中，所述第一侧孔包括：位于所述第六定向钻井14F与所述垂直井15的连接处的第十二个侧孔16L、位于所述第七定向钻井14G与所述垂直井15的连接处的第十四个侧孔16N、位于所述第八定向钻井14H与所述垂直井15的连接处的第十六个侧孔16Q、位于所述第九定向钻井14I与所述垂直井15的连接处的第十八个侧孔16S、位于所述第十定向钻井14J与所述垂直井15的连接处的第二十个侧孔16U；所述第二侧孔包括：位于所述第十二个侧孔16L上方的第十一个侧孔16K、位于所述第十四个侧孔16N上方的第十三个侧孔16M、位于所述第十六个侧孔16Q上方的第十五个侧孔16P、位于所述第十八个侧孔16S上方的第十七个侧孔16R、位于所述第二十个侧孔16U上方的第十九个侧孔16T。即第偶数个侧孔是所述第一侧孔，且设置在所述定向钻井与垂直井15的连接处，使煤层气化过程中燃烧产生的热量可以传输至上方的煤层，对上方的新鲜煤层进行了预热，不但有利于新鲜煤层的气化，提高气化效率，而且充分利用了能源，有效避免了超厚煤层采用常规气化炉气化时造成的资源浪费；第奇数个侧孔是所述第二侧孔，且设置在所述第偶数个侧孔的上方，煤层气化过程中，在所述垂直井15的两侧，随煤层的燃烧都会产生煤灰堆积，若煤灰堆积在某个第一侧孔时，会导致该处侧孔被堵塞，煤气不能顺利传输至所述垂直井15内，因此通过所述第二侧孔的设置，可以保证煤气顺利的经由所述垂直井15传输至地面煤气管网中。

本实施例中，为了提高煤层的气化效率，所述垂直井15同一侧的各个定向钻井的水平段相互平行，且所述垂直井15任意一侧的一个定向钻井的水平段与所述垂直井15另一侧的对应定向钻井的水平段在同一水平面上，具体地，如第一定向钻井14A与所述第六定向钻井14F在同一水平面上，第二定向钻井14B与所述第七定向钻井14G在同一水平面上，依次顺序，所述第五定向钻井14E与所述第十定向钻井14J在同一水平面上，气化煤层时，两列炉型同时点火运行，加快煤层的燃烧，使气化效率大幅度提高。

本实施例中，所述定向钻井14的水平段在所述煤层12中概呈水平，所述垂直井15任意一侧的一个定向钻井的水平段与所述垂直井15另一侧的在同一水平面上定向钻井的水平段通过所述第一侧孔相通。具体地，第一定向钻井14A至第五定向钻井14E以及第六定向钻井14F至第十定向钻井14J均沿所述煤层12竖直方向呈上下平行分布，且第一定向钻井14A与所述第六定向钻井14F通过所述第二个侧孔16B以及所述第十二个侧孔16L相通、第二定向钻井14B与所述第七定向钻井14G通过所述第四个侧孔16D以及所述第十四个侧孔16N相通、第三定向钻井14C与所述第八定向钻井14通过所述第六个侧孔16F以及所述第十六个侧孔16Q相通、第四定向钻井14D与所述第九定向钻井14I通过所述第八个侧孔16H以及所述第十八个侧孔16S相通、第五定向钻井14E与所述第十定向钻井14J通过所述第十个侧孔16J以及所述第二十个侧孔16U相通。任意相邻两个定向钻井14水平段之间的垂直间距为煤层燃烧后燃空区高度的2倍，其中燃空区高度优选7m，所述第一定向钻井14A以及第六定向钻井14F的水平段靠近所述煤层顶板11，所述第五定向钻井14E以及第十定向钻井14J的水平段靠近所述煤层底板13。所述第一定向钻井14A至所述第五定向钻井14E、所述第六定向钻井14F至所述第十定向钻井14J在地面概呈直线分布，由所述第一定向钻井14A向所述第五定向钻井14E依次向外扩展、由所述第六定向钻井14F至所述第十定向钻井14J依次向外扩展，所述第一定向钻井14A位于所述第五定向钻井14E的轨迹内侧，所述第六定向钻井14F位于所述第十定向钻井14J的轨迹内侧，任意相邻两个定向钻井14的水平距离为5m。所述第一定向钻井14A 至第五定向钻井14E、所述第六定向钻井14F 至第十定向钻井14J的水平段之间的垂直间距14m，在60m厚的煤层中所述第一定向钻井14A以及所述第六定向钻井14F的水平段距离所述煤层顶板11下方约4米。

无论实施例一还是实施例二，本发明所述定向钻井14的个数根据煤层12的厚度设定，所述第二侧孔设置在煤燃烧后灰层高度以上0.5米位置处，其中灰层高度优选2m，所述垂直井15的底部位于所述煤层底板13中，若煤层12的底板为遇水软化的泥岩，则垂直井15的底部位于所述煤层底板13以上0.5米或所述煤层12下方的泥岩下1米；若所述煤层12下方为软泥岩，则所述垂直井15的底部进行水泥固底，防止泥化堵塞钻孔。所述水平段距离煤层底板13最近的定向钻井的水平段位于所述煤层底板13上的0-0.5米处，具体可根据所述煤层12下方的地质性质决定，若煤层12下方为泥岩或软泥岩，所述水平段距离煤层底板13最近的定向钻井水平段优先位置设于所述煤层底板13上的0.5米处，若所述煤层12下方为硬质岩层，所述水平段距离煤层底板13最近的定向钻井水平段可位于煤层12的底部。所述水平段距离煤层顶板11最近的定向钻井的水平段位于煤层顶板12下方3-10米处。

实施例三：

本实施例提供一种煤炭地下气化方法，利用实施例一所述的煤炭地下气化炉型气化地下煤层，具体步骤如下：

步骤S1：开启第五定向钻井14E与所述垂直井15相交处的第一侧孔以及开启第四定向钻井14D与所述垂直井15相交处的第一侧孔，同时开启所述第五定向钻井14E与所述垂直井15相交处的第一侧孔上方的第二侧孔；步骤S2：利用所述第五定向钻井14E和第四定向钻井14D对煤层进行逆向气化，使生产的煤气由第四定向钻井14D输送至地面煤气管网；步骤S3：对气化完成的由所述第五定向钻井14E和所述第四定向钻井14D之间形成的燃空区进行填充与加固；步骤S4：依次打开其它侧孔顺序通过其它定向钻井对煤层气化，直至所述煤层底板13与所述第一定向钻井14A之间的煤层全部气化，且对每个气化完成后的由相邻两个定向钻井之间形成的燃空区进行填充与加固；步骤S5：开启第一定向钻井14A与所述垂直井15连接处的第一侧孔以及开启第一定向钻井14A与所述垂直井15连接处的第一侧孔上方的第二侧孔，同时开启所述垂直井15；步骤S6：利用所述第一定向钻井14A以及所述垂直井15对煤层气化，使生产的煤气由所述垂直井15输送至地面煤气管网中；步骤S7：对气化完成的由所述第一定向钻井14A与所述煤层顶板11之间形成的燃空区进行填充与加固，从而使所述第一定向钻井14A与所述煤层顶板11之间的煤层全部气化。

本实施例所述煤炭地下气化方法，将所述煤层12在竖直方向上由下而上逐步气化，包括将第一定向钻井14A与煤层底板13之间的煤层逐步气化以及将第一定向钻井14A与煤层顶板11之间的煤层气化。其中，将所述第一定向钻井14A与所述煤层底板13之间的煤层逐步气化的步骤如下：步骤S1：开启第十个侧孔16J、第九个侧孔16I以及第八个侧孔16H；步骤S2：利用所述第五定向钻井14E和第四定向钻井14D对煤层进行逆向气化，其中，以所述第五定向钻井14E作为进气通道，所述第四定向钻井14D作为出气通道，具体地，对所述第五定向钻井14E中下放注气端具有点火功能的注气装置进行通道点火，从所述注气装置输入气化剂对煤层逆向气化，从而有效避免气化空腔扩展对煤气质量的影响，使生产的煤气经由所述第十个侧孔16J和第九个侧孔16I进入所述垂直井15，煤气再由所述垂直井15流入第八个侧孔16H，由所述第八个侧孔16H流向所述第四定向钻井14D，使煤气最终输送至地面煤气管网，由于进气通道和出气通道之间的煤层燃烧产生的热量传输至上方的煤层，对上方的新鲜煤层进行了预热，不但有利于后续对新鲜煤层的气化，提高气化效率，而且充分利用了能源；所述步骤S3中，对气化完成的由所述第五定向钻井14E和所述第四定向钻井14D之间形成的燃空区进行填充与加固，从而完成所述第五定向钻井14E与所述第四定向钻井14D之间煤层的气化；所述步骤S4中，依次打开其它侧孔顺序通过其它定向钻井对煤层气化，直至所述煤层底板13与所述第一定向钻井14A之间的煤层全部气化，且对每个气化完成后的由相邻两个定向钻井之间形成的燃空区进行填充与加固，具体地，开启所述第八个侧孔16H、第七个侧孔16G以及第六个侧孔16F，利用所述第四定向钻井14D和第三定向钻井14C对煤层进行逆向气化，其中，以所述第四定向钻井14D作为进气通道，所述第三定向钻井14C作为出气通道，使生产的煤气经由所述第八个侧孔16H和第七个侧孔16G进入所述垂直井15，煤气再由所述垂直井15流入第六个侧孔16F，由所述第六个侧孔16F流向所述第三定向钻井14C，使煤气最终输送至地面煤气管网；分别对气化完成的所述第四定向钻井14D与所述第三定向钻井14C之间形成的燃空区进行填充与加固；继续利用同样的方法步骤直至完成对第一定向钻井14A和第二定向钻井14B之间煤层的气化，直至所述第一定向钻井14A与所述煤层底板13之间的煤层全部气化。所述第一定向钻井14A与所述煤层底板13之间的煤层全部气化后，开始气化所述第一定向钻井14A与所述煤层顶板11之间的煤层，首先开启所述第二个侧孔16B、第一个侧孔16A，并同时开启所述垂直井15；然后利用所述第一定向钻井14A和所述垂直井15对煤层进行逆向气化，使生产的煤气经过所述第二个侧孔16B以及第一个侧孔16A传输至所述垂直井15中，最终煤气由所述垂直井15输送至地面煤气管网中；最后对气化完成的由所述第一定向钻井14A与所述煤层顶板11之间形成的燃空区进行填充与加固，从而使煤层完全气化。

所述步骤S2中，对进气通道点火，点火过程控制气化剂的注入量以便形成稳定火源，一般选择空气作为气化剂，气化剂的流量优选200-500立方米/小时；对进气通道的逆向气化过程需要控制好注入气化剂的流量和氧气浓度，气化剂流量优选2000-3000立方米/小时，氧气浓度优选50-70%，

本实施例煤层气化时，通过煤气组分控制注气装置的移动，当生产的煤气中有效组分含量之和在平稳一段时间后下降25%后，通过地面的拖拽装置将注气管后移，进行下一段煤层的气化，煤气中有效组分含量上升、平稳一段时间后又明显下降时，再次后移注气装置，直至燃烧火区扩展至所述进气通道的入煤点附近，由于气化工作面采用后退式气化方式，有效避免了气化空腔扩展对煤气质量的影响，其中所述入煤点是指进气通道内造斜段上的某处位置。

所述步骤S6中，利用所述第一定向钻井14A以及所述垂直井15对煤层气化直至燃烧火区扩展至所述第一定向钻井14A的入煤点附近，使生产的煤气由所述垂直井15输送至地面煤气管网中。

本发明针对超厚煤层采用自下而上的气化方式，对开采完毕的燃空区进行填充与加固，通过构建人工底板，有效避免了上部煤层的垮落，保证了超厚煤层气化过程的稳定性。

实施例四：

本实施例提供一种煤炭地下气化方法，利用实施例二所述的煤炭地下气化炉型气化地下煤层，与实施例三的不同点在于：本实施例在气化煤层时，位于所述垂直井15两侧的同一水平面上的煤层同时逐步气化，从而有效提高煤层的气化效率，具体步骤如下：

步骤S1：开启第十个侧孔16J、第九个侧孔16I、第八个侧孔16H以及第二十个侧孔16U、第十九个侧孔16T、第十八个侧孔16S；步骤S2：利用所述第五定向钻井14E和第四定向钻井14D对煤层进行逆向气化，使生产的煤气由第四定向钻井14D输送至地面煤气管网，同时利用所述第十定向钻井14J和第九定向钻井14I对煤层进行逆向气化，使生产的煤气由第九定向钻井14I输送至地面煤气管网，使同一水平面的煤层燃烧时产生的热量均传输至上方的煤层，对上方的煤层进行了预热，有利于提高煤层的气化效率；步骤S3：对气化完成的由所述第五定向钻井14E和所述第四定向钻井14D之间形成的燃空区以及气化完成的由所述第十定向钻井14J和所述第九定向钻井14I之间形成的燃空区进行填充与加固，完成所述第五定向钻井14E与所述第四定向钻井14D之间煤层的气化以及所述第九定向钻井14I与所述第十定向钻井14J之间煤层的气化，使在所述垂直井15两侧同一水平面的煤层同时完成气化；步骤S4：依次打开其它侧孔顺序通过其它定向钻井对煤层气化，直至所述垂直井15的两侧的所述煤层底板13与所述第一定向钻井14A之间的煤层全部气化，且对每个气化完成后的由相邻两个定向钻井之间形成的燃空区进行填充与加固；步骤S5：开启第一个侧孔16A、第二个侧孔16B以及第十一个侧孔16K、第十二个侧孔16L，同时开启所述垂直井15；步骤S6：利用所述第一定向钻井14A以及所述垂直井15对煤层气化，同时利用所述第六定向钻井14F以及所述垂直井15对煤层气化，使生产的煤气均由所述垂直井15输送至地面煤气管网中；步骤S7：对气化完成的由所述第一定向钻井14A与所述煤层顶板11之间形成的燃空区以及气化完成的由所述第六定向钻井14F与所述煤层顶板11之间形成的燃空区进行填充与加固，从而使所述垂直井15一侧中所述第一定向钻井14A与所述煤层顶板11之间的煤层以及所述垂直井15另一侧中所述第六定向钻井14F与所述煤层顶板11之间的煤层全部气化。

本实施例所述的煤炭地下气化方法，所述垂直井15一侧任意相邻两个定向钻井之间的煤层与所述垂直井15另一侧在同一水平面的相邻两个定向钻井之间的煤层同时气化，使煤层在竖直方向由下端向上端逐步气化，实现两列气化炉同时并联运行，不能保证了超厚煤层气化过程的稳定性，而且气化效率大幅度提高。

综上，本发明所述的以上技术方案具有以下优点：

1.本发明所述煤炭地下气化炉型，沿所述垂直井的一侧依次顺序排列多个定向钻井，采用本实施例所述的炉型，不但构建炉型的速度快，成本低，而且对超厚煤层进行气化时不会造成资源浪费，有利于对超厚型煤层的开采，且有效避免了超厚煤层采用常规气化炉气化时造成的资源浪费；所述垂直井沿轴向设有多个侧孔，通过各个侧孔的启闭来控制进气通道和出气通道，从而有利于分段控制煤层的燃烧，提高煤层的燃烧率；所述第一侧孔上方还设有第二侧孔，煤层气化过程中，随煤层的燃烧产生煤灰堆积，若煤灰堆积在某个第一侧孔时，会导致该处侧孔被堵塞，煤气不能顺利传输至所述垂直井内，因此通过所述第二侧孔的设置，可以保证煤气顺利的经由所述垂直井传输至地面煤气管网中。

2.本发明所述煤炭地下气化炉型，所述垂直井的单侧分别设有多个定向钻井，沿所述煤层竖直方向呈上下分布，且各个定向钻井的垂直段沿所述垂直井的该侧依次向远离垂直井的方向延伸排列，所述各个定向钻井的水平段相互平行，从而有利于煤气在进气通道和出气通道的传输，有效提高煤层的气化效率 。

3. 本发明所述煤炭地下气化炉型，所述垂直井的两侧分别设有多个定向钻井，通过共用一个所述垂直井分别形成两个并列的炉型，本实施不但构建炉型的速度快，成本低，而且可实现两列炉型同时并联运行，再者，煤层气化时，所述垂直井两侧同一水平面的煤层同时气化，从而可以加快煤层的燃烧，大幅度提高气化效率。

4. 本发明所述煤炭地下气化方法，将所述煤层在竖直方向上由下而上逐步气化，包括将第一定向钻井与煤层底板之间的煤层逐步气化以及将第一定向钻井与煤层顶板之间的煤层气化，对开采完毕的燃空区进行填充，构建人工底板，有效避免了上部煤层的垮落，保证了超厚煤层气化过程的稳定性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围中。

Claims (10)

1.一种煤炭地下气化炉型，包括煤层顶板以及位于所述煤层顶板下方的煤层底板，所述煤层顶板与所述煤层底板之间设有煤层，穿过所述煤层顶板且在所述煤层中设有多个定向钻井，穿过所述煤层顶板和所述煤层向所述煤层底板延伸设有一个垂直井，其中所述各个定向钻井的末端与所述垂直井相互连通，其特征在于：沿所述垂直井同侧依次顺序排列多个定向钻井，且水平段离所述煤层底板最近的定向钻井与所述煤层顶板之间的所有定向钻井既作为进气通道，又作为出气通道，所述垂直井沿轴向设有多个第一侧孔和多个第二侧孔，其中任意一个第一侧孔位于所述定向钻井与所述垂直井的连接处，所述第二侧孔位于所述第一侧孔的上方。

2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉型，其特征在于：所述垂直井的单侧分别设有多个定向钻井，且各个定向钻井的垂直段沿所述垂直井的该侧依次向远离垂直井的方向延伸排列，且所述各个定向钻井的水平段相互平行。

3.根据权利要求1所述的煤炭地下气化炉型，其特征在于：所述垂直井的两侧均设有多个定向钻井，且所述垂直井的同一侧中，各个定向钻井的垂直段依次向远离垂直井的方向延伸排列。

4.根据权利要求3所述的煤炭地下气化炉型，其特征在于：所述垂直井任意一侧的一个定向钻井的水平段与所述垂直井另一侧的在同一水平面上定向钻井的水平段通过所述第一侧孔相通。

5.一种利用权利要求1-4中任意一个所述的煤炭地下气化炉型气化地下煤层的方法，其特征在于：将所述煤层在竖直方向上由下而上逐步气化，使水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与煤层底板之间的煤层逐步气化，且水平段离所述煤层底板最近的定向钻井与所述煤层顶板之间的所有定向钻井既作为进气通道，又作为出气通道，其步骤如下：

步骤S1：开启任意相邻两个定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔以及位于所述两个第一侧孔中间的第二侧孔；

步骤S2:对相邻两个定向钻井中竖直方向处于下方位置的定向钻井点火并进行逆向气化，使煤层燃烧产生的煤气经由所述处于下方位置的定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔和位于所述第一侧孔上方的第二侧孔进入垂直井，煤气通过所述处于上方位置的定向钻井输送至地面煤气管网；

步骤S3：对气化完成的由相邻两个定向钻井之间形成的燃空区进行填充与加固。

6.根据权利要求5所述的气化地下煤层的方法，其特征在于：对所述煤层在竖直方向由下而上逐步气化时，包括将所述垂直井两侧同一水平面的煤层同时气化的步骤。

7.根据权利要求6所述的气化地下煤层的方法，其特征在于：所述垂直井一侧任意相邻两个定向钻井之间的煤层与所述垂直井另一侧在同一水平面的相邻两个定向钻井之间的煤层同时气化。

8.根据权利要求5所述的气化地下煤层的方法，其特征在于：所述步骤S2中，对相邻两个定向钻井中竖直方向处于下方位置的定向钻井点火是通过向所述处于下方位置的定向钻井中下放注气端具有点火功能的注气装置进行通道点火。

9.根据权利要求5所述的气化地下煤层的方法，其特征在于：所述定向钻井施工时，向所述定向钻井的水平通道内下入支护装置。

10.根据权利要求5所述的气化地下煤层的方法，其特征在于：所述水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与煤层底板之间的煤层气化完成后，继续将水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与煤层顶板之间的煤层进行气化，其步骤如下：首先，开启所述水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔以及开启所述水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与所述垂直井连接处的第一侧孔上方的第二侧孔，同时打开所述垂直井；然后，对水平段距离煤层顶板最近的定向钻井点火并进行逆向气化，使生产的煤气由垂直井输送至地面煤气管网中；最后，对气化完成的由水平段距离煤层顶板最近的定向钻井与所述煤层顶板之间形成的燃空区进行填充与加固。