CN110159245A - 分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤炭地下气化技术领域，公开了一种分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***及方法，依次进行气化炉内煤层点火；气化剂注入及形成气化通道；火焰工作面后退移动与注气点回退；煤气的排输；温度监测与气化炉停止运行；气化炉充填，同时公开了一种分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***。本发明不需要人工在气化炉内掘进煤层巷道作为气化剂注入巷、气化通道和煤气输送巷，也无需在人员退出后构建气化炉与外界巷道的大型隔离密闭；做到了不掘进和不破坏煤层完整性和密闭性，达到了少揭露和干扰煤层，保持围岩的完整结构，使气化炉运行过程中具有很好的密闭性和承压性。

Description

分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***及方法

技术领域

本发明属于煤炭地下气化技术领域，尤其涉及一种分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***及方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

相对于传统机械化开采，煤炭地下气化是新型煤炭资源开采方法之一。在煤层走向方向形成火焰工作面(气化反应界面)并发生复杂的氧化还原反应和煤热解反应。煤炭地下采场需满足内部空间和外部自由空间保持隔绝，使反应空间内存在气体压力，防止气体泄漏并有利于反应的进行。

注气通道—反应界面—排气通道要形成顺畅的气流状态，使气化炉内部形成稳定的气流状态和稳态的反应界面形态结构，使火焰工作面稳定产气并保证煤气品质。“三带”要集中稳定，即氧化带、还原带和干馏干燥带具有稳定的尺寸范围和形态结构。为了保证气化炉内具有较好的反应温度，这就要求气化炉内具有较好的蓄热效果，反应区煤体温度高，待反应区煤体能够充分被预热。燃烧气化反应和反应界面可导可控是气化炉的基本要求。

注气装置可以通过设置注气点的数量及输送位置和范围来引导控制火焰工作面的燃烧范围和边界，实现整个工作面燃烧过程可导可控的要求，通过气化炉注气通道、气化通道和排气通道的合理布设，确定气化炉的合理尺寸，保持气化炉边界围岩的稳定结构，围岩保持气密性和稳定性，达到炉体围岩稳定性控制的要求。

以往所构建的煤炭地下气化炉及生产***，在注气和围岩控制以及整个气化过程可导可控方面，存有很多不足。一是缺乏有效的注气装置，导致气化剂在整个气化炉反应空间无序扩散，火焰工作面无序蔓延，或者燃烧范围超出了气化炉设计的气化范围和边界，或者导致气化炉内遗留大量未燃烧气化煤体，气流的紊乱还带来煤气品质的降低以及气化炉安全运行的风险；二是气化炉围岩稳定性控制差，对煤炭地下气化围岩与火焰工作面热力耦合的覆岩应力分布、移动变形规律研究不足、认识不清，所做的气化炉尺寸设计达不到围岩稳定性控制的要求，导致覆岩大面积垮落、裂隙带过度发育，沟通含水层，造成炉内气体泄漏、气体压力下降、地下水过量涌入，甚至会淹灭气化炉，造成重大的运行事故；三是对厚煤层及特厚煤层气化时，仍然采用薄煤层或中厚煤层的单一注排气通道的布置方式，已经不能满足高效、稳定、高回采率的气化要求，导致注排气通道设计不合理，不能有效地实现炉内煤体的完全气化。

煤炭地下气化技术(Underground Coal Gasification,UCG)又称原地煤气化，其工艺是将赋存于地下的煤层由物理采煤变为化学采气，其实质是将煤中的有用物质(挥发分、固定碳等)通过热解、燃烧、气化等物理和化学转化的方式转变为可燃气体。UCG将建井、采煤、气化三大工艺合而为一，具有产气成本低、安全性高和环境效益好的优点。UCG所产煤气成本仅为地面气化炉气化的25～50％，可以作为燃气发电、锅炉燃料以及合成化工产品的原料气，显著降低发电或合成化工产品的成本。UCG还具有显著的环境效益，大大减小燃煤污染、煤矸石及灰渣的排放，有效解决目前燃煤引发的大气雾霾问题，且与碳捕集和封存技术相结合，可有效减少温室气体排放。UCG在世界范围内受到了广泛的重视，前苏联、欧洲、美国、日本、澳大利亚、中国及亚洲多个国家进行了大量的理论研究和工业性试验。因此，煤炭地下气化首先是一种煤炭的开发方法，是对传统煤炭开采方式的创新，被誉为第二代采煤法；从其效益来看，又是一种高碳资源低碳化开发清洁能源新技术。该技术在低品质(高硫、高灰)、急倾斜、薄煤层、深部煤层、“三下”压煤以及常规技术经济不可采等残滞留煤的开采利用方面具有广阔的应用前景。

近年来世界主要产煤国都加大了煤炭地下气化的工业性试验以及产业化推广力度，美国、澳大利亚、加拿大、南非、中国等进行了大量的现场试验，拉开了煤炭地下气化商业化推广及产业化的序幕。我国煤炭地下气化试验开始于上世纪60年代，至今已进行了二十几次的现场试验，形成了有井式和无井式煤炭地下气化工艺。早在1992年《国家科学技术中长期发展纲要》***中将煤炭地下气化作为战略目标和关键技术之一。在科技部《国家“十二五”科学和技术发展规划》、《中国洁净煤技术科技发展“十二五”规划》、国务院《能源发展“十二五”规划》、国家***《煤炭工业发展“十二五”规划》等明确提出，将突破煤炭地下气化关键技术瓶颈，开展煤炭地下气化示范工程建设。在国家***、能源局《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》中提出，重点任务之一是实现煤炭无害化开采技术的创新。其中包括地下气化开采研发与攻关，并提出2020年目标：单个气化矿井年气化煤炭50万吨，到2030年规模化地下气化开采矿井实现工业示范。

现阶段煤炭地下气化尚没有实现产业化生产，其中一个重要原因就是煤炭地下气化的规模小，产气不稳定。一方面是受外部水文和地质环境的影响，气化煤层条件(煤厚、煤质等)和赋存条件(地质、水文、构造等)复杂多变，给煤炭地下气化过程增加了难度，需要人为进行调控的因素多；二是煤炭地下气化过程控制手段有限，受地下气化空间的高温、气体、煤体热破裂、围岩应力、覆岩垮落、裂隙带发育等因素影响，难以像地下煤气发生炉一样采取有效的监测和控制手段，增加了人为调控的难度。

因此，为了解决现阶段煤炭地下气化炉生产***面临的问题，需要研发一种与地质环境和煤层赋存条件相适应的，尤其是针对厚煤层及特厚煤层条件，具有可导可控功能的煤炭地下气化炉生产***和工艺，为进一步实现煤炭地下气化的产业化提供技术支持。

针对不同的煤层赋存条件，国内外学者提出了不同类型的煤炭地下气化炉型结构和气化生产工艺。在气化炉型构建方面，从注气通道、气化通道和排气通道的分布位置来看，可以把地下气化炉分为几种炉型，即盲孔炉、一线炉、V型炉、U型炉和E型炉等，后来又发明了多孔炉、可转换注排气操作的长壁炉。国外地下气化的研究方向主要是无井式煤炭地下气化工艺，通过在地面钻井构建煤炭地下气化炉，比较成熟的无井式气化工艺包括线性注入点后退工艺(Controlled Retraction Injection Point,CRIP)以及平行定向钻井CRIP工艺。

上世纪四十年代前苏联首先进行了现场地下气化试验，采用相邻的两个垂直钻井分别作为气化剂的注入井和产气井，然后采用多种贯通方法(如火力贯通、电力贯通、反向燃烧、空气压裂等)使两个垂直钻井底部在煤层中贯通形成气化通道，然后由注气井鼓入气化剂，由产气井生产煤气。该气化炉建炉工艺缺点在于贯通速度慢、贯通方向性差，垂直井间距大时贯通困难或无法贯通；垂直钻井间距较小，接替生产时，垂直钻井数量多，投资大；气化炉内没有注气装置，气化剂在整个气化炉内扩散燃烧，导致燃烧范围和边界无法有效控制，产气品质低；扩大的燃烧范围导致覆岩大面积垮落，围岩稳定性控制效果差。上世纪七八十年代以来，以美国为代表的欧美国家，主要研发的是无井式CRIP工艺，在注气控制方面采用拉管式移动注气点装置，周期性的后退拉动注气点，每次将注气点后退移动一段距离，该工艺需要在地面搭建大型的注气弯管螺旋拉动装置，设备投资高，工艺操作复杂，注气弯管在地面端密闭困难，当煤层埋深较大时，受地质应力以及钻孔变形的影响，移动注气装置操作可靠性降低。

公开号CN101382065A的中国专利“无井式地下气化工艺”构建了L型气化炉，主要特点在于首先通过定向钻贯通多个垂直钻孔，形成“一”线炉作为出气列，火力贯通另外多个垂直钻孔形成“一”线炉作为气化列，二者共同组成“L”型炉。在扩大再生产阶段，继续补加钻孔扩展气化炉。该技术的缺点是构建气化炉所需的钻孔数量多，水平定向钻井与多个垂直钻井的贯通难度大；多个垂直钻井在煤层中需要多批次的高压火力贯通，尤其是在气化炉燃烧形成燃空区且垮落带、裂隙带发育的情况下，难以保证高压火力贯通的有效性，贯通难度大。因此该气化炉建炉和运行方式操作复杂、可靠性差。公开号CN1121138A的中国专利“矿井长通道大断面煤炭地下气化”构建了长通道、大断面地下气化炉，主要特点是可在矿井报废煤层构建气化炉，需要人工掘进煤层巷道作为气化巷道，气化巷道长度一般大于150m，气化巷道断面大(2.5～4m²)。该技术的缺点是需要人工到气化炉内施工巷道，建炉机械水平低，存在人员安全隐患；在人员退出气化炉巷道施工后，需要构建气化炉隔离密闭，受气化炉内高温、气体、覆岩垮落等恶劣环境影响，难以有效做到气化炉内气体的密闭；气化巷道内缺乏有效的注气装置，气化剂在整个巷道内扩散，燃烧气化反应界面在整个气化巷道内蔓延，气流紊乱且气化炉燃烧范围和边界难以有效控制。根据公开号CN103277082B的中国专利“一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺”构建了一种E型结构气化炉，该发明主要特点是每个气化炉包括一条位于中间位置的气化剂注入巷道和两条煤气输送巷道，三条巷道平行布置，三条巷道一端连接煤层中的通风巷道，另一端连接气化巷道。该气化炉构建方式的缺点是需要人工在煤层中施工掘进出气化炉内巷道，在人员退出后需要在三条巷道连接通风巷道的一端构筑隔离墙。在煤巷中高温热解干裂环境下，对高温气体进行有效隔离是有相当大难度的，甚至是难以进行有效隔离。通风巷道内不但有注气管路、煤气管路，还有空气，一旦隔离失效煤气泄漏，则容易引起严重的事故。该专利确定的煤气输送巷与气化剂注入巷道间隔距离为30m(15m～50m)，但是并未给出相应地设计依据。当气化通道长度达到60m(30m×2)时，已经远大于上覆直接顶、老顶的极限跨距，因此将会引起覆岩的大面积垮落，裂隙带过度发育，严重会沟通上覆含水层，使气化炉内涌水过大造成淹炉事故，甚至导致裂隙贯通地表引起煤气泄漏，造成安全事故。

现有技术的缺点包括：

(1)现有的建炉方式需要人工在气化炉掘进煤层巷道作为气化剂注入巷、气化通道和煤气输送巷，在人员退出后需要构建气化炉与外界通道的隔离密闭，在煤巷中高温热解干裂环境下难以构筑有效的密闭对高温气体进行完全隔离，而且通道断面越大，进行完全隔离的难度越大，一旦隔离失效将会引起严重的安全事故。

(2)现有的气化炉注气巷道内缺乏有效的注气管路及移动注气装置。如果注气通道内没有注气管路，则气化剂由煤层内的裸孔(或巷道)传输，导致火焰工作面燃烧界面逆注气风流而上，将燃烧范围扩大到注气通道内，不但扩大了气化炉内燃烧范围和边界，还会引起气化炉内气流紊乱，气化剂和煤气混合燃烧，降低煤气品质；如果注气通道内没有移动注气装置或者预留注气口间隔较大时，则会导致气化剂注入点并不能随火焰工作面的定向移动而移动，气化剂从燃空区扩散到火焰工作面的距离增大，导致气化炉内气流紊乱，同样会导致煤气品质降低。

(3)现有的技术并没有特别针对厚煤层及特厚煤层提出相适应的的气化炉及炉内注排气通道布置方案，由于厚煤层及特厚煤层的赋存特点，单一的平面式注排气通道布置方式不能兼顾到厚煤层高度方向上的煤体，导致顶部煤层不能有效地气化，气化炉内残留煤多，气化炉内采出率降低。

(4)现有的技术对气化炉围岩稳定性控制差，对煤炭地下气化围岩与火焰工作面热力耦合的覆岩应力分布、移动变形规律研究不足、认识不清，所做的气化炉尺寸设计达不到围岩稳定性控制的要求，导致覆岩大面积垮落、裂隙带过度发育，沟通含水层，造成炉内气体泄漏、气体压力下降、地下水过量涌入，甚至会淹灭气化炉，造成重大的运行事故。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)以往所构建的煤炭地下气化炉及生产***，在注气和围岩控制以及整个气化过程可导可控方面，存有不足。

(2)煤炭地下气化的规模小，产气不稳定。

(3)现有的技术容易引起运行事故、安全事故，煤气品质低，采出率低。

解决上述技术问题的难度：

对煤炭地下气化过程围岩热力耦合作用对岩体损伤特性的理论认识不足，缺乏对煤炭地下气化条带的合理采宽的设计方法和依据；还有一个难点在于对煤炭地下气化过程的注气引导控制方面，缺乏有效的移动注气装置，导致注气点位置与气化反应界面位置移动不匹配，造成产气过程不稳定。

解决上述技术问题的意义：

解决上述问题，对与实现煤炭地下气化稳定运行的注气控制和围岩稳定性控制具有重要的意义，对于早日实现煤炭地下气化产业化具有现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法。

本发明是这样实现的，一种分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法包括：

步骤一，气化炉内煤层点火。

步骤二，气化剂注入及形成气化通道。

步骤三，火焰工作面后退移动与注气点回退。

步骤四，煤气的排输。

步骤五，温度监测与气化炉停止运行。

步骤六，气化炉充填。

进一步，所述步骤一的气化炉内煤层点火包括：

在井下通风行人巷内，沿注气通道内的注气管路内行进点火管至注气通道末端点火点位置，由点火管输入高热值可燃气体和氧气，由点火管前端的电子打火装置点燃可燃气体，将点火点位置的煤层引燃，完成气化炉内煤层点火。

进一步，所述步骤二的气化剂注入及形成气化通道包括：

煤层引燃后，点火管退出注气通道，经地面气化剂制备站、地面注气管路、注气钻井管路、通风行人巷内注气管路、注气通道内注气管路输入气化剂至点火位置，继续使煤层燃烧气化。燃烧气化位置由注气通道和排气通道连接点逐渐扩展，在注气通道和排气通道之间形成气化反应界面，形成火焰工作面。

进一步，所述步骤三的火焰工作面后退移动与注气点回退包括：

火焰工作面将沿着窄条带气化炉的长度方向后退移动，注气通道内注气管路上等间距布置的热熔式弹性连接器将依次处于火焰工作面位置，在火焰工作面附近高温作用下，热熔式弹性连接器依次断开，在注气管路上依次形成新的注气口，由新的注气口继续给火焰工作面提供气化剂。使气化剂注入点随着火焰工作面的后退移动而间隔回退。

进一步，所述步骤四的煤气的排输包括：

气化炉内生产的煤气经火焰工作面、排气通道、排气管路、通风行人巷内排气管路、排气钻井管路、地面排气管路到达地面煤气用气点。

进一步，所述步骤五的温度监测与气化炉停止运行包括：

实时监测温度监测钻孔内温度测点的温度值，当煤层顶板煤岩交界点、煤层底板煤岩交界点的温度值达到接近于火焰工作面高温800～1000℃时，火焰工作面达到气化炉停采线位置，停止向气化炉内注入氧气或空气，改为注入水蒸气，使气化炉停止运行。当煤层顶板煤岩交界点和煤层底板煤岩交界点的温度值降低到100℃以下时，并且监测到排出的气体组分CO浓度降低至零时，则气化炉完全熄灭。

进一步，所述步骤六的气化炉充填包括:

气化炉停止运行后，经地面充填泵站、地面充填管路、充填钻井管路、通风行人巷内充填管路、气化炉注气管路将充填浆料输送到气化炉燃空区，并逐渐充满整个气化炉燃空区。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***，所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***包括：

设置在煤层底部附近的多条平行注气通道、设置在煤层顶部附近的多条平行排气通道和多条温度监测钻孔。

所述注气通道和排气通道均为从气化煤层底板通风行人巷朝向煤层钻进的定向钻孔通道，包括气化炉外的岩石水平段和岩石弯曲段，以及气化炉内煤层段。

在气化炉内煤层段，所述注气通道为沿煤层底部掘进的煤层钻孔通道，掘进方向为沿煤层倾向向下。

所述排气通道为沿靠近煤层上部掘进的煤层钻孔通道，掘进方向为沿煤层倾向向下。

在气化炉内煤层段，注气通道沿煤层倾向直线掘进，接近达到设计长度时，除用于点火功能的注气通道外，其他多条注气通道均朝点火通道的点火点弯曲掘进，并贯通于一点。

排气通道与注气通道在空间上平行，在接近到达注气通道末端点时朝向注气通道末端点弯曲掘进，并与注气通道的贯通点连通，在煤层中所有的注气通道和排气通道均贯通于点火点位置。

温度监测钻孔位于注气通道和排气通道钻孔中间位置，在岩石段平行于注气通道和排气通道钻进，揭露煤层后直至煤层顶板煤岩交界处停止。

在钻孔内的煤层顶板煤岩交界处、煤层底板煤岩交界处及通风行人巷壁面处的中间位置分别布置测温热电偶，监测布置位置的温度值，热电偶引线由温度监测钻孔引出，连接温度监测***。

在气化炉内煤层段的注气通道和排气通道内布置有通道护管，所述通道护管为筛管，表面布置有一定大小的圆孔，所述通道护管用于支撑注气通道和排气通道煤壁。

注气通道护管内布置有注气管路，所述注气管路作为气化剂的输送通道。

进一步，所述注气管路上等间距布置有热熔式弹性连接器，当火焰工作面移动到所述热熔式弹性连接器位置时，在高温和一定时间作用下，所述热熔式弹性连接器断开，在注气管路上形成新的注气口，使所注入的气化剂能直接就近地输送到火焰工作面位置。

随着火焰工作面的继续定向移动，注气管路上的热熔式弹性连接器依次断开形成新的注气口，注气管路上的注气口随着火焰工作面的定向移动而后退。

两段相邻的注气管路在气化炉内煤层段、气化炉外岩石弯曲段以及岩石水平段通过卡扣式连接器连接在一起，在气化炉外通过法兰螺栓与气化炉外通风行人巷内的井下注气管路连接。

进一步，所述排气通道在气化炉外的岩石水平段布置有排气管路，两端相邻的排气管路通过法兰螺栓连接在一起，并最终与气化炉外通风行人巷内的井下排气管路连接。

在注气通道、排气通道和温度监测钻孔岩石段进行封孔，填充耐高温水泥、耐高温有机或无机隔热材料进行密闭。

所述通风行人巷为布置于气化煤层底板的岩石巷道，通风行人巷水平标高与气化炉上端标高相同，并与气化炉上端点有一定的水平距离，与气化煤层有一定的垂直距离。

所述通风行人巷是注气通道、排气通道和温度监测钻孔的施工巷道，利用布置于通风行人巷内的定向钻机水平朝向煤层掘进定向钻孔，临近煤层底板时按一定曲率弯曲钻进，进入煤层后，沿煤层底板掘进气化炉内煤层注气通道，沿煤层上部以下即煤层高度的2/3高度位置掘进气化炉内的煤层排气通道。

所述通风行人巷内铺设有井下注气管路、排气管路、充填注浆管路。

所述通风行人巷还用于气化炉运行期间的人工操作。

地面垂直的注气钻井与井下通风行人巷相连，注气钻井内设有管路，并与井下通风行人巷内的注气管路和辅助注气管路相连，为井下通风行人巷内的注气管路和辅助注气管路提供气化剂。

地面垂直的充填钻井与井下通风行人巷相连，充填钻井内设有管路，并与井下通风行人巷内的充填管路相连，为井下通风行人巷内的充填管路提供充填浆料。

地面垂直的排气钻井与井下通风行人巷相连，排气钻井内设有管路，并与井下通风行人巷内的井下排气管路相连，将通风行人巷内的井下排气管路内的煤气输送到地面煤气管路中。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明提出了一种针对厚煤层及特厚煤层地下气化的注排气通道的布置方法，构建了一种分布式注排气通道窄条带气化炉，即在井下煤层底板岩石巷朝向煤层打定向钻井，沿煤层底板钻井分布式注气通道，在靠近煤层上部一定位置钻井分布式排气通道。

本发明利用井下煤层底板岩石巷，朝向煤层打定向钻井，包括煤层底部的多条平行分布的注气通道钻井，以及煤层上部的多条平行分布的排气通道钻井，所有平行注排气通道钻井末端贯通构建窄条带地下气化炉。该建炉方法不需要人工在气化炉内掘进煤层巷道作为气化剂注入巷、气化通道和煤气输送巷，也无需在人员退出后构建气化炉与外界巷道的大型隔离密闭。做到了不掘进和不破坏煤层完整性和密闭性，达到了少揭露和干扰煤层，保持围岩的完整结构，使气化炉运行过程中具有较好的密闭性和承压性。

本发明与现有技术对比进一步体现了本发明的优点。技术对比表格如下。

本发明还提出了窄条带气化炉设计采宽以及分布式注气通道和排气通道布设数量的确定原则包括：

1)所有注气或排气通道的总间隔宽度加上最外侧两个注气通道的扩展宽度即为气化炉的设计宽度，该设计宽度乘以一定的安全系数k应小于或等于煤层直接顶或老顶的极限跨距。

2)单个注气通道在地下气化过程中具有一定的水平扩展宽度，两个相邻的注气通道合理间距应等于一个水平扩展宽度值。依据这两个原则，可以确定在一定的气化炉采宽下合理地注气通道数量。

3)排气通道的数量在注气通道数量的基础上减一即可。

本发明可以解决较厚煤层的地下气化，特别是对厚度大于3.5m的厚煤层或特厚煤层，具有较好的效果。避免了同一平面注排气钻孔布置方式带来的气化炉内煤体气化不完全的问题。

本发明利用井下煤层底板岩石巷，朝向煤层打定向钻井并贯通的方法构建气化炉。该建炉方法不需要人工在气化炉内掘进煤层巷道作为气化剂注入巷、气化通道和煤气输送巷，也无需在人员退出后构建气化炉与外界巷道的大型隔离密闭。做到了不掘进和不破坏煤层完整性和密闭性，尽量少揭露和干扰煤层，使气化炉运行过程中具有较好的密闭性和承压性。

本发明构建的窄条带气化炉，长宽比在10:1～20:1之间，且气化炉采宽小于覆岩的极限跨距，不破坏覆岩的完整结构，不会造成覆岩的大面积垮落，有效控制覆岩裂隙带的发育高度，保证气化炉的气密性和承压性。与燃空区充填相结合，具有良好的岩层控制效果和燃空区污染物控制效果。

本发明气化炉注气巷道内具备注气管路及有效的移动注气装置，在注气管路上等间距布设了热熔式弹性连接器，当火焰工作面移动到热熔式弹性连接器位置时，热熔式弹性连接器依次断开并在注气管路上依次形成新的注气口，从而使气化剂注入点随着火焰工作面的后退移动而间隔回退，保证气化炉内气流状态的顺畅以及火焰工作面反应界面形态结构的稳定。

本发明提出了窄条带气化炉设计采宽以及分布式注气通道和排气通道布置数量的确定原则，通过对注排气通道的合理布置来达到对厚煤层以及超厚煤层的充分气化燃烧，使气化炉内形成顺畅的气流状态和合理的气化反应界面形态结构。

附图说明

图1是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***剖面图。

图2是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法流程图。

图3是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***A-A剖面图。

图4是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***B-B剖面图。

图5是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉正常运行时期剖面图。

图6是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉正常***C-C剖面图。

图7是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉正常***D-D剖面图。

图8是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉注排气***分布图。

图中：1、注气通道、1-1、注气通道岩石水平段；1-2、注气通道岩石弯曲段；2、排气通道；2-1、排气通道岩石水平；2-2、排气通道岩石弯曲段；3、温度监测钻孔；4、通风行人巷；5、煤层；6、测温热电偶；7、井下排气管路；8、井下注气管路；9、充填注浆管路；10、卡扣式连接器；11、热熔式弹性连接器；12、通道护管；13、注气管路；14、排气管路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，以往所构建的煤炭地下气化炉及生产***，在注气和围岩控制以及整个气化过程可导可控方面，存有不足。煤炭地下气化的规模小，产气不稳定。现有的技术容易引起运行事故、安全事故，煤气品质低，采出率低。

为解决上述现有技术存在的问题。下面结合附图对本发明作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***包括：

注气通道1、注气通道岩石水平段1-1、注气通道岩石弯曲段1-2、排气通道2、排气通道岩石水平段2-1、排气通道岩石弯曲段2-2、温度监测钻孔3、通风行人巷4、煤层5、测温热电偶6、井下排气管路7、井下注气管路8、充填注浆管路9。

注气通道1、排气通道2、温度监测钻孔3设置在煤层5中。注气通道1和排气通道2均为从通风行人巷4朝向煤层5钻进的定向钻孔通道，包括气化炉外的岩石水平段(1-1、2-1)和岩石弯曲段(1-2、2-2)，以及气化炉内煤层段。

温度监测钻孔3位于注气通道1和排气通道2中间位置，平行于注气通道1和排气通道2钻进。在该钻孔内的煤层顶板煤岩交界点、煤层底板煤岩交界点及靠近通风行人巷壁面位置平行设置测温热电偶6。

通风行人巷4内铺设有井下注气管路8、排气管路7、充填注浆管路9。

在本发明实施例中，本发明***包括设置在煤层底部附近的多条平行注气通道1、设置在煤层顶部附近的多条平行排气通道2和多条温度监测钻孔3。所述注气通道1和排气通道2均为从气化煤层底板岩石巷(即通风行人巷4)朝向煤层5钻进的定向钻孔通道，包括气化炉外的岩石水平段(1-1、2-1)和岩石弯曲段(1-2、2-2)，以及气化炉内煤层段。在气化炉内煤层段，所述注气通道1为沿煤层底部掘进的煤层钻孔通道，掘进方向为沿煤层倾向向下。所述排气通道2为沿靠近煤层上部掘进的煤层钻孔通道，掘进方向为沿煤层倾向向下。在气化炉内煤层段，注气通道1沿煤层倾向直线掘进，在接近达到设计长度时，除用于点火功能的注气通道外，其他多条注气通道1均朝点火通道的点火点弯曲掘进，并贯通于一点。排气通道2与注气通道1在空间上平行，在接近到达注气通道1末端点时朝向注气通道1末端点弯曲掘进，并与注气通道1的贯通点连通，在煤层中所有的注气通道1和排气通道2均贯通于一点，即点火点位置。

所述分布式注排气通道由多种布设方式，其注气通道1和排气通道2的布设数量的原则为：(1)所有注气或排气通道的总间隔宽度加上最外侧两个注气通道1的扩展宽度即为气化炉的设计宽度，该设计宽度乘以一定的安全系数k应小于或等于煤层直接顶或老顶的极限跨距。(2)单个注气通道1在地下气化过程中具有一定的水平扩展宽度，两个相邻的注气通道1合理间距应等于一个水平扩展宽度值。依据这两个原则，可以确定在一定的气化炉采宽下合理地注气通道1数量。(3)排气通道2的数量在注气通道1数量的基础上减一即可。以注排气通道设置为“三进两出”为例，即在气化炉设计采宽内布置三条注气通道1，两条排气通道2，三条注气通道1的水平扩展宽度之和即为气化炉设计采宽。通过合理的布置其在煤层中的位置，使厚煤层或超厚煤层能在地下充分的气化燃烧。所述三条注气通道1的总间距加上两侧注气通道1的扩展宽度即为气化炉的设计采宽，气化炉内煤层段注气通道1的长度即为气化炉的设计长度，气化炉的采宽相对于气化炉的长度比值较小，比值一般在1:10～1:20左右。因此整个气化炉类似于一个窄条带，称之为窄条带式气化炉。

所述温度监测钻孔3位于注气通道1和排气通道2钻孔中间位置，在岩石段平行于注气通道1和排气通道2钻进，揭露煤层后直至煤层顶板煤岩交界处停止。在该钻孔内的煤层顶板煤岩交界处、煤层底板煤岩交界处及通风行人巷4壁面处的中间位置分别布置1个测温热电偶6，单个钻孔内共布置计3个热电偶，分别监测上述3个位置的温度值，热电偶引线由温度监测钻孔3引出，连接温度监测***，每一个条带气化炉可布置4个温度监测钻孔3。

在气化炉内煤层段的注气通道1和排气通道2内布置有通道护管12，所述通道护管12为筛管，表面布置有一定大小的圆孔，所述通道护管12起支撑注气通道1和排气通道2煤壁的作用，其圆孔还有利于气化剂扩散到火焰工作面以及煤气汇集到排气通道。在气化炉外的岩石水平段(1-1、2-1)和岩石弯曲段(1-2、2-2)，注气通道1和排气通道2内的通道护管为普通钢管，两段相邻的钢管通过法兰螺栓连接在一起。

所述注气通道护管7内布置有注气管路13，所述注气管路13作为气化剂的输送通道。所述注气管路13上等间距布置有热熔式弹性连接器11，当火焰工作面移动到所述热熔式弹性连接器11位置时，在高温和一定时间作用下，所述热熔式弹性连接器11断开，在注气管路13上形成新的注气口，使所注入的气化剂能直接就近地输送到火焰工作面位置，保证火焰工作面反应界面形态结构的稳定性。随着火焰工作面的继续定向移动，注气管路13上的热熔式弹性连接器10依次断开形成新的注气口，由此注气管路13上的注气口随着火焰工作面的定向移动而后退，达到了移动注气的控制要求。两段相邻的注气管路13在气化炉内煤层段、气化炉外岩石弯曲段以及岩石水平段通过卡扣式连接器10连接在一起，在气化炉外通过法兰螺栓与气化炉外通风行人巷内的井下注气管路8连接。

所述排气通道2在气化炉外的岩石水平段布置有排气管路，两端相邻的排气管路通过法兰螺栓连接在一起，并最终与气化炉外通风行人巷内的井下排气管路7连接。

在注气通道、排气通道和温度监测钻孔岩石段进行封孔，填充耐高温水泥、耐高温有机或无机隔热材料进行密闭，可保证气化炉内空间与气化炉外环境的隔绝。

所述通风行人巷4为布置于气化煤层底板的岩石巷道，该通风行人巷4水平标高与气化炉上端标高相同，并与气化炉上端点有一定的水平距离，与气化煤层有一定的垂直距离，该水平距离和垂直距离可保证通风行人巷与气化炉热影响范围的安全隔离。所述通风行人巷4是注气通道1、排气通道2和温度监测钻孔3的施工巷道，利用布置于通风行人巷4内的定向钻机水平朝向煤层掘进定向钻孔，临近煤层底板时按一定曲率弯曲钻进，进入煤层后，沿煤层底板掘进气化炉内煤层注气通道1，沿煤层上部以下即煤层高度的2/3高度位置掘进气化炉内的煤层排气通道2。所述通风行人巷4内铺设有井下注气管路8、排气管路7、充填注浆管路9。所述通风行人巷4同时也是气化炉运行期间的人工操作巷，巷道内运输和通风满足现有煤矿开采的设备运输、钻孔施工、瓦斯涌出、二氧化碳涌出、人员呼吸等要求。

从地面打一口垂直的注气钻井与井下通风行人巷4相连，注气钻井内设有管路，并与井下通风行人巷4内的注气管路和辅助注气管路相连，可为井下通风行人巷4内的注气管路和辅助注气管路提供气化剂。

从地面打一口垂直的充填钻井与井下通风行人巷4相连，充填钻井内设有管路，并与井下通风行人巷4内的充填管路相连，可为井下通风行人巷4内的充填管路提供充填浆料。

从地面打一口垂直的排气钻井与井下通风行人巷4相连，排气钻井内设有管路，并与井下通风行人巷4内的井下排气管路14相连，可将通风行人巷4内的井下排气管路内的煤气输送到地面煤气管路中。

本发明中注气通道钻孔、排气通道钻孔、温度监测钻孔的孔径及定向钻井参数要根据具体的煤层赋存状态(如煤层倾角、厚度等)以及气化炉地质储量、气化规模、服务年限、产气规模等确定，其合理的尺寸区间一般在100～300mm之间。

本发明分布式注排气钻孔的布置数量具有多种可调整的方案，根据煤层顶板赋存情况，设计采宽具有不同的数值，且单个注气通道扩展的宽度也稍有区别，从而分布式注排气通道的数量也不相同。在一般的情况下，分布式注排气通道的布设可包括：2条注气通道+1条排气通道。3条注气通道+2条排气通道。4条注气通道+3条排气通道等。

本发明注气通道和排气通道钻孔的掘进位置不限于位于煤层底部紧邻底板岩层位置，可以根据设计需要，位于煤层底板的下部、中下部或者中间位置，距离煤层底板岩层有一定距离。也可以是受煤层底板褶皱起伏影响，注气通道和排气通道钻孔部分位于煤层底板岩石中。

本发明通道护管、注气管路和排气管路单节长度要根据钻井参数和现场安装条件而定，且不同安装位置可以不同，一般合理的单节长度范围在3m～6m。

本发明热熔式弹性连接器的安装间距受气化炉参数(如气化煤层厚度、气化炉储量、火焰工作面移动速度、气化通道长度)以及间隔移动注气控制效果等影响，当气化煤层较厚、储量较大、火焰工作面移动速度较慢、气化通道较长，需要提高移动注气控制效果时，可以适当加大热熔式弹性连接器的间距。反之相反。

如图2所示，本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法包括：

S101：气化炉内煤层点火。

S102：气化剂注入及形成气化通道。

S103：火焰工作面后退移动与注气点回退。

S104：煤气的排输。

S105：温度监测与气化炉停止运行。

S106：气化炉充填。

在本发明实施例中，步骤S101的气化炉内煤层点火包括：

在井下通风行人巷内，沿注气通道内的注气管路内行进点火管至注气通道末端点火点位置，由点火管输入高热值可燃气体和氧气，由点火管前端的电子打火装置点燃可燃气体，将点火点位置的煤层引燃，完成气化炉内煤层点火。

在本发明实施例中，所述步骤S102的气化剂注入及形成气化通道包括：

煤层引燃后，点火管退出注气通道，此时经地面气化剂制备站→地面注气管路→注气钻井管路→通风行人巷内注气管路→注气通道内注气管路输入气化剂(包括空气、氧气、水蒸气及其混合)至点火点位置，继续使煤层燃烧气化。燃烧气化位置由注气通道和排气通道连接点逐渐扩展，在注气通道和排气通道之间形成气化反应界面，也即形成火焰工作面。

步骤S103的火焰工作面后退移动与注气点回退包括：

在气化炉正常运行期间，火焰工作面将沿着窄条带气化炉的长度方向后退移动，注气通道内注气管路上等间距布置的热熔式弹性连接器将依次处于火焰工作面位置，在火焰工作面附近高温作用下，热熔式弹性连接器依次断开，在注气管路上依次形成新的注气口，由新的注气口继续给火焰工作面提供气化剂。从而使气化剂注入点随着火焰工作面的后退移动而间隔回退，保证气化炉内气流状态的顺畅以及火焰工作面反应界面形态结构的稳定。

步骤S104的煤气的排输包括：

气化炉内生产的煤气经火焰工作面、排气通道、排气管路、通风行人巷内排气管路、排气钻井管路、地面排气管路到达地面煤气用气点。

所述步骤S105温度监测与气化炉停止运行包括：

实时监测温度监测钻孔内温度测点的温度值，当煤层顶板煤岩交界点、煤层底板煤岩交界点的温度值达到接近于火焰工作面高温时(800～1000℃)，可以认为火焰工作面达到了气化炉停采线位置，此时停止向气化炉内注入氧气(或空气)，改为注入水蒸气，使气化炉停止运行。当煤层顶板煤岩交界点和煤层底板煤岩交界点的温度值降低到100℃以下时，并且监测到排出的气体组分CO浓度降低至零时，则气化炉完全熄灭。

步骤S106的气化炉充填包括:

气化炉停止运行后，经地面充填泵站→地面充填管路→充填钻井管路→通风行人巷内充填管路→气化炉注气管路将充填浆料输送到气化炉燃空区，并逐渐充满整个气化炉燃空区。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明主要解决如何针对气化过程中的厚煤层及特厚煤层燃烧的地质构造及赋存条件、覆岩的物理力学参数、热力耦合下围岩应力分布及移动变形规律，建立一种分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉型，使其具备较好的围岩控制效果。通过合理布分布式注气通道和分布式排气通道的数量、位置等，使气化炉内形成顺畅的气流状态和合理的气化反应界面形态结构。通过在气化炉注气管道内行进点火管至煤层内其余管路贯通的地方。通过布置温度监测钻孔来监测管道及煤层燃烧的温度变化。通过在注气通道内布置间隔移动注气管路，使气化剂注入点能随火焰工作面的定向移动而回退注气，使其具备较好的燃烧控制效果。本发明设计了一种分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***及工艺，满足了煤炭地下气化可导可控和高效稳定产气的生产要求。

实施例：

本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉(以三条注气通道，两条排气通道布置方式为例)。如图1和图3-8，该地下气化炉包括设置在煤层5中的三条注气通道1、两条排气通道2和四条温度监测钻孔3。所述注气通道1和排气通道2均为从气化煤层底板岩石巷(即通风行人巷4)朝向煤层5钻进的定向钻孔通道，包括气化炉外的岩石水平段(1-1、2-1)和岩石弯曲段(1-2、2-2)，以及气化炉内煤层段。在气化炉内煤层段，所述注气通道1和排气通道2均为沿煤层底板掘进的煤层钻孔通道，掘进方向为沿煤层倾向由上往下。在气化炉内煤层段，注气通道1沿煤层倾向直线掘进并达到设计长度。排气通道2平行于注气通道1沿煤层倾向直线掘进，在接近到达注气通道1末端点时朝向注气通道1末端点弯曲掘进，并与注气通道1的末端点连通，在煤层中形成一条贯通的注排气通道。所述注气通道1的三条注气管路和排气通道2的两条注气管路的平行间距加边界钻孔的扩展宽度即为气化炉的设计采宽，气化炉内煤层段注气通道1的长度即为气化炉的设计长度，气化炉的采宽相对于气化炉的长度比值较小，为一窄条带炉。

本实施例中，气化炉设计采宽的设计依据是气化炉采宽小于煤层覆岩的极限跨距。根据气化煤层的地质构造及赋存条件、覆岩的物理力学参数、热力耦合下围岩应力分布及移动变形规律再计算得到覆岩的极限跨距之后，考虑到温度场和两侧边界扩展的影响，拟定一个安全系数k，覆岩的极限跨距除以该安全系数k即为气化炉设计采宽。本实施例将气化炉设计采宽设计为≤30m，分布式注气通道的间距为10m，气化炉的设计长度在300～600m，气化炉长宽比在10:1～20:1之间。

所述温度监测钻孔3位于注气通道1和排气通道2中间位置，平行于注气通道1和排气通道2钻进，揭露煤层后直至煤层顶板煤岩交界处停止。在该钻孔内的煤层顶板煤岩交界点、煤层底板煤岩交界点及靠近通风行人巷壁面位置平行设置43个测温热电偶6，分别监测43个位置的温度值。

在气化炉内煤层段的注气通道1和排气通道2内布置有通道护管12，所述通道护管12为筛管，表面布置有一定大小的圆孔，所述通道护管12不但起到支撑注气通道1和排气通道2煤壁的作用，其圆孔还有利于气化剂扩散到火焰工作面以及煤气汇集到排气通道。在气化炉外的岩石水平段和岩石弯曲段，注气通道和排气通道内的通道护管为普通钢管。

所述注气通道护管7内布置有注气管路13，所述注气管路13作为气化剂的输送通道。所述注气管路13上等间距布置有热熔式弹性连接器11，当火焰工作面移动到所述热熔式弹性连接器11位置时，在高温和一定时间作用下，所述热熔式弹性连接器11断开，在注气管路13上形成新的注气口，使所注入的气化剂能直接就近地输送到火焰工作面位置，保证火焰工作面反应界面形态结构的稳定性。随着火焰工作面的继续定向移动，注气管路13上的热熔式弹性连接器10依次断开形成新的注气口，由此注气管路13上的注气口随着火焰工作面的定向移动而后退，达到了移动注气的控制要求。两段相邻的注气管路13在气化炉内煤层段、气化炉外岩石弯曲段以及岩石水平段通过卡扣式连接器10连接在一起，在气化炉外通过法兰螺栓与气化炉外通风行人巷内的井下注气管路8连接。

所述排气通道2在气化炉外的岩石水平段布置有排气管路，两端相邻的排气管路通过法兰螺栓连接在一起，并最终与气化炉外通风行人巷内的井下排气管路7连接。

为了保证气化炉内空间与气化炉外环境的隔绝，在注气通道、排气通道和温度监测钻孔岩石段进行封孔，填充耐高温水泥密闭材料。

所述通风行人巷4为布置于气化煤层底板的岩石巷道，该通风行人巷4水平标高与气化炉上端标高相同，并与气化炉上端点有一定的水平距离，与气化煤层有一定的垂直距离，该水平距离和垂直距离可保证通风行人巷与气化炉热影响范围的安全隔离。所述通风行人巷4是注气通道1、排气通道2和温度监测钻孔3的施工巷道，利用布置于通风行人巷4内的定向钻机水平朝向煤层掘进定向钻孔，临近煤层底板时按一定曲率弯曲钻进，进入煤层后，沿煤层底板掘进气化炉内煤层注气通道1和排气通道2。所述通风行人巷4内铺设有井下注气管路8、排气管路7、充填注浆管路9。所述通风行人巷4同时也是气化炉运行期间的人工操作巷，巷道内运输和通风满足现有煤矿开采的设备运输、钻孔施工、瓦斯涌出、二氧化碳涌出、人员呼吸等要求。

如图2所示，一种由上述气化***实现的煤炭地下气化工艺。具体包括：

(1)气化炉内煤层点火。在井下通风行人巷4内，沿注气通道1内的注气管路13内行进点火管至注气通道末端点火点位置，由点火管输入高热值可燃气体和氧气，由点火管前端有电子打火装置点燃可燃气体，将点火点位置的煤层引燃，完成气化炉内煤层点火。

(2)气化剂注入及形成气化通道。煤层引燃后，点火管退出注气通道1，此时经地面气化剂制备站→地面注气管路→通风行人巷内注气管路→注气通道内注气管路13输入气化剂(包括空气、氧气、水蒸气及其混合)至点火点位置，继续使煤层燃烧气化。燃烧气化位置由注气通道1和排气通道2连接点逐渐扩展，在分布式注气通道1和分布式排气通道2之间形成气化通道，也即形成火焰工作面。

(3)火焰工作面后退移动与注气点回退。在气化炉正常运行期间，火焰工作面将沿着条带气化炉的长度方向后退移动，注气通道1内注气管路13上等间距布置的热熔式弹性连接器11将依次处于火焰工作面位置，在火焰工作面附近高温作用下，热熔式弹性连接器11依次断开，在注气管13上依次形成新的注气口，由新的注气口继续给火焰工作面提供气化剂。从而使气化剂注入点随着火焰工作面的后退移动而间隔回退，保证气化炉内气流状态的顺畅以及火焰工作面反应界面形态结构的稳定。

(4)煤气的排输。气化炉内生产的煤气经火焰工作面→排气通道2→排气管路14→通风行人巷内排气管路→排气钻井管路→地面排气管路到达地面煤气用气点。

(5)温度监测与气化炉停止运行。实时监测温度监测钻孔3内的温度测点的温度值，当煤层顶板煤岩交界点和煤层底板煤岩交界点的温度值先后达到接近于火焰工作面高温时(800～1000℃)，可以认为火焰工作面达到了气化炉停采线位置，此时停止向气化炉内注入氧气(或空气)，改为注入水蒸气，使气化炉停止运行。当煤层顶板煤岩交界点和煤层底板煤岩交界点的温度值降低到100℃以下时，并且监测到排出的气体组分CO浓度降低至零时，则气化炉完全熄灭。

(6)气化炉充填。气化炉停止运行后，经地面充填泵站→地面充填管路→充填钻井管路→通风行人巷内充填管路→气化炉注气管路13将充填浆料输送到气化炉燃空区，并逐渐充满整个气化炉燃空区。

本发明提供了一种分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***，通过在煤层底板岩石巷内朝向煤层钻进多条平行注气钻孔通道作为气化炉的注气通道，钻进多条平行排气钻孔通道作为气化炉的排气通道，多条平行注气通道布置于煤层底板位置，多条平行排气通道布置于煤层顶板一下1/3位置(即煤层厚度的2/3高度位置)。所有注气通道钻孔和排气通道钻孔末端贯通于一点，即点火点位置。由此构筑了分布式注排气通道气化炉。本发明还提出了窄条带气化炉设计采宽以及分布式注气通道和排气通道布设数量的确定原则，即：(1)所有注气或排气通道的总间隔宽度加上最外侧两个注气通道的扩展宽度即为气化炉的设计宽度，该设计宽度乘以一定的安全系数k应小于或等于煤层直接顶或老顶的极限跨距。(2)单个注气通道在地下气化过程中具有一定的水平扩展宽度，两个相邻的注气通道合理间距应等于一个水平扩展宽度值。依据这两个原则，可以确定在一定的气化炉采宽下合理地注气通道数量。(3)排气通道的数量在注气通道数量的基础上减一即可。

本发明提供的分布式注排气通道窄条带地下气化炉，其点火或运行步骤中，通过中间一条用于点火用的注气通道内行进的点火管实现气化炉煤层点火。煤层点火后，通过分布式注气通道给气化炉内提供多组分气化剂(包括氧气、空气、水蒸气及其组合)，在分布式注气通道和排气通道之间的煤体形成气化反应界面，并转化成为以可燃气体(一氧化碳、氢气、甲烷)为主的煤气。本发明分布式注排气通道布置于煤层底部，不留底煤，提高煤层利用率。分布式排气通道布置于煤层上部以下约1/3位置，使煤气传输的通道完全布置于煤体内，高温煤气与煤壁对流换热达到预热反应区煤体的作用，有助于减少气化炉内热损失，提高气化炉整体的热工效率。通过气化炉内注气管路上的热熔式弹性连接装置实现注气点随火焰工作面的定向移动而间隔移动注气，通过间隔移动注气控制使气化炉内形成稳定的气流状态和稳态的反应界面形态结构。通过温度监测钻孔布置的热电偶温度值判断气化炉是否达到停采线位置，并进行气化炉关闭操作。采用充填***对气化炉燃空区进行采后充填，充填不但具有良好的岩层控制效果，还可以将燃空区残留的污质固结在充填浆料中。该分布式注排气通道窄条带气化炉生产***及工艺，可使厚煤层及特厚煤层气化炉具备良好的岩层控制、移动注气控制和污质控制效果，不破坏覆岩的完整结构，不污染地下水，最大程度实现煤炭的生态绿色开采和无害化开采。

本发明利用矿井煤层底板岩石巷道进行钻孔建炉施工和气化炉运行操作，既减小了对气化区域煤层的干扰和破坏，保证了气化炉内的密闭性，又降低了气化炉建炉成本，提高了气化炉建炉效率。

在本发明实施例中，图3是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***A-A剖面图。

图4是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***B-B剖面图。

图5是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉正常运行时期剖面图。

图6是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉正常***C-C剖面图。

图7是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉正常***D-D剖面图。

图8是本发明实施例提供的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉注排气***分布图。

下面结合效果对本发明作进一步描述。

本发明的目的在于提供一种条带式注排气通道煤炭地下气化炉生产***及工艺，主要是针对厚煤层及特厚煤层条件，提供一种与地质环境和煤层赋存条件相适应的，具有可导可控功能的煤炭地下气化炉生产***和工艺。解决气化煤层的地质构造及赋存条件、覆岩的物理力学参数、热力耦合下围岩应力分布及移动变形规律，建立一种条带注排气通道煤炭地下气化炉，使其具备较好的围岩控制效果。通过合理布设分布式注气通道和分布式排气通道，使气化炉内形成顺畅的气流状态和合理的气化反应界面形态结构。通过注气通道内布置移动注气装置，使气化剂注入点能随火焰工作面的定向移动而回退控制，使其具备较好的燃烧控制效果。本发明满足了厚煤层及特厚煤层地下气化可导可控和高效稳定产气的生产要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法，其特征在于，所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法包括：

步骤一，气化炉内煤层点火；

步骤二，气化剂注入及形成气化通道；

步骤三，火焰工作面后退移动与注气点回退；

步骤四，煤气的排输；

步骤五，温度监测与气化炉停止运行；

步骤六，气化炉充填。

2.如权利要求1所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法，其特征在于，所述步骤一的气化炉内煤层点火包括：

在井下通风行人巷内，沿注气通道内的注气管路内行进点火管至注气通道末端点火点位置，由点火管输入高热值可燃气体和氧气，由点火管前端的电子打火装置点燃可燃气体，将点火点位置的煤层引燃，完成气化炉内煤层点火。

3.如权利要求1所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法，其特征在于，所述步骤二的气化剂注入及形成气化通道包括：

煤层引燃后，点火管退出注气通道，经地面气化剂制备站、地面注气管路、注气钻井管路、通风行人巷内注气管路、注气通道内注气管路输入气化剂至点火位置，继续使煤层燃烧气化；燃烧气化位置由注气通道和排气通道连接点逐渐扩展，在注气通道和排气通道之间形成气化反应界面，形成火焰工作面。

4.如权利要求1所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法，其特征在于，所述步骤三的火焰工作面后退移动与注气点回退包括：

火焰工作面将沿着窄条带气化炉的长度方向后退移动，注气通道内注气管路上等间距布置的热熔式弹性连接器将依次处于火焰工作面位置，在火焰工作面附近高温作用下，热熔式弹性连接器依次断开，在注气管路上依次形成新的注气口，由新的注气口继续给火焰工作面提供气化剂；使气化剂注入点随着火焰工作面的后退移动而间隔回退。

5.如权利要求1所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法，其特征在于，所述步骤四的煤气的排输包括：

气化炉内生产的煤气经火焰工作面、排气通道、排气管路、通风行人巷内排气管路、排气钻井管路、地面排气管路到达地面煤气用气点。

6.如权利要求1所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法，其特征在于，所述步骤五的温度监测与气化炉停止运行包括：

实时监测温度监测钻孔内温度测点的温度值，当煤层顶板煤岩交界点、煤层底板煤岩交界点的温度值达到接近于火焰工作面高温800～1000℃时，火焰工作面达到气化炉停采线位置，停止向气化炉内注入氧气或空气，改为注入水蒸气，使气化炉停止运行；当煤层顶板煤岩交界点和煤层底板煤岩交界点的温度值降低到100℃以下时，并且监测到排出的气体组分CO浓度降低至零时，则气化炉完全熄灭。

7.如权利要求1所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法，其特征在于，所述步骤六的气化炉充填包括:

气化炉停止运行后，经地面充填泵站、地面充填管路、充填钻井管路、通风行人巷内充填管路、气化炉注气管路将充填浆料输送到气化炉燃空区，并逐渐充满整个气化炉燃空区。

8.一种实施权利要求1所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产方法的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***，其特征在于，所述分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***包括：

设置在煤层底部附近的多条平行注气通道、设置在煤层顶部附近的多条平行排气通道和多条温度监测钻孔；

所述注气通道和排气通道均为从气化煤层底板通风行人巷朝向煤层钻进的定向钻孔通道，包括气化炉外的岩石水平段和岩石弯曲段，以及气化炉内煤层段；

在气化炉内煤层段，所述注气通道为沿煤层底部掘进的煤层钻孔通道，掘进方向为沿煤层倾向向下；

所述排气通道为沿靠近煤层上部掘进的煤层钻孔通道，掘进方向为沿煤层倾向向下；

在气化炉内煤层段，注气通道沿煤层倾向直线掘进，接近达到设计长度时，除用于点火功能的注气通道外，其他多条注气通道均朝点火通道的点火点弯曲掘进，并贯通于一点；

排气通道与注气通道在空间上平行，在接近到达注气通道末端点时朝向注气通道末端点弯曲掘进，并与注气通道的贯通点连通，在煤层中所有的注气通道和排气通道均贯通于点火点位置；

温度监测钻孔位于注气通道和排气通道钻孔中间位置，在岩石段平行于注气通道和排气通道钻进，揭露煤层后直至煤层顶板煤岩交界处停止；

在钻孔内的煤层顶板煤岩交界处、煤层底板煤岩交界处及通风行人巷壁面处的中间位置分别布置测温热电偶，监测布置位置的温度值，热电偶引线由温度监测钻孔引出，连接温度监测***；

在气化炉内煤层段的注气通道和排气通道内布置有通道护管，所述通道护管为筛管，表面布置有一定大小的圆孔，所述通道护管用于支撑注气通道和排气通道煤壁；

注气通道护管内布置有注气管路，所述注气管路作为气化剂的输送通道。

9.如权利要求8所述的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***，其特征在于，所述注气管路上等间距布置有热熔式弹性连接器，当火焰工作面移动到所述热熔式弹性连接器位置时，在高温和一定时间作用下，所述热熔式弹性连接器断开，在注气管路上形成新的注气口，使所注入的气化剂能直接就近地输送到火焰工作面位置；

随着火焰工作面的继续定向移动，注气管路上的热熔式弹性连接器依次断开形成新的注气口，注气管路上的注气口随着火焰工作面的定向移动而后退；

两段相邻的注气管路在气化炉内煤层段、气化炉外岩石弯曲段以及岩石水平段通过卡扣式连接器连接在一起，在气化炉外通过法兰螺栓与气化炉外通风行人巷内的井下注气管路连接。

10.如权利要求8所述的分布式注排气通道窄条带煤炭地下气化炉生产***，其特征在于，

所述排气通道在气化炉外的岩石水平段布置有排气管路，两端相邻的排气管路通过法兰螺栓连接在一起，并最终与气化炉外通风行人巷内的井下排气管路连接；

在注气通道、排气通道和温度监测钻孔岩石段进行封孔，填充耐高温水泥、耐高温有机或无机隔热材料进行密闭；

所述通风行人巷为布置于气化煤层底板的岩石巷道，通风行人巷水平标高与气化炉上端标高相同，并与气化炉上端点有一定的水平距离，与气化煤层有一定的垂直距离；

所述通风行人巷是注气通道、排气通道和温度监测钻孔的施工巷道，利用布置于通风行人巷内的定向钻机水平朝向煤层掘进定向钻孔，临近煤层底板时按一定曲率弯曲钻进，进入煤层后，沿煤层底板掘进气化炉内煤层注气通道，沿煤层上部以下即煤层高度的2/3高度位置掘进气化炉内的煤层排气通道；

所述通风行人巷内铺设有井下注气管路、排气管路、充填注浆管路；

所述通风行人巷还用于气化炉运行期间的人工操作；

地面垂直的注气钻井与井下通风行人巷相连，注气钻井内设有管路，并与井下通风行人巷内的注气管路和辅助注气管路相连，为井下通风行人巷内的注气管路和辅助注气管路提供气化剂；

地面垂直的充填钻井与井下通风行人巷相连，充填钻井内设有管路，并与井下通风行人巷内的充填管路相连，为井下通风行人巷内的充填管路提供充填浆料；

地面垂直的排气钻井与井下通风行人巷相连，排气钻井内设有管路，并与井下通风行人巷内的井下排气管路相连，将通风行人巷内的井下排气管路内的煤气输送到地面煤气管路中。