CN1169501A - 换管注气点后退式煤层气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在矿井或露天矿,于煤层直接生产煤气的方法,其特点是以三种转换气化物注气管线的方法控制注气点的生产循环与注气点的后退,旨在以简便、安全的方法,解决“煤的地下气化”生产过程控制问题。作为实施例,给出了“气化露天矿”和“气化矿井采区”的模式井巷***与生产***,结构简单,操作容易,气化生产安全可靠。应用本发明,煤矿可直接转变为煤化工企业,实现煤炭生产自动化,消除煤在生产、运输存储、燃烧、排渣环节的污染。

Description

换管注气点后退式煤层气化方法

本发明涉及一种于煤层直接生产煤气的煤炭资源开发技术。

本世纪三、四十年代，“有井式煤的地下气化”试验，在前苏联等欧洲国家广泛进行，成功地制得空气煤气、水煤气和中热值煤气。该类装置未能商业化，于五十年代起被“无井式煤的地下气化”所取代，主要技术问题是气化生产过程无法控制：气化物沿注气通道全长流动，在平巷的进气端点火开始气化生产后，火焰同时沿注气通道的煤壁逆氧气流动方向快速延烧，于集气通道一侧遗留“三角煤”无法气化。为解决这问题，在CN112188A专利文献中，提出了“拉管注气点后退式煤层气化方法”，它是通过沿煤层打钻或掘煤巷布置注气通道和集气通道，在注气通道内置入气化物注气管线，注气管线的管口为注气点，气化物由注气管的管口喷出，使注气点两侧气化煤壁上的煤发生氧化反应，继而发生还原反应生产煤气，煤气通过煤层内的集气通道流出。采用牵引拉管方式，使注气点随气化过程连续或周期后退，可以保证气化生产的长期稳定，以实现地下煤层气化的商业化生产。

本发明的目的，是以简单、安全的方法解决现存“有井式煤的地下气化”的生产过程控制问题，提供于多种地质条件煤层直接生产煤气的技术。

为了更清楚地表达本发明得内容，现将本发明的附图说明如下：

附图1：“束管逐管接替注气式注气点后退方法”平面图。图中：1-注气通道；2-集气通道；3-贯通通道；4-火焰沿注气通道延烧至注气点时形成的气化采空区；5-注气；6-煤气；7-火焰沿注气通道延烧至注气点时形成的气化煤壁；8-火焰沿注气通道延烧至注气点时形成的遗留三角煤，此三角煤逐被气化。

附图2：“多管交替熔断式注气点迈步后退方法”平面图。图中数字的表征同图1。该图为使用2条注气管线的特例，该图显示：当原i₂注气点注气生产结束，注气管线P₁在i₃点被熔断并接替注气生产，火焰已由i₂点沿烧至注气点i₃。

附图3：“多管蒸汽掩护交替拉管式注气点迈步后退方法”平面图。图中各数字的表征同图1。该图为使用2条注气管线P₁与P₂的特例，显示当注气点由i₁后退至i₂时，先拉出后撤注气管线P₁，使其气化物出口由注气点i₁后退至注气点i₃位置，为注气点由i₂后退至i₃作准备。

附图4：“气化露天矿”平面图。图中为3条集气通道间有2条注气通道的特例。数字1-7的表征同图1，9为密闭墙。贯通通道3与斜井10或立井11相联通，12为气化煤壁后退停止线。

附图5：“气化矿井采区”平面图。图中所示为3条集气通道之间有2条注气通道的特例。数字1-4的表征同图1，5为注气管线钻孔，6为煤气管线钻孔，7为气化煤壁，9为密闭墙，12为操作巷道，13为集中煤气运输巷道，14表示煤气流向煤气井。

附图6：注气管线P₁或P₂内的操作管线C₁与C₂。

本发明的主要内容是：在煤层内的同向注气通道和集气通道(巷道或钻孔，以下及本发明所有文件同)之间的气化煤壁上，进行气化生产，气化物由注气通道内的注气管线注向气化煤壁，生产的煤气进入集气通道排出，气化煤壁因煤被气化消耗而在两通道间连续后退，为保证两通道间的煤能全部气化，沿注气通道的全长，按生产过程的控制要素，确定各注气点i₁，i₂，i₃……的位置，在注气通道内置放2条或多于两条的注气管线，用转换注气管线接替注气的方法，实现对各注气点生产时间和后退的控制。本发明设计了3种转换注气管线交替注气的方式：

(1)束管逐管接替注气式注气点后退方法：如附图1所示，在注气通道1内铺设一束若干气化物注气管，每根注气管P₁、P₂、P₃……的气化物流出管口，位于1个对应的注气点i₁、i₂、i₃……。这样，火焰沿注气通道延烧至注气的注气管管口即停止延烧，因其后方无氧气供给。气化生产即以该注气管线管口处的注气点继续进行，直至将三角煤气化，完成一个气化生产循环。当需注气点后退，则开启相邻在后的注气管线的气化物进气口，关闭在前的注气管线。如自i₁后退至i₂，则开通注气管P₂的气化物进气阀门，关闭注气管P₁的气化物进气阀门，火焰沿注气通道的煤壁由i₁延烧至i₂而停止延烧，气化生产以i₂为注气点继续进行，进入第二个气化生产循环。注气管逐根转换接替注气，使各相邻注气点接替投入运行，实现气化生产过程的充分控制。

(2)多管交替熔断式注气点迈步后退方法：如附图2所示，在注气通道1内铺设2条或2条以上注气管线，如图中为2条注气管线P₁与P₂，其内置小直径操作管线C₁与C₂。以某条管线，如注气管线P₂管口处的注气点i₂注气生产终结，需使注气点由i₂后退至i₃时，将管线P₁内的操作管线C₁拉出，使C₁的管口位于i₃，然后，向管线P₁注含氧气化物，同时由管线C₁注入迂氧自燃且产生高温的流体(如硅烷)，则注入的流体在C₁管口流出后自燃，将注气管线P₁于i₃外切断，气化物遂于注气点i₃注入，关闭管线P₂，则注气点由i₂后退至i₃，气化生产以i₃为注气点继续进行。如此，注气管在接续注气点处被交替熔断而交替转换注气，使注气点迈步式可控后退。

(3)多管蒸汽掩护交替拉管式注气点迈步后退方法：如附图3所示，在注气通道内，置放2条或2条以上注气管线，图中为2条管线P₁，P₂。当以P₁管线注气时，其注气管口位于注气点i₁；当需注气点后退至管线P₂的注气管口位置i₂时，先由管线P₂注入水蒸气，至i₁i₂段充满低压水蒸气，此后，关闭管线P₁，将管线P₁拉动后撤，使其注气管口后退至注气点i₂的接替注气点i₃位置，最后，由管线P₂进行正常气化生产注气。当需注气点后退至i₃时，循前述程序，先将管线P₂的注气管口后撤至i₃的接替注气点i₄位置，再转换由管线P₁注气生产。注气管线P₁，P₂转换注气，实现注气点的迈步式后退。

本发明采取的技术措施还包括：

实施上述方法的一束若干条注气管线P₁，P₂……，也可以分别置于相近、并行排列的若干注气通道内。

实施上述方法的各注气管线，也可以2条或2条以上同时以相邻的2个或2个以上的注气点同时注气，实现多注气点同时气化生产。如于相邻在前的某注气点注入含氧气化物进行正常生产注气，以其相邻在后的注气点注入蒸汽。

本发明给出的方法，注气管线数量多，管线置于注气通道内的时间长，还采取2项技术措施：

1、炉内水蒸汽制造与被污染的水反馈处理技术。自注气管线气化物进气端注水或雾滴，以代替注水蒸汽。水或雾滴吸收注气管线管壁热量自行蒸发，既供给气化生产所需的水蒸汽，又增加对注气管线的冷却效果。

当注入的水为被污染的水时，其中的有机污染物燃烧，无机污染物沉着于采空区，污染水得到处理。

2、均压惰气保护技术。向注气通道内注入惰性气体，如N₂气，保持惰性气体的压力与注气压力均衡，驱除注气通道内的氧气，抑制注气管的锈蚀。

本发明的优点，在于提供了在煤矿井下或露天矿，于煤层内以巷道或钻孔直接构筑煤层气化炉生产煤气的技术。炉型结构简单，操作安全，对气化生产的控制充分可靠，解决了“有井式煤的地下气化”的商业化生产问题。该方法施工便利，成本低，适用性强，可覆盖各不同地质条件，实现煤的地下气化的长期稳定连续生产。

下面，对本发明的实施例，作进一步的描述，并说明应用本发明的最好途径，给出“气化露天矿”和“气化矿井采区”的巷道布置模式。

实施例1：气化露天矿

应用本发明，露天煤矿可以直接生产煤气，提高产品售价，不再破坏地貌和污染大气，称为“气化露天矿”。“气化露天矿”的井巷结构如附图4所示，沿煤层并行的注气通道1和集气通道2下部与贯通巷道3联接，上部通至露天矿煤墙，构成煤层气化炉；贯通巷道3与斜井10或立井11相联接，构成排水***；各注气通道1内置放注气管线，每根注气管线的进气口与地面气化物总管线相连接，各集气通道2与地面的煤气总管线相联接。气化生产自贯通巷道3开始，在各注气通道1与集气通道2之间的气化煤壁上进行，气化煤壁沿煤层的倾斜方向向上向后退，生产的煤气进入集气通道3并汇集到煤气总管线。该实施例可以用本发明所给出的三种控制注气点生产期限和后退方法中任一种方法，进行气化生产控制。注气、注气点后退、监测、调控工序均在地面进行。

实施例2：气化矿井采区

图5为实现本发明的井工煤矿内的“气化矿井采区”模式结构。

在采区内有构成全矿井通风、运输网络一部分的操作巷道12，该巷内设气化物供给管线，与各注气通道1内的注气管线气化物入口相连接；采区内与操作巷道12同向、相对的贯通巷道3，与注气通道1和集气通道2的起始气化端相联接，构成煤气生产***；采区内与操作巷道12同向、相近的煤气运输巷道13，与各集气通道2的煤气出口相连接，煤气经该巷道流至煤气井14至地面。这样，煤层内的贯通巷道3、注气通道1和集气通道2构成“煤层气化炉，注气通道1内铺设若干条气化物管线，各管线进气端与操作巷道12内的气化物总管线联接，气化反应在注气通道1与集气通道2间的各气化煤壁上进行，生产的煤气由集气通道2排至集中煤气运输巷道13，再至煤气井14排至地面。

Claims (9)

1、一种在煤层内直接生产煤气的注气点后退式煤层气化方法，是在煤层内的同向注气通道和集气通道之间的气化煤壁上，进行气化生产，气化物由注气通道内的注气管线注向气化煤壁，生产的煤气进入集气通道排出，气化煤壁因煤被气化消耗而在两通道间连续后退，其特征在于，在注气通道(1)内置放2条或多于2条的注气管线，用转换注气管线接替注气的方法，实现对各注气点生产时间和后退的控制。

2、按照权利要求1所述的注气点后退式煤层气化方法，其特征在于在注气通道1内铺设一束若干气化物注气管，每根注气管P₁、P₂、P₃……的气化物流出管口，位于一个对应的注气点i₁、i₂、i……，当需注气点后退，则开启相邻在后的注气管线的气化物进气口，关闭在前的注气管线。

3、按照权利要求1所述的注气点后退式煤层气化方法，其特征在于在注气通道1内铺设2条或2条以上注气管线P1₁、P₂……，其内置小直径操作管线C₁与C₂，当注气管线P₂管口处的注气点i₂注气生产终结，需使注气点i₂后退至i₃时，将管线P₁内的操作管线C₁拉出，使C₁的管口位于i₃，然后，向管线P₁注含氧气化物，同时由管线C₁注入迂氧自燃且产生高温的流体(如硅烷)，则注入的流体在C₁管口流出后自燃，将注气管线P₁于i₃处切断，气化物遂于注气点i₃注入，关闭管线P₂，则注气点由i₂后退至i₃，气化生产以i₃为注气点继续进行。

4、按照权利要求1所述的注气点后退式煤层气化方法，其特征在于在注气通道1内置放2条或2条以上注气管线P₁、P₂……，当以P₁管线注气时，其注气管口位于注气点i，当需注气点后退至管线P₂的注气管口位置i₂时，先由管线P₂注入水蒸气，至i₁i₂段充满低压水蒸气，此后，关闭管线P₁，将管线P₁拉动后撤，使其注气管口后退至注气点i₂的接替注气点i₃位置，最后，由管线P₂进行正常化生产注气。

5、按照权利要求1或2、3、4所述的一种注气点后退式煤层气化方法，其特征在于将一束若干条注气管线P₁、P₂……，也可以分别置于相近、并行排列的若干注气通道1内。

6、按照权利要求1或2、3、4所述的一种注气点后退式煤层气化方法，其特点在于自注气管线气化物进气端注水或雾滴，还可以注入被污染的水。

7、按照权利要求1或2、3、4所述的一种注气点后退式煤层气化方法，其特征在于可向注气通道1内注入惰性气体，如N₂气。

8、按照权利要求1或2、3、4所述的一种注气点后退式煤层气化方法，其特征在于气化露天矿的结构为：

(1)沿煤层并行的注气通道1和集气通道2下部与贯通巷3联接，上部通至露天矿煤墙，构成煤层气化炉；

(2)贯通巷道3与斜井10或立井11相联接，构成排水***；

(3)各注气通道1内置放注气管线，每根注气管线的进气口与地面气化物总管线相连接，各集气通道2与地面的煤气总管线相联接。

9、按照权利要求1或2、3、4所述的一种注气点后退式煤层气化方法，其特征在于气化矿井采区井巷结构为：

(1)采区内有构成全矿井通风、运输网络一部分的操作巷道12，该巷内设气化物供给管线，与各注气通道1内的注气管线气化物入口相连接，

(2)采区内与操作巷道12同向、相对的贯通巷道3，与注气通道1和集气通道2的起始气化端相联接，构成煤气生产***；

(3)采区内与操作巷道12同向、相近的煤气运输巷道13，与各集气通道2的煤气出口相连接，煤气经该巷道流至煤气井14至地面。

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