一种地下气化炉的预控结构、气化炉及气化方法技术

本发明专利技术公开了一种地下气化炉的预控结构、气化炉及气化方法，属于煤炭地下气化技术领域。其预控结构包括注阻燃剂系统，注阻燃剂系统包括从地面向煤层中钻进的注阻燃剂竖井管通道及位于煤层中的注阻燃剂通道，注阻燃剂通道包括位于每个气化炉两侧的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道及位于相邻气化炉水平方向上的第三注阻燃剂通道，其中，第一注阻燃剂通道包括沿煤层走向布置的水平段、向气化炉方向偏移的迂回段。通过注阻燃剂系统使得煤层中形成湿润煤壁从而实现对气化炉的预控。本发明专利技术预控结构改变了煤体结构性，使气化炉的两侧煤体得到湿润进而控制气化炉向两侧扩展蔓延，同时由于有了两端湿润煤体的支撑，提高了气化炉腔内部的稳定性。

A pre control structure, gasifier and gasification method of underground gasifier

【技术实现步骤摘要】
一种地下气化炉的预控结构、气化炉及气化方法
本专利技术属于煤炭地下气化
，尤其涉及一种地下气化炉预控结构、气化炉及气化方法。
技术介绍
我国能源体系正面临着双重挑战，即在必须满足于我国能源消费的不断增长的同时，还需要适应低碳社会绿色的发展需求。根据本国富煤少气的资源分布特点，并且为贯彻煤炭清洁高效利用的绿色开采理念，因此，煤炭地下气化技术在我国这个煤炭储量及消费大国就显的尤为重要，煤炭地下气化也是弥补我国气源供需缺口的多元化途径之一。与传统煤炭物理开采相比，煤炭地下气化是开采煤炭的一种新工艺。煤炭地下气化具有低成本、高效率、高资源采出率、运行可靠、环境影响小的特点,有可能开采利用传统方法难以采出的煤炭资源。然而，煤炭地下气化技术历经80余年现场试验现在仍未产业化应用，其面临的技术瓶颈之一就是气化炉的结构难以控制。目前煤炭地下气化炉的载体为地质体，煤炭在地层中气化燃烧时的形态及结构无法控制，这就会使气化炉结构显无控制的发展扩散，当气化炉内部空间过大煤体就会受热破裂、围岩应力增加、覆岩垮落的影响，这就会直接影响煤炭地下气化炉的正常运作。现有技术虽然公开了很多地下气化炉的设计方案，比如CN107701166A公开了一种带有采用双层标准石油套管抗高温水泥浆固井技术的煤炭地下气化炉，但均没有解决气化炉腔结构预控制的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的煤炭气化炉形态和结构无法控制的技术缺陷，本专利技术提出了一种地下气化炉的预控结构、气化炉及气化方法，其通过改变煤体结构性，使得气化炉两侧的煤体得到湿润，从而控制了气化炉向两侧扩展蔓延，同时由于有了两端湿润煤体的支撑，提高了气化炉腔内部的稳定性，保持了围岩的完整结构，使气化炉运行过程中具有很好的密闭性和承压性，从而实现地下煤层的稳定气化。本专利技术的任务之一在于提供一种地下气化炉的预控结构，其采用了以下技术方案：一种地下气化炉的预控结构，其包括注阻燃剂系统，所述的注阻燃剂系统包括从地面向煤层中钻进的注阻燃剂竖井管通道及位于煤层中的注阻燃剂通道，所述的注阻燃剂通道包括位于每个气化炉两侧的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道及位于相邻气化炉水平方向上的第三注阻燃剂通道，其中，所述的第一注阻燃剂通道包括沿煤层走向布置的水平段、向气化炉方向偏移的迂回段；所述的第二注阻燃剂通道与所述的第一注阻燃剂通道结构相同，所述的第一注阻燃剂通道的水平段与第二水平通道的水平段关于气化炉对称排布；所述的注阻燃剂竖井管通道设置有若干组，其底部与所述的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道连通；通过所述的注阻燃剂竖井管通道向其对应的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道及第三注阻燃剂通道内注入阻燃剂溶液的方式，使得煤层中形成湿润煤壁从而实现对气化炉的预控。上述技术方案直接带来的有益技术效果为：注阻燃剂系统的构建将原来无法控制的地下气化进行了预控制，将缩小气化进行的宽度，将气化炉炉腔控制在围岩稳定的范围内，有利于矿方根据具体需求进行灵活的生产气化。并且注阻燃剂系统本身也是低成本的辅助手段，在气化炉产气到闭炉的过程中，除去钻孔的投入，其他注阻燃剂成本非常低，有利于矿方的生产成本的控制。本专利技术的另一任务在于提供一种气化炉。一种地下气化炉，所述的气化炉包括从地面到煤层方向的进气竖井管通道、在煤层中水平布置的定向内置水平管通道、用于出气用的回气竖井管通道及点火区，所述的定向内置水平管通道的两端与所述的进气竖井管通道、回气竖井管通道保持连通，还包括上述的一种地下气化炉的预控结构；所述的进气竖井管通道、定向内置水平管通道和回气竖井管通道形成一“U”形结构；相邻的几个气化炉结构相同，且相邻的几个气化炉组成一个气化炉单元，并形成若干气化区。上述技术方案直接带来的有益技术效果为：注阻燃剂系统和气化炉二者之间的结合，使原本单元的气化过程有了人工控制的因数参于，这使得气化炉可以根据生产需要来设置气化炉的大小和气化通道的长度，灵活调整，并且注阻燃剂系统可以根据具体的地质条件和施工条件，配合气化方式，可以灵活的调控生产。并且可以根据矿方的不同时期生产要求不同，对单个气化炉进行注阻燃剂控制，实现多个生产单元同时气化生产，这使得注阻燃剂系统和气化炉二者之间的可以灵活结合，为生产方带来了显著的便利和经济实惠。进一步优选，上述的注阻燃剂竖井管通道钻进到距离气化炉所在煤层上方一段距离处，在其下方设置有竖井支护套管。进一步优选，上述的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道的水平段的长度与上述的定向内置水平管的长度相同。本专利技术的再一任务在于提供上述地下气化炉的气化方法，依次包括以下步骤：a、构建单个地下气化炉首先钻进进气竖井管通道，待钻进到所在煤层上方5米时，退出钻进设备并对所述的进气竖井管通道进行加固；其次，进行煤层水平定向钻进作业，其定向钻进长度即为气化炉要气化的推进长度，钻进完成后即为所述的定向内置水平管通道，在煤层水平定向钻进作业的同时进行回气竖井管通道的竖井钻进；最后，待所述的定向内置水平管通道与所述的回气竖井管通道贯通后，对所述的回气竖井管通进行加固，即完成单个地下气化炉的构建；b、构建注阻燃剂系统首先，钻进所述的注阻燃剂竖井管通道，待钻进到距离煤层上方5米时，退出钻进设备并对所述的注阻燃剂竖井管通道进行支护；接着沿煤层水平定向钻进，待所述的第一注阻燃剂通道的水平段的长度与气化炉走向长度相同时，即完成第一注阻燃剂通道水平段的钻进，接着调整钻进方向，使得钻进方向向气化炉侧偏移，当偏移至一定弧度后，再沿所在圆弧段的切线方向钻进一段距离，即形成第一注阻燃剂通道的迂回段；然后钻进第二注阻燃剂管通道，其方法与第一注阻燃剂管通道的构件方法相同；最后，在煤层水平短段方向上钻进第三注阻燃剂管通道，其长度为相邻四个气化炉的水平间距的总和，完成之后及时对第三注阻燃剂管通道进行支护；c、完成一个单元格气化炉的构建，接着按照步骤a、b的方法依次完成其它单元格气化炉的构建；d、调和水剂，使用地面的注阻燃剂系统，并向其中加入一定浓度的阻燃剂e、注阻燃剂润煤，通过地面的注阻燃剂系统，依次向注阻燃剂竖井管通道内注阻燃剂，然后进入第一注阻燃剂管通道、第二注阻燃剂管通道和第三注阻燃剂管通道，并向其相邻的煤层中渗透，形成湿润煤柱从而可以防止气化时发生的蔓延；f、点火气化。进一步优选，步骤b中，所述的注阻燃剂竖井管通道的具体钻进方法为：利用钻进设备向煤层方向进行钻进，待距离定向内置水平管通道的左侧水平距离为22米时，且距离回气竖井管通的底部距离为10米时，停止钻进。进一步优选，所述的定向内置水平管通道布设在距离煤层底板1/3煤厚，且同煤层平行布置。进一步优选，步骤b中，所述圆弧段为圆半径小于22米的圆的1/4长度，且沿该圆弧段的切线方向上钻进25米。进一步优选，所述的阻燃剂选用氯化镁，将所述的氯化镁加入到所述的注阻燃剂系统中形成浓度为10％-20％的注阻燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下气化炉的预控结构，其特征在于：其包括注阻燃剂系统，所述的注阻燃剂系统包括从地面向煤层中钻进的注阻燃剂竖井管通道及位于煤层中的注阻燃剂通道，所述的注阻燃剂通道包括位于每个气化炉两侧的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道及位于相邻气化炉水平方向上的第三注阻燃剂通道，其中，所述的第一注阻燃剂通道包括沿煤层走向布置的水平段、向气化炉方向偏移的迂回段；所述的第二注阻燃剂通道与所述的第一注阻燃剂通道结构相同，所述的第一注阻燃剂通道的水平段与第二水平通道的水平段关于气化炉对称排布；/n所述的注阻燃剂竖井管通道设置有若干组，其底部与所述的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道连通；/n通过所述的注阻燃剂竖井管通道向其对应的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道及第三注阻燃剂通道内注入阻燃剂溶液的方式，使得煤层中形成湿润煤壁从而实现对气化炉的预控。/n

【技术特征摘要】
1.一种地下气化炉的预控结构，其特征在于：其包括注阻燃剂系统，所述的注阻燃剂系统包括从地面向煤层中钻进的注阻燃剂竖井管通道及位于煤层中的注阻燃剂通道，所述的注阻燃剂通道包括位于每个气化炉两侧的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道及位于相邻气化炉水平方向上的第三注阻燃剂通道，其中，所述的第一注阻燃剂通道包括沿煤层走向布置的水平段、向气化炉方向偏移的迂回段；所述的第二注阻燃剂通道与所述的第一注阻燃剂通道结构相同，所述的第一注阻燃剂通道的水平段与第二水平通道的水平段关于气化炉对称排布；
所述的注阻燃剂竖井管通道设置有若干组，其底部与所述的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道连通；
通过所述的注阻燃剂竖井管通道向其对应的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道及第三注阻燃剂通道内注入阻燃剂溶液的方式，使得煤层中形成湿润煤壁从而实现对气化炉的预控。


2.一种地下气化炉，所述的气化炉包括从地面到煤层方向的进气竖井管通道、在煤层中水平布置的定向内置水平管通道、用于出气用的回气竖井管通道及点火区，所述的定向内置水平管通道的两端与所述的进气竖井管通道、回气竖井管通道保持连通，其特征在于：
还包括权利要求1所述的一种地下气化炉的预控结构；
所述的进气竖井管通道、定向内置水平管通道和回气竖井管通道形成一U形结构；相邻的几个气化炉结构相同，且相邻的几个气化炉组成一个气化炉单元，并形成若干气化区。


3.根据权利要求2所述的一种地下气化炉，其特征在于：所述的注阻燃剂竖井管通道钻进到距离气化炉所在煤层上方一段距离处，在其下方设置有竖井支护套管。


4.根据权利要求2所述的一种地下气化炉，其特征在于：所述的第一注阻燃剂通道、第二注阻燃剂通道的水平段的长度与所述的定向内置水平管的长度相同。


5.根据权利要求2所述的地下气化炉的气化方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
a、构建单个地下气化炉
首先钻进进气竖井管通道，待钻进到所在煤层上方5米时，退出钻进设备并对所述的进气竖井管通道进行加固；
其次，进行煤层水平定向钻进作业，其定向钻进长度即为气化炉要气化的推进长度，钻进完成后即为所述的定向内置水平管通道，在煤层水平定向钻进作业的同时进行回气竖井管通道的竖井钻进；
最后，待所述的定向内置水平管通道与所述的回气竖井管通道贯通后，对所述的回气竖井管通进行加固，即完成单...

【专利技术属性】
技术研发人员：文志杰，黄景，肖鹏，张景凯，朱恒忠，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37