煤层通道的扩孔方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种可快速对煤层通道进行扩孔的煤层通道的扩孔方法。其包括如下步骤：a.在煤层通道中铺设高能易燃物；b.向所述煤层通道注入助燃剂、并点燃所述高能易燃物；c.持续注入助燃剂。通过点燃煤层通道中铺设的高能易燃物并持续注入助燃剂，已燃烧的部分高能易燃物沿着其在煤层通道中的铺设路径快速引燃相邻的部分高能易燃物，可形成铺设在煤层通道中的高能易燃物同时燃烧，由此煤层通道中铺设有高能易燃物的区域的温度迅速均匀地提高，以同时引燃该区域内的煤层，从而实现该区域内煤层的同时燃烧，加快了煤层通道的扩孔速度。另外，可避免煤层燃烧偏离既定煤层通道以及扩孔后煤层通道的孔径参差不齐的现象。
【专利说明】煤层通道的扩孔方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿物气化领域，尤其涉及一种煤层通道的扩孔方法。
【背景技术】
[0002]煤炭地下气化通常是通过从地面通向地下煤层建立至少一个进气通道和至少一个出气通道，再在煤层中建立气化通道连通上述进气通道和出气通道，然后通过进气通道向气化通道中注入气化剂(含氧气体)，点燃煤层，开始气化，从出气通道中排出气化生产的煤气。
[0003]通常进行煤炭地下气化的煤层的通道(简称煤层通道)的直径都不是很大(<300mm)，为了在气化时能够通过大量的气体或者形成较大的气化工作面，一般在气化之前会对煤层通道进行扩孔，手段有:采用扩孔钻具扩孔、火力燃烧扩孔、化学液溶浸扩孔等。燃烧扩孔的做法是:气化通道的两端连通有通往地面的进气通道和出气通道，从进气通道注入气化剂，从出气通道点燃煤层，掌握气化剂的注入流量使得燃烧从出气通道逐步向进气通道移动，同时燃烧掉气化通道壁上的部分煤炭，使得气化通道直径变大。
[0004]CN201110388215.1公开了一种煤炭地下气化贯通方法，包括如下步骤:a)在第一钻孔的底部煤层内建立火区山)将在火区外侧的其他已存在的钻孔或中心钻出的钻孔作为第二钻孔，通过该第二钻孔的下端，对火区附近的煤层进行机械定向钻进，从而对附近煤层加以预贯通，已在煤层中形成与火区建立连通的定向通道；c)将含氧气体经有第二钻孔以及定向通道输送至火区，对定向通道进行热加工，从而将定向通道扩大已形成用于煤炭地下气化的气化通道。
[0005]CN200810119354.2公开了一种无井式地下气化工艺，其中公开了一种逆向燃烧的火力扩孔方法，具体如下:由于定向钻不能打大直径的孔，故需要将打好的钻孔进行火力扩大。如下图所示，从贯通口到6#井的是一条贯通沿线竖直孔1#、2#、3#、4#、5#的定向钻孔，通过4#孔注入气化剂，在5#井底点火，通过反向燃烧的方式，将钻孔通过火力方法进行扩大，当火焰达到4#孔时，采用3#孔注入气化剂，通过火力扩孔至3#孔底，按照此种方法，将贯穿1#?5#孔的定向钻孔进行火力扩大。
[0006]CN201110388215.1和CN200810119354.2中的方法虽然可以扩大气化通道的孔径，但因气化通道较长且煤层燃烧速度慢，所以通过上述方法燃烧扩展气化通道的孔径速度太慢。另外，煤层存在较大裂隙或较厚夹矸层，燃烧可能会偏离既定的气化通道，也可能造成气化通道扩展后的孔径大小参差不齐。具体地，在煤层中纵向裂隙较多的区域，煤层的燃烧沿着其纵向裂隙纵向延伸燃烧，使得此区域气化通道的孔径较多，相反，在纵向裂隙较少的区域，煤层纵向燃烧程度小，使得此区域气化通道的孔径较小，由此造成气化通道扩展后的孔径大小参差不齐。而存在于煤层中且与气化通道呈角度延伸的裂隙，会引导气化通道壁的煤层的燃烧沿着裂隙的延伸方向移动，从而造成燃烧方向偏离气化通道。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种可快速对煤层通道进行扩孔的煤层通道的扩孔方法。
[0008]为实现上述目的，提供一种煤层通道的扩孔方法，包括如下步骤:a.在煤层通道中铺设高能易燃物；b.向煤层通道注入助燃剂、并点燃高能易燃物；c.持续注入助燃剂。
[0009]根据本发明，高能易燃物为发热量或热值在29.5MJ/kg以上且燃点或闪点在300°C以下的燃料。
[0010]根据本发明，在步骤a中:沿煤层通道在其需增大孔径的部分中连续均匀地铺设闻能易燃物。
[0011]根据本发明，在步骤a中，执行如下子步骤:al.将高能易燃物装入壳体中直至装满；a2.将壳体放置于煤层通道中；其中，壳体上设置有通孔。
[0012]根据本发明，高能易燃物的铺设体积为煤层通道中需增大孔径的部分的容积的1/3-2/3。
[0013]根据本发明，在执行步骤al之前:将高能易燃物制作成颗粒状，其中高能易燃物的颗粒的最小尺寸大于壳体上通孔的直径。
[0014]根据本发明，在步骤a2中，包括如下子步骤:将壳体连接于输送件的一端；通过下放输送件，将壳体送入煤层通道中；分离输送件与壳体；取出输送件。
[0015]根据本发明，壳体的开孔率为10%_60%。
[0016]根据本发明，在步骤a中，还包括如下步骤:沿着与煤层通道的轴线平行的方向在高能易燃物铺层表面放置导火线；或在铺设高能易燃物的过程中沿着与煤层通道的轴线平行的方向放置导火线。
[0017]根据本发明，在步骤b中:由煤层通道的一端注入助燃剂，并从高能易燃物铺层上距离注入助燃剂的一端最远的一端点燃高能易燃物。
[0018]根据本发明，在步骤c中:检测由煤层通道排出的气体中氧的体积含量；当氧的体积含量小于或等于0.3%时，增大助燃剂的注入量，直至氧的体积含量大于0.3%。
[0019]根据本发明，助燃剂为空气、富氧空气、氧气、氧气和水蒸气、二氧化碳和纯氧中的一种或多种。
[0020]根据本发明，高能易燃物为固体酒精块、油浸木块、固体火箭推进剂、焦炭中的一种或多种。
[0021]相比于现有技术，本发明的有益效果为:
[0022]1.点燃煤层通道中铺设的高能易燃物并持续注入助燃剂，已燃烧的部分高能易燃物沿着其在煤层通道中的铺设路径快速引燃相邻的部分高能易燃物，形成铺设在煤层通道中的高能易燃物同时燃烧，由此煤层通道中铺设有高能易燃物的区域的温度迅速均匀地提高，以同时引燃该区域内的煤层，从而实现该区域内煤层的同时燃烧。较现有技术，此方法通过同时燃烧煤层通道中需扩孔区域的煤层，加快了煤层通道的扩孔速度。另外，同时燃烧上述区域的煤层，使得燃烧不会沿着煤层中的裂缝蔓延，由此避免了煤层燃烧偏离既定煤层通道以及扩孔后煤层通道的孔径参差不齐的现象。
[0023]2.沿煤层通道在其需增大孔径的部分中连续均匀地铺设高能易燃物，可保证高能易燃物的燃烧拓展顺畅以快送同时燃烧；通过均匀地铺设高能易燃物，可保证中煤层通道中需增大孔径的部分煤层通道的温度均匀提高，以保证此部分煤层通道的煤层同时燃烧；另外，高能易燃物的铺设体积量为通道段的容积的1/3-2/3，保证高能易燃物的燃烧放热能够引起煤层的燃烧。
[0024]3.由于助燃剂的注入方向相反于高能易燃物的燃烧延伸方向，助燃剂可引导高能易燃物的燃烧向其注入方向扩展，从而一方面避免高能易燃物仅在局部燃烧，另一方面加快了高能易燃物的燃烧拓展速度。另外，在高能易燃物的内部或表面加设导火线，可进一步加速火焰在高能易燃物的铺层中的扩展，从而保证煤层同时燃烧。
[0025]4.通过使用壳体作为高能易燃物的载体，可简单快捷的将高能易燃物铺设在煤层通道中，并且由于高能易燃物是充满壳体的，所以可进一步保证高能易燃物是在煤层通道中均匀连续地铺设，由此可保证高能易燃物的燃烧拓展顺畅以快送同时燃烧，从而保证煤层同时燃烧。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是应用本发明的煤层通道的扩孔方法的一个实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明【具体实施方式】进行描述。
[0028]参照图1，由地上向煤层6建立竖直的第一通道I和第二通道2和将第一通道I和第二通道2连通的煤层通道3。之后执行如下步骤:a.在煤层通道3中铺设高能易燃物；
b.向煤层通道3注入助燃剂、并点燃高能易燃物；c.持续注入助燃剂。其中，煤层通道3为位于煤层6中的通道，在实际煤炭地下气化炉中，煤层通道3可包括进气通道上位于煤层6中的通道段、出气通道上位于煤层6中的通道段、气化通道以及其他用途的通道。其中，优选地，可将本发明的扩孔方法用于在煤炭气化之前对气化通道扩孔。可选地，助燃剂为空气、富氧空气、氧气、氧气和水蒸气、二氧化碳和纯氧中的一种或多种；高能易燃物为发热量或热值在29.5MJ/kg以上、燃点或闪点在300°C以下的燃料，可选地，高能易燃物为固体酒精块、油浸木块、固体火箭推进剂、焦炭等，其中，固体火箭推进剂的类型包括聚氨酯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等，但不局限于以上几种，只要符合上述对高能易燃物的定义、且能够起到使煤层同时燃烧扩孔的作用的材料即可。
[0029]具体地，在步骤a中，沿煤层通道3在其需增大孔径的部分中连续均匀地铺设高能易燃物，形成高能易燃物铺层。然后执行步骤b，向煤层通道3注入助燃剂、并点燃高能易燃物。由此，高能易燃物铺层中的部分高能易燃物被引燃。而后执行步骤C，持续注入助燃齐U。由此高能易燃物铺层已燃烧的部分沿着其在煤层通道3中的铺设路径快速引燃相邻的部分高能易燃物，形成整个高能易燃物铺层同时燃烧，如此使煤层通道3中铺设有高能易燃物的区域(即煤层通道3中需增大孔径的部分)的温度迅速均匀地提高。在持续注入助燃剂的过程中，上述区域内的煤层被同时引燃，从而实现该区域内煤层的同时燃烧。较现有技术，此方法通过同时燃烧煤层通道3中需扩孔区域的煤层，加快了煤层通道3的扩孔速度。另外，同时燃烧上述区域的煤层，使得燃烧不会沿着煤层中的裂缝蔓延，由此避免了煤层燃烧偏离既定煤层通道3以及扩孔后煤层通道3的孔径参差不齐的现象。此外，沿煤层通道在其需增大孔径的部分中连续均匀地铺设高能易燃物，可保证高能易燃物的燃烧拓展顺畅以快速同时燃烧；通过均匀地铺设高能易燃物，可保证中煤层通道中需增大孔径的部分煤层通道的温度均匀提高，以保证此部分煤层通道的煤层同时燃烧。[0030]优选地，在步骤c中:检测由煤层通道3排出的气体中氧的体积含量；当氧的体积含量小于或等于0.3%时，增大助燃剂的注入量，即增大助燃剂的注入流量，直至氧的体积含量大于0.3%。通过上述检测和调节的步骤，可保证煤层通道3中的助燃剂过量，即氧气过量，从而为高能易燃物的燃烧和煤层的燃烧顺利进行，并且防止在煤层通道3燃烧到合适的直径之前，煤层的燃烧不会熄灭。
[0031]优选地，由煤层通道3的一端注入助燃剂，并从高能易燃物铺层上距离注入助燃剂的一端最远的一端点燃高能易燃物，即，使助燃剂的流动方向与高能易燃物铺层沿煤层通道的轴向的燃烧拓展方向相反，由此通过助燃剂引导燃烧高能易燃物铺层由其上的一端迅速向另一端扩展，从而迅速使高能易燃物铺层整体同时燃烧，以进一步保证高能易燃物铺层所在的煤层区域(即，煤层通道中直径需扩大的部分煤层通道)同时燃烧。具体而言，防止高能易燃物铺层由其一端向另一端的燃烧速度过慢，而使需扩大直径的煤层通道部分的温度提升不均匀，从而导致该部分的煤层未同时燃烧。另外，可选地，高能易燃物的铺设体积为煤层通道中需增大孔径的部分的容积的1/3-2/3，即高能易燃物的铺设体积为煤层通道中需要扩孔的通道段的容积的1/3-2/3。由此可以保证高能易燃物燃烧的放热可将此通道段中的温度提升至煤的燃点，从而引燃煤层。
[0032]进一步参照图1，在本实施例中，通过放置壳体4将高能易燃物铺设在煤层通道中，其中，壳体4在本实施例中为圆形管，并且上面设置有通孔，以通过通孔使容纳于其中的高能易燃物接触助燃剂。而优选地，壳体4的开孔率为10%-60%。即壳体4上所有通孔的截面积之和为壳体4表面积的10%-60%。并且，将高能易燃物制作成颗粒状，其中高能易燃物的颗粒的最小尺寸大于壳体4上通孔的直径，以使高能易燃物的颗粒不会在输送过程中由壳体4中掉出。通过使用壳体4作为高能易燃物的载体，可简单快捷的将高能易燃物铺设在煤层通道中，并且由于高能易燃物是充满壳体4的，所以可进一步保证高能易燃物是在煤层通道中均匀连续地铺设，由此可保证高能易燃物的燃烧拓展顺畅以快送同时燃烧，从而保证煤层同时燃烧。
[0033]进一步，在本实施例中，根据煤层通道中需要扩孔的部分的容积和长度，选择适合的圆形管作为壳体4，S卩，使圆形管的垂直于其轴向的横截面的面积等于煤层通道上需扩孔处的横截面的面积的1/3?2/3，且圆形管的长度等于煤层通道中需要扩孔的部分的长度。由此可实现高能易燃物的铺设体积为煤层通道中需增大孔径的部分的容积的1/3-2/3。
[0034]之后将高能易燃物制成当量直径为3?5cm的近似圆形颗粒。而进一步选择通孔直径小于70%的上述颗粒的当量直径的圆形管，以防止高能易燃物颗粒由圆形管中掉出。另外，可理解，该圆形管的一端应是密封的，以防止高能易燃物颗粒由圆形管掉出。
[0035]然后将圆形管上与上述密封的一端相对的一端通过丝扣或销钉与输送件5连接，本实施例中，输送件5为钻杆。当壳体4与输送件5连接好后，借助地面井架将整个壳体4送入煤层通道内，通过旋转丝扣或解销钉使壳体4脱离输送件5，至此实现了高能易燃物在煤层通道内的连续均匀铺设。
[0036]之后，从壳体4靠近第二通道2的一端引燃高能易燃物，由第一通道I注入助燃剂(即含氧气体)，此时，高能易燃物中靠近第二通道2的部分颗粒开始燃烧，在助燃剂的不断注入下，燃烧向着与助燃剂的流动方向相反的方向扩展。在此过程中，采集第二通道2排出的气体，并检测该气体中的氧的体积含量，当氧的体积含量大于0.3%时，增大由第一通道I注入的助燃剂的流量，直至氧的体积含量大于0.3%。在此过程中，高能易燃物的燃烧迅速扩展直至整个壳体4被引燃，此时，高能易燃物可接触更多的助燃剂，燃烧的更加猛烈。随着高能易燃物的燃烧放热煤层通道3的煤壁被加热，当温度达到其燃点后，煤壁被引燃，整个煤层通道3的煤壁同时燃烧，随着大量煤炭被燃烧，煤层通道3的当量直径越来越大，直至达到预期目标直径。
[0037]在一个可选地实施例中，壳体4为玻璃钢圆形管，其开孔率为40%，开孔直径为2cm，并且其一端密封，另一端的一小段管径变大，通过丝扣与钻杆连接。
[0038]可选地，沿着与煤层通道3的轴线平行的方向在高能易燃物铺层表面放置导火线、或在铺设高能易燃物的过程中沿着与煤层通道的轴线平行的方向放置导火线。通过导火线可进一步引导高能易燃物铺层的燃烧扩展，从而进一步保证高能易燃物在煤层被点燃之前整体燃烧，以保证煤层同时燃烧。
[0039]当然，输送件5不限于上述实施例中使用的钻杆，任何其他可与壳体4连接且可在煤层通道中实现与壳体4断开的装置均可。而输送件5与壳体I的连接方式不限于上述实施例，可在煤层通道中实现与壳体4断开的连接方式均可。而壳体I的材料也不局限于本实施例中的玻璃钢，凡可先于煤层燃烧且具有韧性可使壳体I通过煤层通道中弯曲处的材料均在本发明的保护范围内。
[0040]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种煤层通道的扩孔方法，包括如下步骤: a.在煤层通道中铺设高能易燃物； b.向所述煤层通道注入助燃剂、并点燃所述高能易燃物； c.持续注入助燃剂。
2.根据权利要求1所述的扩孔方法，其特征在于， 所述高能易燃物为发热量或热值在29.5MJ/kg以上且燃点或闪点在300°C以下的燃料。
3.根据权利要求1所述的煤层通道的扩孔方法，其特征在于， 在所述步骤a中: 沿所述煤层通道在其需增大孔径的部分中连续均匀地铺设高能易燃物。
4.根据权利要求3所述的煤层通道的扩孔方法，其特征在于， 在所述步骤a中，执行如下子步骤: al.将高能易燃物装入壳体中直至装满； a2.将壳体放置于煤层通道中； 其中，所述壳体上设置有通孔。
5.根据权利要求3或4所述的煤炭地下气化扩孔方法，其特征在于， 所述高能易燃物的铺设体积为所述煤层通道中需增大孔径的部分的容积的1/3-2/3。
6.根据权利要求4所述的煤层通道的扩孔方法，其特征在于， 在执行所述步骤al之前: 将所述高能易燃物制作成颗粒状，其中所述高能易燃物的颗粒的最小尺寸大于所述壳体上通孔的直径。
7.根据权利要求4所述的煤层通道的扩孔方法，其特征在于， 在所述步骤a2中，包括如下子步骤: 将所述壳体连接于输送件的一端； 通过下放输送件，将所述壳体送入煤层通道中； 分离所述输送件与所述壳体； 取出所述输送件。
8.根据权利要求4、6或7中任一项所述的煤层通道的扩孔方法，其特征在于， 所述壳体的开孔率为10%-60%。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的煤层通道的扩孔方法，其特征在于， 在所述步骤a中，还包括如下步骤: 沿着与煤层通道的轴线平行的方向在高能易燃物铺层表面放置导火线；或 在铺设所述高能易燃物的过程中沿着与煤层通道的轴线平行的方向放置导火线。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的煤层通道的扩孔方法，其特征在于， 在所述步骤b中: 由煤层通道的一端注入助燃剂，并从高能易燃物铺层上距离注入助燃剂的一端最远的一端点燃所述高能易燃物。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的煤层通道的扩孔方法，其特征在于， 在所述步骤c中:检测由煤层通道排出的气体中氧的体积含量； 当所述氧的体积含量小于或等于0.3%时，增大助燃剂的注入量，直至所述氧的体积含量大于0.3%。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的煤层通道的扩孔方法，其特征在于， 所述助燃剂为空气、富氧空气、氧气、氧气和水蒸气、二氧化碳和纯氧中的一种或多种。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的煤层通道的扩孔方法，其特征在于， 所述高能易燃物为固体酒精块、油浸木块、固体火箭推进剂、焦炭中的一种或多种。
【文档编号】E21B43/295GK103590805SQ201310594039
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】陈 峰, 潘霞 申请人:新奥气化采煤有限公司