煤炭地下气化通道及其方法与流程

本发明涉及煤炭地下气化技术领域，具体而言，涉及一种煤炭地下气化通道及其方法。

背景技术：

钻井式气化技术利用水平定向钻来构建气化通道，该气化通道为无填充物的自由通道，并将注气点设置在靠近气化通道末端的位置，随着气化过程的进行，将注气点逐渐后退，完成煤层的气化过程。在气化过程中，气化反应发生于自由通道中注气点四周煤层的表面，煤层被逐渐消耗后，形成燃空区，燃空区的表面积决定了气化反应的有效气化面积，燃空区表面灰层的厚度决定了参与气化反应的气体扩散速率。随着气化过程的进行，虽然燃空区的面积逐渐增大，但是其表面的积灰越来越厚，抑制了气体的扩散进程，导致气化反应速率降低。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种煤炭地下气化通道及其方法，旨在解决现有煤炭地下气化的煤层表面积灰严重问题。

一个方面，本发明提出了一种煤炭地下气化通道，该气化通道包括：气化通道本体、注气井、采气井和定向井；其中，所述注气井和所述采气井通过所述气化通道本体相连通；所述待气化煤层内设置有所述定向井；所述定向井内设置有爆炸装置，以使所述待气化煤层松动爆破诱发煤层冒落。

进一步地，上述煤炭地下气化通道，所述定向井为多个，并且，多个所述定向井并列设置于所述气化通道本体的两侧且均与所述气化通道本体间隔第一预设距离；各所述定向井内均设置有所述爆炸装置。

进一步地，上述煤炭地下气化通道，各所述定向井沿所述气化通道本体的长度方向并列均匀设置，并且，沿所述气化通道本体的长度方向任意相邻的两个所述定向井之间均间隔预设间距。

进一步地，上述煤炭地下气化通道，所述爆炸装置与所述待气化煤层的顶板之间间隔第二预设距离。

进一步地，上述煤炭地下气化通道，所述定向井与所述采气井平行设置或所述定向井的轴线与所述采气井的轴线呈夹角设置。

进一步地，上述煤炭地下气化通道，所述定向井内填设有填充物，用于密封所述爆炸装置。

本发明提供的煤炭地下气化通道，通过爆炸装置松动爆破煤层提高煤层裂隙的发育程度，通过煤炭地下煤层的气化过程，自由通道四周煤层被气化而形成燃空区，燃空区边界向四周扩展而使松动煤层冒落，导致自由通道转化为渗流通道，使煤层内积灰与待气化煤层脱落，以便出现大尺度的块煤和燃空区表面的新鲜煤层。因此，该气化通道可以使积灰脱落大大提高气化反应的有效表面积，以便改善煤炭地下的气化效果。

另一方面，本发明提出了一种煤炭地下气化方法，钻定向井步骤，在气化通道本体的两侧按预设间距钻多个定向井；爆炸装置布置步骤，在所述定向井的底端放置爆炸装置以使所述爆炸装置置于煤层的待气化中间层；注气管布置步骤，将所述注气管的出口端放置于所述气化通道本体的预设位置；引爆步骤，将与所述注入管出口端所处位置相对应的所述爆炸装置引爆以使煤层松动爆破。

进一步地，上述煤炭地下气化方法，所述注气管布置步骤之前还包括：密封步骤，向所述定向井水泥灌浆以使所述定向井密封。

进一步地，上述煤炭地下气化方法，所述引爆步骤之后还包括：煤层气化步骤，煤层结构稳定后，通过引燃和气化剂使煤层进行气化反应。

进一步地，上述煤炭地下气化方法，所述气化剂注入步骤之后还包括：再次气化步骤，拉所述注入管使其后退预设长度后，将与所述注入管出口端所处位置相对应的所述爆炸装置引爆并通过引燃和气化剂使煤层进行再次气化反应；重复所述再次气化步骤直至所述注入管后退长度为预设总长度。

本发明提供的煤炭地下气化方法，通过爆炸装置松动爆破煤层提高煤层裂隙的发育程度，以使自由通道四周煤层被气化时形成燃空区，燃空区边界向四周扩展而使松动煤层冒落，导致自由通道转化为渗流通道，使煤层内积灰与待气化煤层脱落，以便出现大尺度的块煤和燃空区表面的新鲜煤层。因此，该气化方法可以使积灰脱落大大提高气化反应的有效表面积，以便改善煤炭地下的气化效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的煤炭地下气化通道的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的自由通道的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的渗流通道的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的煤炭地下气化通道的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的煤炭地下气化方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的煤炭地下气化方法的又一流程示意图；

图7为本发明实施例提供的煤炭地下气化方法的又一流程示意图；

图8为本发明实施例提供的煤炭地下气化方法的又一流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

气化通道实施例：

参见图1，图1为本发明实施例提供的煤炭地下气化通道的剖面结构示意图。如图所示，该气化通道可以包括：气化通道本体4、注气井5、采气井6和定向井1。

其中，注气井5和采气井6可以通过气化通道本体4相连通。本领域技术人员应当理解的是，注气井5和采气井6均可以为待气化煤层3内自煤层顶板31沿煤层向下(相对于图1所示的位置而言)开钻的井体。为提高开采效率，优选地，注气井5和采气井6可以为垂直井体或近似垂直井体。气化通道本体4为水平钻井或近似水平井，注气井5和采气井6可以通过气化通道本体4相连通，用于开采待气化煤层3。

待气化煤层3内可以设置有定向井1。具体地，定向井1可以自煤层顶板31沿煤层向下(相对于图1所示的位置而言)开钻的井体。为提高开采效率，优选地，定向井1可以与采气井6平行设置或定向井1的轴线可以与采气井6的轴线呈夹角设置。为进一步提高开采效率，进一步优选地，定向井1和采气井6可以均为垂直井体。

定向井1内可以设置有爆炸装置2，以使待气化煤层3松动爆破诱发煤层冒落。具体地，爆炸装置2可以设置于定向井1的底端，通过待气化煤层3定位，当然，定向井1内也可以设置有挡板以便调节爆炸装置2的位置。爆炸装置2用于引发待气化煤层3松动爆破以便诱发煤层冒落以将通道的结构由自由通道(如图2所示)转变为渗流通道(如图3所示)，以使自由通道中的自由通道本体转变为气化区。

可以看出，本实施例中提供的煤炭地下气化通道，通过爆炸装置松动爆破煤层提高煤层裂隙的发育程度，通过煤炭地下煤层的气化过程，自由通道四周煤层被气化而形成燃空区，燃空区边界向四周扩展而使松动煤层冒落，导致自由通道转化为渗流通道，使煤层内积灰与待气化煤层脱落，以便出现大尺度的块煤和燃空区表面的新鲜煤层。因此，该气化通道可以使煤层内积灰脱落大大提高气化反应的有效表面积，以便改善煤炭地下的气化效果。

参见图4，图4为本发明实施例提供的煤炭地下气化通道的俯视结构示意图。在上述实施例中，定向井1可以为多个，并且，多个定向井1可以并列设置于气化通道本体4的两侧且均与气化通道本体4间隔第一预设距离。各个定向井1内均设置有爆炸装置2。

具体地，多个定向井1可以均匀分为两组，两组定向井1可以针对气化通道本体本体4一一对称分布，各组定向井1均可以沿气化通道本体4的长度方向并列设置，并且，各组定向井1与气化通道本体4之间的距离可以为第一预设距离。其中，第一预设距离可以根据爆炸装置2以及定向井1与气化通道本体4之间的距离确定，本实施例中对其不做任何限定。

可以看出，本实施例中通过多个置于气化通道本体两侧的定向井以及爆炸装置可以进一步提供煤层的松动爆破进一步提高煤层裂隙的发育程度，进而以使煤层内更多的积灰与待气化煤层脱落，以便出现更多大尺度的块煤和燃空区表面的新鲜煤层，以便进一步改善煤炭地下的气化效果。

在上述实施例中，各定向井1可以沿气化通道本体4的长度方向并列均匀设置，并且，沿气化通道本体4的长度方向任意相邻的两个定向井1之间均可以间隔预设间距。其中，预设间距可以根据爆炸装置的爆炸能力确定，本实施例中对其不做任何限定。可以看出，本实施例中通过并列均匀设置的定向井1和爆炸装置2可以使煤层均匀松动和爆破，以便均匀的提高煤层裂隙的发育程度。

在上述实施例中，爆炸装置2可以与待气化煤层3的煤层顶板31之间间隔第二预设距离。具体地，为进一步提高煤层的松动和爆破，第二预设距离可以与爆炸装置2可以与待气化煤层3的煤层底板32之间的距离相等，即爆炸装置2可以位于待气化煤层3的中间层(相对于图1所示的位置而言)。可以看出，爆炸装置2位置的约束可以确保待气化煤层3上下的煤均受其影响。

在上述实施例中，定向井1内可以填设有填充物7，用于密封爆炸装置2。具体地，填充物7可以为混凝土，当然也可以为其他填充物，本实施例中对其不做任何限定。其中，混凝土7可以通过水泥灌浆的方式对其进行填充，以便密封爆炸装置2，防止爆炸装置2引爆时危害到其他物体。

综上所述，本实施例中提供的煤炭地下气化通道，通过爆炸装置松动爆破煤层提高煤层裂隙的发育程度，通过煤炭地下煤层的气化过程，自由通道四周煤层被气化而形成燃空区，燃空区边界向四周扩展而使松动煤层冒落，导致自由通道转化为渗流通道，使煤层内积灰与待气化煤层脱落，以便出现大尺度的块煤和燃空区表面的新鲜煤层。因此，该气化通道可以大大提高气化反应的有效表面积，以便改善煤炭地下的气化效果。

气化方法实施例：

参见图1和图5，该方法可以包括如下步骤：

钻定向井步骤s1，在气化通道本体的两侧按预设间距在待气化煤层中钻多个定向井。

具体地，可以在气化通道本体4的两侧与气化通道本体4之间间距均为第一预设距离的位置沿着气化通道本体4的长度方向按照预设间距在待气化煤层3中钻两排多个并列均匀设置的定向井1。定向井1可以与待气化煤层3气化时的注气点一一对应。

爆炸装置布置步骤s2，在定向井的底端放置爆炸装置以使爆炸装置置于煤层的中间层。

具体地，可以将爆炸装置2放置在定向井1的底端，以使爆炸装置2位于待气化煤层3的中间层以便保证爆炸装置2可以使待气化煤层3均可以松动爆破。

注气管布置步骤s3，将注气管的出口端放置于气化通道本体的预设位置。

具体地，首先，可以将注气管8送入气化通道本体4中，将注气管8的出口端(如图1所示的右端)放置于气化通道本体4的预设位置。其中，预设位置可以根据实际情况确定，本实施例中对其不做任何限定。优选地，预设位置可以为与气化通道本体4的末端(如图1所示的右端)之间的距离达到气化通道本体4总长度的1/5～1/4。

引爆步骤s4，可以将与注入管出口端所处位置相对应的爆炸装置引爆以使煤层松动爆破。

具体地，首先，确定与注入管8出口端(如图1所示的右端)相对应的爆炸装置2。一般而言，与其相对应的爆炸装置2位于注入管8出口端(如图1所示的右端)的前方(相对于图1所示的位置而言)。然后，可以引爆该爆炸装置2，以使对应位置的煤层松动爆破。

可以看出，本实施例中提供的煤炭地下气化方法，通过爆炸装置松动爆破煤层提高煤层裂隙的发育程度，以使自由通道四周煤层被气化时形成燃空区，燃空区边界向四周扩展而使松动煤层冒落，导致自由通道转化为渗流通道，使煤层内积灰与待气化煤层脱落，以便出现大尺度的块煤和燃空区表面的新鲜煤层。因此，该气化方法可以使积灰脱落大大提高气化反应的有效表面积，以便改善煤炭地下的气化效果。

参见图6，图6为本发明实施例提供的煤炭地下气化方法的又一流程示意图。如图所示，该气化方法可以包括如下步骤：

钻定向井步骤s1，在气化通道本体的两侧按预设间距在待气化煤层中钻多个定向井。

爆炸装置布置步骤s2，在定向井的底端放置爆炸装置以使爆炸装置置于煤层的中间层。

密封步骤s5，可以向定向井水泥灌浆以使定向井密封。

具体地，可以通过水泥灌浆的方式向各个定向井1中灌注混凝土以使定向井1密封。

注气管布置步骤s3，将注气管的出口端放置于气化通道本体的预设位置。

引爆步骤s4，可以将与注入管8出口端所处位置相对应的爆炸装置2引爆以使煤层松动爆破。

可以看出，本实施例中通过水泥灌浆密封定向井1以密封爆炸装置2，可以防止爆炸装置2引爆时危害到其他物体。

参见图7，图7为本发明实施例提供的煤炭地下气化方法的又一流程示意图。如图所示，该气化方法可以包括如下步骤：

钻定向井步骤s1，在气化通道本体的两侧按预设间距在待气化煤层中钻多个定向井。

爆炸装置布置步骤s2，在定向井的底端放置爆炸装置以使爆炸装置置于煤层的中间层。

密封步骤s5，可以向定向井水泥灌浆以使定向井密封。

注气管布置步骤s3，将注气管的出口端放置于气化通道本体的预设位置。

引爆步骤s4，可以将与注入管出口端所处位置相对应的爆炸装置引爆以使煤层松动爆破。

煤层气化步骤s6，煤层结构稳定后，通过气化剂作用和引燃煤层使煤层进行气化反应。

具体地，首先，待爆炸装置2引爆煤层的地质结构状态稳定一段时间后，可以将气化通道本体4末端(如图1所示的右端)的煤层点燃；然后，过注气管8将气化剂注入气化通道本体4的预设位置以使煤层进行气化反应。

可以看出，本实施例中煤层的气化过程可以使燃空区向四周扩张，使气化通道上方的松动煤层实现冒落，堆积在气化通道本体中，改变了气化通道的结构，将原本无填充物的自由通道转变为有大尺度块煤堆积的渗流通道。

参见图8，图8为本发明实施例提供的煤炭地下气化方法的又一流程示意图。如图所示，该气化方法可以包括如下步骤：

钻定向井步骤s1，在气化通道本体的两侧按预设间距在待气化煤层中钻多个定向井。

爆炸装置布置步骤s2，在定向井的底端放置爆炸装置以使爆炸装置置于煤层的中间层。

密封步骤s5，可以向定向井水泥灌浆以使定向井密封。

注气管布置步骤s3，将注气管的出口端放置于气化通道本体的预设位置。

引爆步骤s4，可以将与注入管出口端所处位置相对应的爆炸装置引爆以使煤层松动爆破。

煤层气化步骤s6，煤层结构稳定后，通过气化剂作用和引燃煤层使煤层进行气化反应。

再次气化步骤s7，拉注入管使其后退预设长度后，将与注入管出口端所处位置相对应的爆炸装置引爆并通过引燃和气化剂使煤层进行再次气化反应。

具体地，首先，可以拉注入管8的一端使注入管8后退预设长度以后退至后一个注入点，然后，引爆与该注气点相对应的爆炸装置2即引爆位于该注气点前方的一个爆炸装置2；最后，引燃气化通道本体4的末端的煤层后，通过注入管8将该注气点注入气化剂使煤层再次发生气化反应。其中，预设长度可以根据实际情况确定，本实施例中对其不做任何限定。

步骤s8，重复再次气化步骤直至注入管后退长度为预设总长度。

具体地，重复再次气化步骤s7直至注入管8后退长度为预设总长度直至注入管8的出口端后退至最后一个注气点完成气化反应。其中，预设总长度可以根据实际情况确定，本实施例中对其不做任何限定。

综上所述，本实施例中提供的煤炭地下气化方法，通过爆炸装置松动爆破煤层提高煤层裂隙的发育程度，以使自由通道四周煤层被气化时形成燃空区，燃空区边界向四周扩展而使松动煤层冒落，导致自由通道转化为渗流通道，使煤层内积灰与待气化煤层脱落，以便出现大尺度的块煤和燃空区表面的新鲜煤层。因此，该气化方法可以使积灰脱落大大提高气化反应的有效表面积，以便改善煤炭地下的气化效果。

需要说明的是，由于本实施例中的气化方法与气化通道原理相同，相关之处可以相互参照。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。