一种地下燃空区体积确定及充填方法与流程

本发明属于煤炭地下气化开采技术领域，涉及一种确定地下燃空区体积大小及充填方法。

背景技术：

煤炭地下气化是通过地下煤炭有控制的燃烧，将煤炭就地转化为可燃气体的一种化学采煤方法。与传统井工开采不同的是该方法生产过程中无需人工进入采煤工作面，且井下无需施工各类巷道及相关硐室，仅需施工地质钻孔，并输入气化剂将煤层引燃后即可将煤炭资源中的可利用成分通过混合气体的形式排至地表。煤炭地下气化具有提高煤炭资源的利用率，降低人工的劳动强度，大幅度地减少环境破坏和大气污染等优势。

煤炭资源被气化完成后形成燃空区，通过合理的布置隔离保护煤柱可以避免地表大面积沉降或塌陷，然而燃空区上覆地层应力调整、失稳，产生一定程度的崩落、裂隙及变形是不可避免的，有时地表下沉变化是一个缓慢的过程，若干年后若在地表施工建筑物、道路等人工设施，不排除地下燃空区的存在造成地表生命、财产的损失。同时，若地层内赋存多层煤炭资源，其中一层气化完成后形成的燃空区势必影响其邻层的开采，造成一定程度的资源浪费。因此，在煤炭资源被气化完成、有用组分被采出后，需要准确地掌握地下燃空区的体积大小，并视燃空区空腔规模，采用特定的方法对其进行合理充填，以避免后续地层塌陷、提高多层煤炭资源利用率，做到煤炭资源清洁利用的同时，把地层应力分布恢复为平衡的状态。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种地下燃空区体积确定及充填方法，旨在解决上述问题。

本发明提出了一种地下燃空区体积确定及充填方法，其特征在于，包括

步骤s1，气化结束后收集检测地下气化区气体背景值；

步骤s2，在某一进气孔通入示踪气体之后在其它各出气孔收集并检测气体成分；

步骤s3，通过计算得出地下燃空区的体积；

步骤s4，将测算得出的燃空区体积与常规计算得出的数值进行比较，超过一定规模或根据需求，则进行步骤s5；

步骤s5，出气孔抽风形成负压，进气孔注浆，定量进行充填。

进一步地，上述地下燃空区体积确定及充填方法中，其特征在于，步骤s1，各进气孔停止进气，各出气孔孔口没有出气压力时，收集检测地下气体背景值。

进一步地，上述地下燃空区体积确定及充填方法中，其特征在于，步骤s2，在进气孔孔口连接示踪气体释放装置，在出气孔连接示踪气体收集装置，在进气孔采用脉冲释放的方法注入放射性同位素示踪气体或稳定性同位素示踪气体，气体示踪剂以300cm³/min的速度注入，使注入示踪剂在煤层气体中的浓度达到150mg/l。

进一步地，上述地下燃空区体积确定及充填方法中，其特征在于，步骤s5，在出气孔孔口安装抽风设施。

进一步地，上述地下燃空区体积确定及充填方法中，其特征在于，步骤s5，注浆材料选用cl-c型粘土水泥浆、水泥粉煤灰浆液、膏体浆、似膏体浆或双液复合注浆材料。

进一步地，上述地下燃空区体积确定及充填方法中，其特征在于，步骤s4，当测算得出的燃空区体积大于通过燃煤量及混合煤气组分计算体积的1/3时，对燃空区进行充填。

进一步地，上述地下燃空区体积确定及充填方法中，其特征在于，步骤s3，利用伽马测井仪或伽马能谱仪进行出气监测，出现示踪气体浓度t1时，继续监测出现2-3个峰值浓度至t2时计算，

式中：

m：注入气体总质量；

m1：t1到t2时间段内排出的气体质量；

c(t2)：t2时刻气体浓度；

v燃：燃空区体积。

本发明的有益效果：

能够直接测算出地下燃空区的体积大小，操作简单、计算容易、成本不高，可对常规未考虑岩层膨胀性计算得出的燃空区体积进行验证。

在知道燃空区规模的前提下，对必须或需要充填的燃空区进行负压充填，便于掌控充填材料数量及成本的同时，实现地下燃空区的完全密闭充填。

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是本发明注入示踪气体示意图

图2是本发明燃空区充填示意图

1-进气孔、2-出气孔、3-地层弯曲带、4-地层裂隙带、5-燃空区、6-冒落岩石及煤灰渣、7-示踪气体释放装置、8-示踪气体收集装置、9-注浆设施及浆液、10-抽风设施

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。

本发明提出在地下煤炭资源被气化完成后，各进气孔停止进气，各出气孔孔口基本没有出气压力时，先收集检测地下气化区气体背景值，再利用某些示踪气体的稳定性，在某一进气孔通入该示踪气体之后在其它各出气孔收集、检测气体成分，通过计算处理后得出地下燃空区的体积大小。考虑到顶底板岩层受热后膨胀性及不同煤层燃烧后剩余的灰渣量，一般当测算得出的燃空区体积大于通过燃煤量及混合煤气组分计算体积的1/3时，就采用原进气孔注浆，原出气孔抽风以形成负压的方式，对地下燃空区进行充填。本发明适用于煤炭地下气化燃空区体积大小检测及充填。

煤炭资源气化完成后，形成地下燃空区5，其底部被冒落岩石及煤灰渣6所覆盖，其顶部岩层依次分布裂隙带4和弯曲带3。

各进气孔停止进气，各出气孔孔口没有出气压力时，收集检测地下气体背景值。

在进气孔1孔口连接示踪气体释放装置7，在出气孔2连接示踪气体收集装置8，在进气孔采用脉冲释放的方法注入放射性同位素示踪气体或稳定性同位素示踪气体，气体示踪剂以300cm³/min左右的速度注入，使注入示踪剂在煤层气体中的浓度达到150mg/l左右。

利用伽马测井仪或伽马能谱仪等相关设备进行出气监测，出现示踪气体浓度t1时，继续监测出现2-3个峰值浓度至t2时，根据质量守恒定律，注入的示踪气体质量等于t1到t2时间段内排出的示踪气体质量与t2时刻燃空区内示踪气体质量之和，即：

m＝m1+c(t2)v燃

式中：

m：注入气体总质量；

m1：t1到t2时间段内排出的气体质量；

c(t2)：t2时刻气体浓度；

v燃：燃空区体积。

那么：

当测算得出的燃空区体积大于通过燃煤量及混合煤气组分计算体积的1/3时，或者根据生产要求，采用如下方法对燃空区进行充填。

在进气孔安装注浆设施及浆液9注入浆液，在出气孔孔口安装抽风设施10，使地下空区内形成负压，利于对裂隙带的充填。

注浆材料可根据当地的资源，选用成本较低的cl-c型粘土水泥浆或水泥粉煤灰浆液，或者膏体浆、似膏体浆和双液复合注浆材料。

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。