煤炭地下气化炉及气化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤炭地下气化开采技术领域，尤其是指一种煤炭地下气化炉及气化方法。
【背景技术】
[0002]煤炭地下气化技术是一种将埋藏在地下的煤炭进行直接的有控制的燃烧，通过煤的热作用及化学作用，产生可燃气体的过程，变传统的物理采煤为化学采煤，这一过程集建井、采煤、地面气化为一体，具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点，而煤炭地下气化技术的关键是气化炉的建设。
[0003]煤炭地下气化炉通常由进气井、气化通道、出气井等组成，在所述进气井底部进行点火后，从所述进气井注入气化剂，在气化通道中与煤层发生各种化学反应，生成的煤气沿气化通道和出气井输送至地面。目前的气化炉，多为平行列式布置，对开采煤田区域的形状要求较高，只能针对大面积规则煤田，而对于不规则煤田的气化，则不能适用；再者，气化炉采用多个垂直井时，垂直钻孔在使用过程中，受钻孔底部采空、钻孔附近地应力发生变化的影响，煤层非常容易错断，错断后易导致煤气直接泄露或地下水涌入气化炉，而迫使气化炉中止运行，造成经济损失，同时，垂直钻孔受热胀冷缩后容易移位，导致钻孔与地层含水层之间封闭不良，引起地下水渗漏及煤气逸散，不但使气化过程无法安全运行，而且会引起地下水的污染，增加气化环境污染的风险性；另外，气化炉垂直孔与定向钻直接贯通的时间较长，导致气化效率降低。
【发明内容】
[0004]为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中气化效率低且存在对原始地层环境的破坏等问题从而提供一种即使针对不规则煤田的气化，也能提高气化稳定性及气化效率的煤炭地下气化炉及气化方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所述的一种煤炭地下气化炉，包括多个垂直井，所述多个垂直井分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井，所述多个定向钻井相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井的水平段位置与所述垂直井底部处于同一水平面上。
[0006]在本发明的一个实施例中，任意相邻两个定向钻井之间形成的夹角为锐角。
[0007]在本发明的一个实施例中，所述任意相邻两个定向钻井之间形成的夹角范围为30。至 60° ο
在本发明的一个实施例中，所述任意一个定向钻井末端位于与其最接近的相邻两个垂直井的中间位置。
[0008]在本发明的一个实施例中，所述垂直井的数量范围为2个至4个。
[0009]在本发明的一个实施例中，所述任意相邻两个垂直井的距离相同。
[0010]本发明还公开了一种煤炭地下气化炉，包括多个气化炉单元，每个气化炉单元包括多个垂直井，所述多个垂直井分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井，所述多个定向钻井相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井的水平段位置与所述垂直井底部处于同一水平面上，其中，任意一个气化炉单元中的至少一个定向钻井的初始端位于相邻气化炉单元中的两个定向钻井之间。
[0011]在本发明的一个实施例中，所述任意一个气化炉单元中的一个定向钻井的初始端位置分别与所述相邻气化炉单元中的两个定向钻井的垂直距离相等。
[0012]本发明还公开了一种利用上述任意一个所述的煤炭地下气化炉气化地下煤层的方法，包括如下步骤:步骤S1:将第一垂直井的底部和与所述第一垂直井距离最近的第一定向钻井贯通，且将所述第一垂直井的底部与其它垂直井的底部贯通；步骤S2:向第一定向钻井注入气化剂，在所述第一垂直井的底部点燃煤层使所有垂直井的底部形成点火区，对第一定向钻井进行气化作业；步骤S3:将其它定向钻井与所述点火区贯通，向贯通后的定向钻井注入气化剂，对所述其它定向钻井进行气化作业，直至完成整个煤层的气化。
[0013]本本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，对所述其它定向钻井进行气化作业时，将已经气化完成的定向钻井作为出气井使用。
[0014]本本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，将所述其它定向钻井分为多组，每组包含多个定向钻井，同一组的多个定向钻井同时进行气化作业。
[0015]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
本发明所述煤炭地下气化炉及气化方法，构建垂直井的数量大大减少，因此降低了原始地层的破坏性进而降低了环境污染发生的风险，也降低了成本；同时由于各定向钻井末端均对应点火区，所以可以提高气化工作面数量，缩短煤田的气化时间，增加气化效率；另夕卜，由于各定向钻呈辐射状排列，气化后不易造成地面沉降。
【附图说明】
[0016]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述实施例一所述煤炭地下气化炉的平面示意图；
图2是本发明所述实施例一所述煤炭地下气化炉的立体示意图；
图3是本发明所述实施例二所述煤炭地下气化炉的平面示意图；
图4是本发明所述实施例三所述煤炭地下气化炉的平面示意图。
【具体实施方式】
[0017]实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种煤炭地下气化炉，包括多个垂直井10，所述多个垂直井10分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井20，所述多个定向钻井20相对所述圆周形成辐射状排列，所述定向钻井20的水平段位置与所述垂直井10底部处于同一水平面上。
[0018]上述是本发明的核心技术方案，所述煤炭地下气化炉包括多个垂直井10以及多个定向钻井20，其中，为了更全面的开采煤层，提高煤层的开采率，所述多个垂直井10分布在同一圆周上，所述圆周外部构建有多个定向钻井20，所述多个定向钻井20相对所述圆周形成辐射状排列，且各个定向钻井20末端均对应由所有垂直井10底部形成的点火区，使各个定向钻井20末端与由所有垂直井10底部形成的点火区之间存在一定距离，从而有利于提高气化工作面数量，缩短煤田的气化时间，增加气化效率；另外，即使针对不规则煤田的形状，可以根据实际情况，任意构建不同长度和方向的定向钻井20，通过所述定向钻井20的辐射状排列就可以有效实现对煤层的气化；再者，由于各定向钻井呈辐射状排列，气化后不易造成地面沉降，同时，避免采用过多的垂直井，降低了原始地层的破坏性进而降低了环境污染发生的风险，同时也降低了成本；所述定向钻井20的水平段位置与所述垂直井10底部处于同一水平面上，从而缩小所述垂直井10与所述定向钻井20的贯通时间，提高了煤层的气化效率。
[0019]为了提高煤层的开采率，尽量设置多个数量的定向钻井20，且所述任意相邻两个定向钻井20之间形成的夹角为锐角，具体地，如第一定向钻井20A和第二定向钻井20B之间形成的夹角为锐角，从而可以根据实际煤田形状设置所述定向钻井20的数量。由于所述定向钻井20的数量过多时，会导致成本增大，因此所述任意相邻两个定向钻井20之间形成的夹角范围为30°至60°时，具体地，如第一定向钻井20A和第二定向钻井20B