地下氣化爐過斷層的方法

專利名稱：地下氣化爐過斷層的方法
技術領域：
本發明涉及煤炭地下氣化工藝，特別是一種在地下氣化爐煤層內遇到落差接近或大于煤層厚度的斷層時，讓氣化工作面依靠自身燃燒氣化和不斷推進，自行越過斷層而不被阻斷，維持氣化繼續進行的地下氣化爐過斷層的方法。
如果在爐體內，有落差接近或大于煤層厚度的斷層，煤層將被基本或完全斷開。當氣化工作面在不斷燃燒氣化、推進過程中，遇到這樣的斷層，將因煤層不連續或連續部分過少，而不能維持氣化繼續正常進行、甚至中斷。所以，以前在爐體內均不允許有落差接近或大于煤厚的斷層，使得許多煤層因斷層問題難以布置地下氣化爐，或者被迫分成多個爐體小的氣化爐，使地下氣化回收率大大降低，或氣化投資大幅度增加，限制了煤炭地下氣化的發展。而在不易用井巷法開采的、礦井遺棄煤層中，往往是地質構造復雜、斷層發育的區域。
為解決上述技術問題本發明可采用以下技術方案在用氣化通道、氣流通道及其導引通道，構建地下氣化爐的過程中，當在爐體內遇到落差大于或接近煤層厚度的走向斷層或斜交斷層時，地下氣化爐過斷層的方法是在斷層的兩盤遠離氣化通道的一盤，沿斷層走向，分別從兩條氣流通道開門，相對地開掘兩條輔助巷道——上導燃巷和下導燃巷。下導燃巷靠近斷層掘進，與斷層的間距為0～15m，在下導燃巷的迎頭或者退回1～20m開門、掘穿過斷層的過渡巷。過渡巷穿過斷層至斷層另一盤的煤層。當過渡巷的長度＞5m時，巷內須堆放連續的散煤。上導燃巷迎頭與相對的氣流通道之間，以及下導燃巷迎頭與相對的氣流通道之間，要留一定寬度的煤柱，煤柱寬度薄煤層＞5m、中厚及厚煤層＞10m。上導燃巷與下導燃巷之間有一段彼此靠近的重疊段，該重疊段的有效長度＞5m，重疊段處兩導燃巷之間煤柱寬度薄煤層為3～15m、中厚及厚煤層為5～20m。所謂重疊段的有效長度，即重疊段的長度減去下導燃巷6迎頭至過渡巷8開門位置的距離。
當地下氣化爐兩氣流通道上端的進、出氣口，分別位于斷層的上、下兩盤時，只掘下導燃巷及其過渡巷，不掘上導燃巷。過渡巷應設在靠近其進、出氣口在斷層之下的氣流通道一側。斷層之下，指斷層距離氣化通道較近的一盤。
為解決上述技術問題本發明還可以采用以下技術方案其過渡巷過斷層時，要垂直穿過斷層；過斷層見煤后，要沿煤層繼續掘進2～10m，并沿斷層走向、掘一段輔助迎火巷。該輔助迎火巷的長度為1～20m，其迎頭與相對的氣流通道間的煤柱寬度，與下導燃巷的迎頭與該氣流通道間的煤柱寬度的要求相同。
其上、下導燃巷和輔助迎火巷內，要堆放連續的散煤。對于過渡巷，當其長度≤5m時，巷內最好也要堆放連續的散煤。散煤的堆放量要使其堆放斷面面積占巷道橫斷面面積的1/4～3/4。
其上導燃巷的迎頭與相對的氣流通道之間、以及下導燃巷的迎頭與相對的氣流通道之間的煤柱寬度的優選值薄煤層為20～30m、中厚煤層為25～35m、厚煤層為30～40m。
其下導燃巷與斷層的間距以1～10m為優選；上、下導燃巷重疊段的有效長度以10～20m為優選。
當斷層為斜交斷層時，過渡巷過斷層的位置，應選在斷層與氣化通道之間距離遠的一側，或選在氣化爐走向上的中間。
當上導燃巷的非重疊段的長度≥20m時，上導燃巷也靠近斷層掘進，當上導燃巷掘至距下導燃巷的迎頭5～20m時，再改變方向、沿煤層向上掘進，當迎頭與下導燃巷或其延長線的距離5～15m時，再改變方位，按平行于下導燃巷的方向，繼續掘出與下導燃巷之間的重疊段。
當斷層或爐體內的煤層含水時，上、下導燃巷的坡度沿水平或一定正坡度掘進，使上、下導燃巷的水能自然流出。
本發明的有益效果是①充分利用地下煤炭資源，減少資源損失；充分利用地下氣化爐的基礎建設，避免地下氣化爐工程重復建設，減少施工工程量，節省投資。②方法簡單，經濟易行，安全可靠。
實施例1

圖1、2示出本發明地下氣化爐過斷層的一般方法。所說的斷層是指落差大于或接近煤厚的斷層，斷層走向與煤層走向基本相同或斜交，即斷層走向與氣化通道10的方向基本相同或斜交。如煤層厚度2.2m，斷層落差2.4m。斷層可以是正斷層，也可以是逆斷層。若斷層落差過大或傾角過大，經濟上不合理。
在地下氣化爐的構建過程中，在井下利用礦井原有生產系統、采用通常掘進方法，沿煤層11傾向或近傾向方向掘進氣流通道2和4，沿煤層11的走向或近走向方向掘進氣化通道10，圈出爐體的范圍。由地面用普通鉆探方法，鉆出進氣孔1和排氣孔3，裝入套管，分別與井下的氣流通道2和4的上端貫通。在這種地下氣化爐中，進氣孔1和排氣孔3即為進氣和出氣的兩條導引通道；而且，進氣孔1和排氣孔3以及與之相連的氣流通道2和4，可根據氣化爐運行需要，進行進、出氣的轉換。在掘進施工中，當遇到斷層7，除了兩條氣流通道2和4要穿過斷層至另一盤煤層繼續掘進外，過斷層的方法和措施是在斷層7的遠離氣化通道10的一盤，沿斷層7走向、分別由兩條氣流通道2和4開門、相對地掘進兩條輔助巷道上、下導燃巷5和6，以及與下導燃巷6連接的過渡巷8。其中下導燃巷6——靠近斷層7、與斷層7走向基本平行、與斷層7之間的間距L1在0～15m之間；其始端接氣流通道4，從迎頭或退回1～20m開門、掘一段穿過斷層7的過渡巷8。下導燃巷6與相對的氣流通道2之間要接近并保持一定寬度的煤柱，該煤柱寬度L5薄煤層＞5m、中厚及厚煤層＞10m。巷內最好堆放連續的散煤。通常情況下，下導燃巷6與斷層7的間距L1的優選值為1～10m，具體根據斷層的地質條件而定；下導燃巷6的迎頭與氣流通道2之間的煤柱寬度L5的優選值為薄煤層20～30m、中厚煤層25～35m、厚煤層30～40m。
過渡巷8——穿過斷層7，是溝通斷層7的上、下盤煤層11的通道；可以與斷層7走向垂直，也可以斜交，但最好垂直。對落差接近于煤厚的斷層7，可以用起底挑頂的方法過斷層7；對落差大于煤厚的斷層7，其中間要掘一段巖巷巖石斜巷或石門。穿過斷層7一端的迎頭，掘至另一盤煤層11、見煤后，最好沿煤層11繼續掘2～10m。其斷面可以是梯形、矩形、拱形等。當過渡巷8長度L7＞5m時，巷內必須堆放連續的散煤；當L7≤5m時，巷內最好也堆放連續的散煤。
上導燃巷5——與斷層7走向、下導燃巷6基本平行，其一端始于氣流通道2，另一端的迎頭與相對的氣流通道4要接近并保持一定寬度的煤柱，該煤柱寬度L4，和下導燃巷6與氣流通道2之間的煤柱寬度L5的要求相同。該巷內最好堆放連續的散煤。
上導燃巷5與下導燃巷6之間要有一段彼此靠近、大致平行的重疊段，該重疊段要求有一定的有效長度、并保留一定寬度的煤柱。重疊段的有效長度L3，即重疊段的長度減去下導燃巷6迎頭至過渡巷8開門位置的距離。通常情況下，有效長度L3＞5m；重疊段的煤柱寬度L2薄煤層可在3～15m選擇，中厚及厚煤層在5～20m選擇。例如對于2m的中厚煤層，其L3可選5m、20m、40m，優選值為10～20m；煤柱寬度L2可選5m、10m、20m。
以上所述的上導燃巷5迎頭與相對的氣流通道4之間的煤柱寬度L4、下導燃巷6的迎頭與相對的氣流通道2之間的煤柱寬度L5、上下導燃巷5和6的重疊段的煤柱寬度L2及輔助迎火巷9的迎頭與相對的氣流通道2之間煤柱寬度L6的選擇，除根據煤層厚度，還要考慮煤層節理、裂隙及煤的硬度等因素，煤層厚度大，節理、裂隙發育，煤的硬度小，煤柱寬度則選大些；否則，選小些。
上述的散煤的堆放，在上導燃巷5與下導燃巷6內，要沿巷道的上幫或兩幫堆放，要連續堆放，堆放的最高處至頂板或與頂板形成接觸面；堆放的散煤最好用塊煤，堆放的斷面面積占巷道橫斷面面積的1/4～3/4。煤堆在過渡巷8內，要沿一幫或兩幫堆放，并且要堆放至與下導燃巷5中的散煤相連。
圖2所示爐體內斷層7為正斷層。過渡巷8由正斷層7的下盤穿過斷層7，至斷層的上盤，中間一段是巖石斜巷，以下山方向掘進、與斷層上盤的煤層11溝通。
實施例2圖1中還示出了在過渡巷8穿過斷層7一端的迎頭接輔助迎火巷9的情況，如雙點劃線所示。為了在氣化工作面不斷燃燒氣化推進中，增加過渡巷8與氣化工作面自動燃通的幾率和可靠性。在過渡巷8穿過斷層7一端的迎頭，再沿斷層7的走向、在煤層11中掘一段輔助迎火巷9。輔助迎火巷9的長度L8可以選擇1～20m。輔助迎火巷9的迎頭與相對的氣流通道2之間的煤柱寬度L6，與下導燃巷6的迎頭與氣流通道2之間的煤柱寬度L5的要求相同。輔助迎火巷9內最好堆放煤堆，形式與上、下導燃巷5、6相同。其余同實施例1。
實施例3圖3中示出了爐體內遇到斜度大的斜交斷層7時的巷道布置方式。當爐體內的斷層7為斜交斷層、斷層7走向與煤層走向的夾角α≥25°時，由于氣化工作面推進到斷層兩邊所用的時間相差較大，出于充分利用資源的考慮，此時過渡巷8過斷層的位置應選在斷層7與氣化通道10距離較遠的一邊，即靠近氣流通道4的一邊，或選在氣化爐走向上的中間。此時在斷層7遠離氣化通道10一側、沿斷層7走向、掘出的下導燃巷6長度較短，上導燃巷12長度較長；同時，上導燃巷12與下導燃巷6非重疊段也較長。當非重疊段的長度≥20m時，由氣流通道2開門掘進的上導燃巷12，其非重疊段可以靠近斷層7掘進，當上導燃巷12接近下導燃巷6的迎頭、距離5～20m時，改變方向，沿煤層向上掘進，在迎頭與下導燃巷6或其延長線的距離5～15m時，再改變方位，按平行于下導燃巷6的方向，繼續掘出和下導燃巷6之間的重疊段，即按煤柱寬度L2的要求掘出靠近且平行于下導燃巷6的區段。在過渡巷8穿過斷層7一端的迎頭，也可掘輔助迎火巷9。其余同實施例1、2。
圖4中所示爐體內的斷層7是逆斷層。過渡巷8由逆斷層下盤穿過斷層7至斷層的上盤，其中間一段是石門，它以水平方向掘進、與斷層上盤煤層11溝通。
實施例4當地下氣化爐內的斷層或煤層含水時，上、下導燃巷5和6的坡度沿水平或一定正坡度掘進，以便使上、下導燃巷5和6的水能夠自然流出。
實施例5圖5示出氣流通道進氣口、出氣口分別在斷層7不同的兩盤時地下氣化爐過斷層的一種情況，即氣流通道2上端的進氣口和氣化通道10在斷層7的同一盤、且斷層7靠近氣流通道2上端進氣口。此時，氣流通道4上端出氣口在斷層7另一盤。這種地下氣化爐過斷層時，可只掘下導燃巷6、過渡巷8，以及輔助迎火巷9，而省略上導燃巷5。其下導燃巷6由氣流通道4開門，在出氣口所在的斷層的一盤掘進；過渡巷8的位置設在靠近氣流通道2的進氣口一側。下導燃巷6、過渡巷8以及輔助迎火巷9的有關長度、煤柱寬度及堆煤要求等，與實施例1、2相同。
在圖5中，與氣流通道2上端相接的導引通道是聯絡巷20和小斜井13。進氣管道14由地面經斜井13、聯絡巷20，穿過密閉19至氣流通道2上端的進氣口。與氣流通道4上端相接的導引通道是聯絡巷18和小立井16。出氣路徑由接在氣流通道4上端的出氣口處的出氣管道17，穿過密閉19，經聯絡巷18、小立井16，接至地面煤氣管道15。
實施例6圖6示出氣流通道進氣口、出氣口分別在斷層7不同的兩盤時地下氣化爐過斷層的另一種情況，即氣流通道4上端的出氣口和氣化通道10在斷層7同一盤、且斷層7靠近氣流通道4上端出氣口。此時，氣流通道2上端進氣口在斷層7的另一盤。這種地下氣化爐過斷層時，同樣只掘下導燃巷6、過渡巷8以及輔助迎火巷9，而省略上導燃巷5。其下導燃巷6由氣流通道2開門，在進氣口所在的斷層7的一盤掘進；過渡巷8的位置設在靠近氣流通道4出氣口一側。其余同實施例5。
在圖6中，與氣流通道2上端相接的導引通道是聯絡巷22。進氣管道23由井下供氣設備24，經聯絡巷22，穿過密閉19至氣流通道2上端的進氣口。與氣流通道4上端相接的導引通道是聯絡巷18和鉆孔21。出氣路徑由氣流通道4上端的出氣口，經聯絡巷18、鉆孔21，接至地面煤氣管道15。
以上兩例是爐內斷層為斜交斷層，且斜度較大、斷層位于爐體上部的特殊情況。氣流通道的進、出氣口分別在斷層兩盤的地下氣化爐，還可能因地物、地貌、建筑物影響或井下安全、回采等因素的限制所造成。氣化工作面過斷層后，過渡巷8及輔助迎火巷9將成為固定的進氣或出氣通道，維持氣化繼續進行。
工作原理在地下氣化爐中，由初始的氣化通道10點燃后形成的氣化工作面，不斷地燃燒氣化、推進。當氣化工作面推進到斷層7附近時，燃燒區將逐漸接近過渡巷8或輔助迎火巷9、并最終與之燃通。于是，過渡巷8或輔助迎火巷9的煤被引燃、并形成新風路。如果此時由進氣孔1進風，則形成新的風路進氣孔1→氣流通道2→原氣化工作面→過渡巷8→下導燃巷6→氣流通道4→排氣孔3；此風路逐漸加熱引燃過渡巷8、下導燃巷6，當下導燃巷6和上導燃巷5之間重疊段的煤柱逐漸減小并燃通后，又形成一條新的風路進氣孔1→氣流通道2→上導燃巷5→下導燃巷6→氣流通道4→排氣孔3。此即形成跨過斷層7的新的氣化通道，使地下氣化爐的氣化過程跨過斷層繼續進行，不被斷層阻斷。
如果氣化工作面推進到斷層7附近時，是由排氣孔3進風，氣化工作面同樣會在接近過渡巷8或輔助迎火巷9后，最終與之燃通，并形成新風路排氣孔3→氣流通道4→下導燃巷6→過渡巷8→部分原氣化工作面→氣流通道2→進氣孔1。過渡巷8與下導燃巷6的煤先后被燃燒，當下導燃巷6和上導燃巷5間重疊段的煤柱逐漸減小并燃通后，形成新風路排氣孔3→氣流通道4→下導燃巷6→上導燃巷5→氣流通道2→進氣孔1；此即跨過斷層7的新氣化通道。實踐證明，在特定條件下，氣化工作面既可順風而行，也可逆風而行，但兩種情況都可以使以上過斷層的方法得以實現。
權利要求
1.一種地下氣化爐過斷層的方法，在用氣化通道(10)、氣流通道(2、4)及其導引通道，構建地下氣化爐的過程中，其特征在于當在爐體內遇到落差大于或接近煤層厚度的走向斷層或斜交斷層(7)時，在斷層(7)的兩盤遠離氣化通道(10)的一盤，沿斷層(7)走向，分別從兩條氣流通道(2、4)開門，相對地開掘兩條輔助巷道上導燃巷(5)和下導燃巷(6)；下導燃巷(6)靠邁斷層(7)掘進，與斷層(7)的間距(L1)為0～15m，在下導燃巷(6)迎頭或退回1～20m開門、掘穿過斷層(7)的過渡巷(8)；過渡巷(8)穿過斷層(7)至斷層(7)另一盤的煤層(11)；當過渡巷(8)的長度(L7)＞5m時，巷內須堆放連續的散煤；上導燃巷(5)的迎頭與相對的氣流通道(4)之間以及下導燃巷(6)的迎頭與相對的氣流通道(2)之間，要留一定寬度的煤柱，煤柱寬度(L4、L5)薄煤層＞5m、中厚及厚煤層＞10m；上導燃巷(5)與下導燃巷(6)之間有一段彼此靠近的重疊段，該重疊段的有效長度(L3)＞5m，重疊段處兩導燃巷之間的煤柱寬度(L2)薄煤層為3～15m、中厚及厚煤層為5～20m；當地下氣化爐兩氣流通道(2、4)上端的進氣口和出氣口，分別位于斷層的上、下兩盤時，只掘下導燃巷(6)及其過渡巷(8)；過渡巷(8)應設在靠近其進氣口或出氣口在斷層之下的氣流通道一側。
2.根據權利要求1所述的地下氣化爐過斷層的方法，其特征在于所說的過渡巷(8)，要垂直穿過斷層(7)，過斷層(7)見煤后，要沿煤層(11)繼續掘進2～10m，并沿斷層(7)走向、掘一段輔助迎火巷(9)；該輔助迎火巷(9)長度(L8)為1～20m，其迎頭與相對的氣流通道(2)間的煤柱寬度(L6)，與下導燃巷(6)迎頭與該氣流通道(2)間煤柱寬度(L5)的要求相同。
3.根據權利要求1或2所述的地下氣化爐過斷層的方法，其特征在于所說的上、下導燃巷(5、6)和輔助迎火巷(9)內，要堆放連續的散煤；所說的過渡巷(8)，當其長度(L7)≤5m時，巷內也要堆放連續的散煤；散煤的堆放量要使其堆放斷面面積占巷道橫斷面面積的1/4～3/4。
4.根據權利要求1所述的地下氣化爐過斷層的方法，其特征在于所說的上導燃巷(5)迎頭與相對的氣流通道(4)之間、以及下導燃巷(6)迎頭與相對的氣流通道(2)之間的煤柱寬度(L4、L5)薄煤層為20～30m、中厚煤層為25～35m、厚煤層為30～40m。
5.根據權利要求1所述的地下氣化爐過斷層的方法，其特征在于所說的下導燃巷(6)與斷層(7)的間距(L1)為1～10m；上、下導燃巷(5、6)重疊段的有效長度(L3)為10～20m。
6.根據權利要求1所述的地下氣化爐過斷層的方法，其特征在于所說的斷層(7)為斜度大的斜交斷層時，過渡巷(8)過斷層的位置，應選在斷層(7)與氣化通道(10)之間距離遠的一側，或選在氣化爐走向上的中間。
7.根據權利要求1或6所述的地下氣化爐過斷層的方法，其特征在于所說的過渡巷(8)過斷層的位置，導致上導燃巷非重疊段的長度≥20m時，上導燃巷(12)也靠近斷層(7)掘進，當上導燃巷(12)掘至距下導燃巷(6)迎頭5～20m時，改變方向，沿煤層向上掘進，當迎頭與下導燃巷(6)或其延長線的距離5～15m時，再改變方位，按平行下導燃巷(6)的方向，繼續掘出與下導燃巷(6)之間的重疊段。
8.根據權利要求1所述的地下氣化爐過斷層的方法，其特征在于所說的斷層或爐體內的煤層含水時，上、下導燃巷(5、6)的坡度沿水平或一定正坡度掘進，使上、下導燃巷(5、6)的水自然流出。
全文摘要
一種地下氣化爐過斷層的方法，在爐體內斷層兩盤遠離氣化通道的一盤、沿斷層走向，由兩條氣流通道開門，相對地掘兩條輔助巷道上導燃巷和下導燃巷。下導燃巷靠近斷層，從其迎頭或距迎頭一定距離開門、掘穿過斷層的過渡巷，使斷層上、下盤煤層溝通。上、下導燃巷的迎頭與各自相對的氣流通道間要留一定寬度的煤柱，兩導燃巷之間有一段彼此靠近的重疊段，該重疊段要有一定的有效長度和煤柱寬度。當兩氣流通道上端的進、出氣口分別位于斷層的上、下兩盤時，只掘下導燃巷及過渡巷。通過這種特殊巷道布置，使氣化工作面在不斷燃燒氣化推進中，靠自身燃燒，與上、下導燃巷燃通，自行越過斷層。該方法可減少資源損失，避免重復建設，節省投資，經濟易行。
文檔編號E21B43/295GK1429967SQ0114285
公開日2003年7月16日 申請日期2001年12月30日 優先權日2001年12月30日
發明者劉寶銀, 孫春江, 賈維勇, 邱波 申請人:新汶礦業集團有限責任公司孫村煤礦