專利名稱：地下氣化生產礦井的制作方法
技術領域：
本發明屬于煤炭地下氣化生產領域，特別涉及一種地下氣化生產礦井。
背景技術：
長期以來人們一直很少或沒有對專門用于煤炭地下氣化方式生產煤氣的地下氣化生產礦井進行研究，類似的專利的有“礦井長通道大斷面煤炭地下氣化(公開號CN 1169501A)”、“換管注氣點后退式煤層氣化方法(公開號CN 1121138A)”等。這些專利對建立有井式地下氣化技術的基礎進行了研究，但都未涉及氣化氣化生產礦井的整體方案，與大規模生產有較大距離。
發明內容
本發明的目的是按照煤炭地下氣化的需要，設置獨立的地下氣化生產礦井，專門用煤炭地下氣化方式生產煤氣。地下氣化生產礦井包括礦井開拓、礦井氣體輸送、煤炭地下氣化回采三個大系統。
1.礦井開拓系統由主井井筒(1)、副井井筒(2)、井底車場及大巷(3)、集中上、下山(4)、采區車場及石門(5)、變電所(6)、水泵房及水倉(7)構成，其功能是對煤氣生產和接續采區建設提供系統支持與服務。
2.礦井氣體輸送系統為獨立體系，專為輸送煤氣和氧氣、水蒸汽設置，與礦井開拓系統實行安全隔離。礦井氣體輸送系統由氧氣輸送井筒(8)、煤氣輸送井筒(9)、氧氣輸送主巷(10)、煤氣輸送主巷(11)、開關門硐室(12)和氧氣主管(10′)、煤氣主管(11′)、水蒸汽主管(13)、煤氣集中降溫裝置(38)構成。
a.考慮到煤氣和氧氣或富氧輸送量很大，在輸送需用管徑大于800mm區段，布設專用的氧氣輸送井筒(8)、煤氣輸送井筒(9)、氧氣輸送主巷(10)、煤氣輸送主巷(11)輸送氧氣和煤氣。輸氣井巷用設在開關門硐室(12)中的雙道開關門予以控制。
b.在煤氣或氧氣輸送需用管徑小于800mm區段，分別改由氧氣主管(10′)和煤氣主管(11′)輸送，主管敷設于井筒和石門或車場中。水蒸汽輸送需要保溫且需用管徑較小，因此用保溫的水蒸汽主管(13)輸送，并單獨敷設于礦井回風系統的井巷中，需要時可輸送氮氣或其它氣體。輸氣管道用電控液動閥門予以控制。
c.氣化劑由地面的氣化劑制備系統(14)提供，煤氣抽出地面即送入簡易凈化裝置(15)，處理后壓入貯氣罐待用。在煤氣輸送主巷(11)或煤氣主管(11′)首端設置集中降溫裝置(38)。
所述的井筒(1)、(2)、(8)、(9)可選擇立井、斜井或平硐。
3.煤炭地下氣化回采系統由區段和地下氣化爐兩部分組成，a.區段，是采區的主要單元，長度即為采區單翼長度，傾斜寬度以不超過360m為宜。由集中控制巷(16)、回風巷(17)、泄水巷(18)、機械硐室(19)、區段監測控制站(20)、氧氣輸送支巷(21)、煤氣輸送支巷(22)和水蒸汽支管(23)、氧氣支管(24)、煤氣支管(25)及液壓動力管(26)、監測控制通信線纜(27)、安全隔離帶(28)組成。
①所述的集中控制巷(16)位于區段上邊緣，首端和采區車場及石門(5)相接，末端在采區邊界和回風巷(17)上端連接。
②所述回風巷(17)位于采區邊界內側且與其平行，連接于集中控制巷(16)和泄水巷(18)之間。
③所述泄水巷(18)位于區段下邊緣，起于回風巷(17)下口，止于集中上、下山或采區車場及石門(5)。
④所述的機械硐室(19)和區段監測控制站(20)設置在集中控制巷(16)首端或附近。
⑤所述的氧氣輸送支巷(21)和煤氣輸送支巷(22)是在氧氣和煤氣輸送需用管徑大于800mm區段，與集中控制巷(16)平行且相距10m左右，分在兩側的位置設置。在氧氣和煤氣流量需用管徑小于800mm區段，由氧氣支管(24)和煤氣支管(25)替代，兩支管敷設于集中控制巷(16)中。
⑥所述的水蒸汽支管(23)首端接自水蒸汽主管(13)，末端止于最后一個氣化劑控制壁龕(30)。
⑦所述的液壓動力管(26)和監測控制通信線纜(27)敷設于集中控制巷(16)中。
⑧所述的安全隔離帶(28)是分別在集中控制巷(16)下側和泄水巷(18)上側，與其平行且相距15m左右的位置，在煤層全高并延伸到頂板0.5m范圍，進行寬度為2～3m的水沙土充填構成。
b.地下氣化爐布設于區段中，是生產煤氣的場所，主要采用U型爐結構。由氣化劑通道(29)、氣化劑控制壁龕(30)、氣化工作面(31)、煤氣通道(32)、煤氣控制壁龕(33)、混合氣化劑管(34)、帶風門隔離墻(35)、密閉墻(36)、噴霧洗滌降溫水幕(37)組成。
①所述的氣化劑通道(29)布設在平行于集中上、下山(4)的煤層中，上端經氣化劑控制壁龕(30)和集中控制巷(16)相接，下端止于氣化工作面(31)。
②所述的煤氣通道(32)布設在平行于集中上、下山(4)的煤層中，上端經煤氣控制壁龕(33)和集中控制巷(16)相接，下端接于泄水巷(18)。
③所述氣化工作面(31)布設在泄水巷(18)旁側的安全隔離帶(28)上側并與其平行的煤層中，首端接于氣化劑通道(29)下端，末端接于煤氣通道(32)。
④所述的混合氣化劑管(34)安設于氣化劑通道(29)的全長。
⑤所述的帶風門隔離墻(35)或密閉墻(36)，是在氣化劑通道(29)和煤氣通道(32)通過安全隔離帶(28)的兩側設置，在氧氣輸送支巷(21)和煤氣輸送支巷(22)與集中控制巷(16)相接處也要設置兩道密閉墻(36)。在煤氣通道(32)通過安全隔離帶(28)兩側帶風門隔離墻(35)的底部，要設置U形水封，便于排水。
⑥所述的在煤氣通道(32)出口端設置3～5個環形噴霧洗滌降溫水幕(37)。
本發明的有益效果是1)設置獨立的地下氣化生產礦井，專門用煤炭地下氣化方式生產煤氣。
2)建立礦井氣體輸送系統，設置專用的井巷和管道，適應煤氣、氧氣、水蒸汽的超大氣量輸送，與礦井開拓系統實行安全隔離。
3)設置多個煤炭地下氣化回采區段，在每個區段中布置地下氣化爐群，采用氣化爐直接監測技術和分段隔離破管注劑調控技術，做到大規模生產煤氣，且可實現質量和產量的雙穩定。
下面結合附圖和實施例對本發明作一詳細描述。
圖1為本發明地下氣化生產礦井一個礦井的單翼的平面示意圖；圖2為本發明地下氣化生產礦井的主剖面示意圖；圖3為本發明地下氣化生產礦井區段單層一翼布置示意圖。
具體實施例方式
參見圖1與圖2，其中，主井井筒1，副井井筒2，井底車場及大巷3，集中上、下山4，采區石門及車場5，變電所6，水泵房及水倉7，氧氣輸送井筒8，煤氣輸送井筒9，氧氣輸送主巷10，氧氣主管10′，煤氣輸送主巷11，煤氣主管11′，開關門硐室12，水蒸汽主管13，氣化劑制備系統14，簡易凈化裝置15，集中控制巷16，回風巷17，泄水巷18，機械硐室19，區段監測控制站20，氧氣輸送支巷21，煤氣輸送支巷22，水蒸氣支管23，氧氣支管24，煤氣支管25，安全隔離帶28，氣化劑通道29，氣化工作面31，煤氣通道32，混合氣化劑管34，煤氣集中降溫裝置38。
本發明開拓方式以立井為主，為表達斜井開拓方式，在集中上山4上部用虛線標出了斜井井筒1、2。考慮到多煤層，用區段石門貫穿各層。圖中表明了地下氣化生產礦井的開拓、各輸氣系統及相互關系。當集中上山4能夠出露地面或用斜井開拓時，每隔2～3個區段應設置變電所6和水泵房及水倉7，為簡化圖面，本圖予以省略。
參見圖3，是個典型的區段平面布置圖，表明了區段內各輸氣系統及關系，多個地下氣化爐的并聯關系。其中帶氣化劑控制壁龕30，煤氣控制壁龕33，風門隔離墻35，密閉墻36，噴霧洗滌降溫水幕37。
1)圖1、2、3所示的礦井開拓系統的主井井筒1、副井井筒2、井底車場及大巷3、集中上、下山(沿層斜井開拓時為同類名稱井筒，下同)4、采區車場及石門5、變電所6、水泵房及水倉7，形成輔助提升、運輸、供電、排供水、通風、安全監控等子系統。除取消了煤炭運輸、轉運、提升系統外，類同于普通煤炭生產礦井，功能是對煤氣生產和接續采區建設提供系統支持與服務。
根據地面環境、地質條件和生產規模，井筒可選擇立井、斜井或平硐。上列井巷種類的選用和組合方式，要遵照普通煤礦的選取規則，可根據需要全部設置或部分設置。
2)圖1、2、3所示的礦井氣體輸送系統為獨立體系，和開拓系統實行安全隔離。
考慮到煤氣和氣化劑中的氧氣或富氧輸送量很大，在輸送需用管徑大于800mm區段，布設專用的氧氣輸送井筒8、煤氣輸送井筒9、氧氣輸送主巷10和煤氣輸送主巷11輸送氧氣和煤氣。輸氣井巷中用設于開關門硐室12中的特制雙道開關門進行控制。
在輸送需用管徑小于800mm區段，分別改由氧氣主管10′和煤氣主管11′輸送氧氣和煤氣，管道敷設于井筒和石門或車場中。氣化劑中的水蒸汽輸送需要保溫且需用管徑較小，因此用保溫管道輸送。水蒸汽主管13單獨設于礦井回風系統的井巷中，需要時可輸送氮氣或其它氣體。管道氣體輸送的控制用電控液動閥門。
氣化劑由地面的氣化劑制備系統14提供，煤氣抽出地面即送入簡易凈化裝置15，處理后壓入貯氣罐待用。
3)圖1、2、3所示的煤炭地下氣化回采系統分為區段和地下氣化爐兩部分。
a.區段，是采區的主要單元，長度即為采區單翼長度，傾斜寬度以不超過360m為宜。在區段上邊緣設集中控制巷16，采區邊界設回風巷17，區段下邊緣設泄水巷18。
①集中控制巷16是區段的骨干巷道，首端和采區車場及石門5相接，末端在采區邊界和回風巷17上端連接。全長敷設水蒸汽支管23、液壓動力管26、監測控制通信線纜27，部分區段附設氧氣支管24、煤氣支管25。
②回風巷17位于采區邊界內側且與其平行，連接于集中控制巷16和泄水巷18之間。功能是將集中控制巷中16的乏風送入泄水巷18。
③泄水巷18位于區段的下邊緣，起于回風巷17下口，止于集中上、下山4或采區車場及石門5。功能是攔截氣化區泄水并以自流方式導入水倉7。倉中水除供給煤氣洗滌冷卻之用外，多余部分排出地面作無害處理后排放。另一功能是兼做區段單翼回風巷。
④在集中控制巷16首端或附近設置機械硐室19和區段監測控制站20，機械硐室19中安設液壓站和錨噴設備，區段監測控制站20中安設監控系統的信息處理、存儲、顯示裝置。
⑤在氧氣和煤氣輸送需用管徑大于800mm區段，與集中控制巷16平行且相距10m左右的位置，分別設置氧氣輸送支巷21和煤氣輸送支巷22。在氣體流量需用管徑小于800mm區段，分別改由氧氣支管24和煤氣支管25替代，兩支管敷設于集中控制巷16中。
⑥氧氣輸送支巷21首端接于氧氣輸送主巷10，末端止于氧氣支管24，氧氣支管24末端則止于最后一個氣化劑控制壁龕30，功能是為氣化爐輸送氧氣。
⑦煤氣支管25首端起于最后一個煤氣控制壁龕33中的煤氣導管，末端接于煤氣輸送支巷22首端。煤氣輸送支巷22以設于巖層中為宜，首端接于煤氣支管25，末端接入煤氣輸送主巷11，功能是為氣化區輸出煤氣。
⑧水蒸汽支管23首端接到敷設于集中上、下山4或采區車場及石門5中的水蒸汽輸送主管13，末端止于最后一個氣化劑控制壁龕30，功能是為氣化爐輸送水蒸汽。
⑨液壓動力管26首端接于液壓站，末端止于最后一個氣化劑控制壁龕30，為各液動閥門提供動力。軌道接于采區車場及石門5，為氣化區提供運輸服務。
b.地下氣化爐，布設于區段中，是生產煤氣的場所，主要采用U型爐結構。由氣化劑通道29、氣化劑控制壁龕30、氣化工作面31、煤氣通道32、煤氣控制壁龕33、混合氣化劑管34等構成。采用地下氣化爐調整控制技術，使氣化爐運行于理想狀態。
①氣化劑通道29和煤氣通道32，一般平行于集中上、下山而布設于煤層中，上端分別經氣化劑控制壁龕30、煤氣控制壁龕33和集中控制巷16相接，氣化劑通道29下端止于氣化工作面31，煤氣通道32下端接于泄水巷18。氣化工作面31布設在泄水巷18上側的煤層中，與泄水巷18平行且保持適當安全距離，首端接于氣化劑通道29下端，末端接于煤氣通道32。
②在各氣化劑控制壁龕30中，設置氧氣導管、水蒸汽導管、氣化劑混合器，由混合器接出的混合氣化劑管34，敷設于氣化劑通道29中，采用分段隔離破管注劑技術，對氣化工作面31實現階段式跟進方式注入氣化劑。兩導管和混合氣化劑管34均裝設電控液動閥門和計量直讀儀表與相應傳感器，用以對氣氧比和流量的監測與調控。
③在各煤氣控制壁龕33中設煤氣輸出導管，將煤氣通道32和煤氣支管25或煤氣輸送支巷22連接，用以輸出煤氣。導管上裝設電控液動閥門和計量直讀儀表與相應傳感器及煤氣采樣接口，用以對煤氣流量的監測調控和煤氣組分樣本的采集。
④氣化劑以適當強度進入氣化工作面和熾熱煤壁接觸，經物理變化和化學反應生成煤氣。在氣化劑正壓和煤氣出口負壓的作用下，煤氣經煤氣通道32、煤氣輸送導管進入煤氣輸送系統。
⑤氣化爐區淋水、蒸汽冷凝水、氣化反應析出水、煤氣洗滌冷卻水等，匯集于煤氣通道32，經設于其下端的兩道帶風門隔離墻35底部的U形水封流入泄水巷18。
c.上述b中的①至⑤項全部內容構成了完整的煤炭地下氣化爐，是個獨立、封閉的基本單元。由于諸多因素影響，氣化爐形態及組合方式有多種變化，典型的有下列幾種
①直接將兩個爐合并在一起，共用一個氣化劑通道29和混合氣化劑管34，或者共用一個煤氣通道32。
②根據采區條件和需要，以相鄰并聯或非相鄰并聯(類同于跳采)方式，同時布設多個氣化爐于區段中，形成地下氣化爐群。但兩爐之間(兩爐合并者除外)要保持安全間隔與封閉，做到各自獨立運行，互不影響。
③在同一礦井中可布設多個采區同時生產，在同一采區中可布設多個區段同時生產，在同一區段的一翼中可布設多個地下氣化爐進行生產。由此種方式形成的地下氣化爐群同時進行氣化，是實現煤氣質量和產量雙穩定及大規模煤氣生產的最重要手段。
d.為及時有效調控氣化運行，保證安全生產，要設置全礦井信息采集處理控制系統，它們是①采用地下氣化爐運行狀態監測裝置，直接采集氣化爐運行狀態信息或氣化爐外圍的狀態參數。
②在設于全礦井各處的計量監測直讀儀表處，都要安設同類參量傳感器，閥門和開關門要安設開閉狀態位移傳感器，采集各類參量、狀態信息。
③按照煤礦有關安全規定，在全礦井的關鍵部位安設有害氣體含量、通風參量和安全設施狀態傳感器，構成礦井安全監控系統。
④對上列采集的煤氣生產運行狀態信息和礦井安全監測信息，經專用線纜分別傳送到安設于集中監控硐室和地面總監控室中的信息處理、存儲、顯示裝置中，據以調控煤氣生產處于理想和安全狀態。
⑤分別于集中控制巷下側和泄水巷上側，并與其相距20m左右且與之平行位置，在煤層全高并延伸到頂板0.5m范圍，設置寬度2～3m的水沙土充填安全隔離帶28。在氣化爐巷道與外界各連通處的內側，設置兩道帶風門隔離墻35或密閉墻36。在需要泄水的隔離墻底部，設置U形水封，實現氣化爐對外的安全隔離與封閉。
⑥在每個煤氣通道32出口端設置3～5個環形噴霧洗滌降溫水幕37，在煤氣輸送主巷11或煤氣主管11′首端設置煤氣間接式集中降溫裝置38，實現對煤氣的初步凈化、降溫和非高溫輸送。
權利要求
1.一種專門進行煤氣生產的地下氣化生產礦井，其特征在于，地下氣化生產礦井包括礦井開拓、礦井氣體輸送、煤炭地下氣化回采三個大系統；1)礦井開拓系統由主井井筒(1)、副井井筒(2)、井底車場及大巷(3)、集中上、下山(4)、采區車場及石門(5)、變電所(6)、水泵房及水倉(7)構成；2)礦井氣體輸送系統由氧氣輸送井筒(8)、煤氣輸送井筒(9)、氧氣輸送主巷(10)、煤氣輸送主巷(11)、開關門硐室(12)和氧氣主管(10′)、煤氣主管(11′)、水蒸汽主管(13)、地面的氣化劑制備系統(14)、煤氣簡易凈化裝置(15)、煤氣集中降溫裝置(38)構成；井筒(1)、(2)、(8)、(9)可選擇立井、斜井或平硐；3)煤炭地下氣化回采系統由區段和地下氣化爐兩部分組成。
2.根據權利要求1所述的地下氣化生產礦井，其特征在于，所述的礦井氣體輸送系統中1)煤氣和氧氣在輸送需用管徑大于800mm區段，布設專用的氧氣輸送井筒(8)、煤氣輸送井筒(9)、氧氣輸送主巷(10)、煤氣輸送主巷(11)輸送氧氣和煤氣，輸氣井巷由設在開關門硐室(12)中的雙道開關門予以控制；2)煤氣和氧氣在輸送需用管徑小于800mm區段，分別改由氧氣主管(10′)和煤氣主管(11′)輸送氧氣和煤氣，主管敷設于井筒和石門或車場中，水蒸汽輸送用保溫的水蒸汽主管(13)輸送，并單獨敷設于礦井回風系統的井巷中，需要時可輸送氮氣或其它氣體，輸氣管道由電控液動閥門予以控制；3)氣化劑由地面的氣化劑制備系統(14)提供，煤氣抽出地面即送入簡易凈化裝置[15]，處理后壓入貯氣罐待用。在煤氣輸送主巷(11)或煤氣主管(11′)首端設置煤氣集中降溫裝置(38)。
3.根據權利要求1所述的地下氣化生產礦井，其特征在于，所述的區段由集中控制巷(16)、回風巷(17)、泄水巷(18)、機械硐室(19)、區段監測控制站(20)、氧氣輸送支巷(21)、煤氣輸送支巷(22)和水蒸汽支管(23)、氧氣支管(24)、煤氣支管(25)及液壓動力管(26)、監測控制通信線纜(27)、安全隔離帶(28)組成。
4.根據權利要求1，3所述的地下氣化生產礦井，其特征在于，所述的集中控制巷(16)位于區段上邊緣，首端和采區車場及石門(5)相接，末端在采區邊界和回風巷(17)上端連接。回風巷(17)位于采區邊界內側且與其平行，連接于集中控制巷(16)和泄水巷(18)之間，泄水巷(18)位于區段下邊緣，起于回風巷(17)下口，止于集中上、下山(4)或采區車場及石門(5)，機械硐室(19)和區段監測控制站(20)設置在集中控制巷(16)首端或附近。
5.根據權利要求1，3所述的地下氣化生產礦井，其特征在于，所述的氧氣輸送支巷(21)和煤氣輸送支巷(22)是在氧氣和煤氣輸送需用管徑大于800mm區段，與集中控制巷(16)平行且相距10m左右，分在兩側的位置設置，在氧氣和煤氣輸送需用管徑小于800mm區段，分別由所述氧氣支管(24)和煤氣支管(25)替代，兩支管敷設于集中控制巷(16)中；所述的水蒸汽支管(23)首端接自水蒸汽主管(13)，末端止于最后一個氣化劑控制壁龕(30)。
6.根據權利要求1，3所述的地下氣化生產礦井，其特征在于，所述的安全隔離帶(28)是分別在集中控制巷(16)下側和泄水巷(18)上側，與其平行且相距15m左右的位置，在煤層全高并延伸到頂板0.5m范圍，進行寬度為2～3m的水沙土充填構成。
7.根據權利要求1所述的地下氣化生產礦井，其特征在于，所述的地下氣化爐布設于區段中，是生產煤氣的場所，采用U型爐結構，由氣化劑通道(29)、氣化劑控制壁龕(30)、氣化工作面(31)、煤氣通道(32)、煤氣控制壁龕(33)、混合氣化劑管(34)、帶風門隔離墻(35)、密閉墻(36)、噴霧洗滌降溫水幕(37)組成。
8.根據權利要求1，7所述的地下氣化生產礦井，其特征在于，所述的氣化劑通道(29)布設在平行于集中上、下山(4)的煤層中，上端經氣化劑控制壁龕(30)和集中控制巷(16)相接，下端止于氣化工作面(31)；所述的煤氣通道(32)布設在平行于集中上、下山(4)的煤層中，上端經煤氣控制壁龕(33)和集中控制巷(16)相接，下端接于泄水巷(18)；所述的混合氣化劑管(34)安設于氣化劑通道(29)的全長。
9.根據權利要求1，7，8任一項所述的地下氣化生產礦井，其特征在于所述的氣化工作面(31)布設在泄水巷(18)旁側的安全隔離帶(28)上側并與其平行的煤層中，首端接于氣化劑通道(29)下端，末端接于煤氣通道(32)。
10.根據權利要求1，7所述的地下氣化生產礦井，其特征在于所述的帶風門隔離墻(35)或密閉墻(36)，是在氣化劑通道(29)和煤氣通道(32)通過安全隔離帶(28)的兩側設置，在氧氣輸送支巷(21)和煤氣輸送支巷(22)與集中控制巷(16)相接處也要設置兩道密閉墻(36)，在煤氣通道(32)通過安全隔離帶(28)兩側帶風門隔離墻(35)的底部，設置U形水封。
11.根據權利要求1，7，8任一項所述的地下氣化生產礦井，其特征在于所述的在煤氣通道(32)出口端設置3～5個環形噴霧洗滌降溫水幕(37)。
全文摘要
地下氣化生產礦井屬于煤炭地下氣化生產領域，該礦井包括礦井開拓、礦井氣體輸送、煤炭地下氣化回采三個大系統。本發明按照煤炭地下氣化的需要，設置獨立的地下氣化生產礦井，專門用煤炭地下氣化方式生產煤氣。本發明建立礦井氣體輸送系統，設置專用的井巷和管道，適應煤氣、氧氣、水蒸氣的超大氣量輸送，與礦井開拓系統實行安全隔離；設置多個煤炭地下氣化回采區段，在每個區段中布置地下氣化爐群，采用氣化爐直接監測技術和分段隔離破管注劑調控技術，做到大規模生產煤氣，且可實現質量和產量的雙穩定。
文檔編號E21B43/00GK1673489SQ20051006304
公開日2005年9月28日 申請日期2005年4月5日 優先權日2005年4月5日
發明者邢鐵寰, 梁杰 申請人:大雁煤業有限責任公司