煤炭地下氣化爐型及氣化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤炭地下氣化開采技術領域，尤其是指一種煤炭地下氣化爐及氣化方法。
【背景技術】
[0002]煤炭地下氣化技術主要是指煤、焦炭或者半焦等固體燃料在高溫常壓或者加壓條件下與氣化劑發生反應，轉化為氣體產物或少量殘渣的過程。所述氣化劑主要是水蒸氣、空氣(或者氧氣)或者它們的混合氣。煤炭氣化過程可用于生產燃料煤氣，作為工業窯爐用氣或者城市煤氣，也可用于制造混合氣，作為合成氨、合成甲醇和合成液體燃料的原料，因此煤炭氣化技術是煤化工的重要技術之一。
[0003]煤炭地下氣化爐通常由進氣井、氣化通道、出氣井等組成，在所述進氣井底部進行點火后，從所述進氣井注入氣化劑，在氣化通道中與煤層發生各種化學反應，生成的煤氣沿氣化通道和出氣井輸送至地面。而地下氣化爐型是指地下氣化所用鉆孔的類型、相互位置、氣化時的用途及啟動順序等形成的通道形狀。目前的氣化爐已經發展成眾多的鉆孔通過鉆孔類型(豎直井、水平定向鉆井)、鉆孔間距、氣化時氣流的走向和燃燒區走向等組合出各種類型的地下氣化爐，能夠成倍地提高煤氣產量、氣化過程的穩定性、煤層的采收率，而且能夠有效降低地下水入侵、頂板冒落、熱損失等的風險，因此，氣化爐型是決定氣化過程成敗的關鍵因素之一。
[0004]現有中國專利(CN104594873A)公開了一種煤炭地下氣化爐及氣化方法，如圖1所示，包括頂板1、位于頂板下方的煤層2、穿過頂板之后進入煤層的進氣孔3、穿過頂板之后進入煤層的出氣孔4、概呈水平的位于煤層內并連通進氣孔的進氣通道5及位于進氣通道垂直上方的出氣通道6以及穿過頂板后進入煤層并連通進、出氣通道的點火孔7。上述技術雖然避免了出氣通道堵塞，可以保證氣化的連續性，但是仍舊存在以下缺陷:所述出氣通道6的高溫直接作用于煤層頂板1，從而易造成頂板受熱變形、冒落的風險，影響氣化爐的正常運行；再者，該爐型氣化時具有一定的局限性，僅適用于煤層厚度在15米范圍內的煤層，對于超厚煤層采用該爐型氣化時資源浪費較嚴重，回采率低，經濟性差。
【發明內容】
[0005]為此，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中氣化效率低且煤層頂板易冒落等問題從而提供一種即使針對超厚煤層的氣化，也能提高氣化穩定性及氣化效率的煤炭地下氣化爐型及氣化方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明所述的一種煤炭地下氣化爐型，包括煤層頂板以及位于所述煤層頂板下方的煤層底板，所述煤層頂板與所述煤層底板之間設有煤層，穿過所述煤層頂板且在所述煤層中設有多個定向鉆井，穿過所述煤層頂板和所述煤層向所述煤層底板延伸設有一個垂直井，其中所述各個定向鉆井的末端與所述垂直井相互連通，沿所述垂直井同側依次順序排列多個定向鉆井，所述垂直井沿軸向設有多個第一側孔和多個第二側孔，其中任意一個第一側孔位于所述定向鉆井與所述垂直井的連接處，所述第二側孔位于所述第一側孔的上方。
[0007]在本發明的一個實施例中，所述垂直井的單側分別設有多個定向鉆井，且各個定向鉆井的垂直段沿所述垂直井的該側依次向遠離垂直井的方向延伸排列，且所述各個定向鉆井的水平段相互平行。
[0008]在本發明的一個實施例中，所述垂直井的兩側均設有多個定向鉆井，且所述垂直井的同一側中，各個定向鉆井的垂直段依次向遠離垂直井的方向延伸排列。
[0009]在本發明的一個實施例中，所述垂直井任意一側的一個定向鉆井的水平段與所述垂直井另一側的在同一水平面上定向鉆井的水平段通過所述第一側孔相通。
[0010]本發明還公開了一種利用上述任意一個所述的煤炭地下氣化爐型氣化地下煤層的方法，包括如下步驟:步驟S1:開啟任意相鄰兩個定向鉆井與所述垂直井連接處的第一側孔以及位于所述兩個第一側孔中間的第二側孔；步驟S2:對相鄰兩個定向鉆井中豎直方向處于下方位置的定向鉆井點火并進行逆向氣化，使煤層燃燒產生的煤氣經由所述處于下方位置的定向鉆井與所述垂直井連接處的第一側孔和位于所述第一側孔上方的第二側孔進入垂直井，煤氣通過所述處于上方位置的定向鉆井輸送至地面煤氣管網；步驟S3:對氣化完成的由相鄰兩個定向鉆井之間形成的燃空區進行填充與加固。
[0011 ] 在本發明的一個實施例中，對所述煤層在豎直方向由下而上逐步氣化時，包括將所述垂直井兩側同一水平面的煤層同時氣化的步驟。
[0012]在本發明的一個實施例中，所述垂直井一側任意相鄰兩個定向鉆井之間的煤層與所述垂直井另一側在同一水平面的相鄰兩個定向鉆井之間的煤層同時氣化。
[0013]在本發明的一個實施例中，所述步驟S2中，對相鄰兩個定向鉆井中豎直方向處于下方位置的定向鉆井點火是通過向所述處于下方位置的定向鉆井中下放注氣端具有點火功能的注氣裝置進行通道點火。
[0014]本本發明的一個實施例中，所述定向鉆井施工時，向所述定向鉆井的水平通道內下入支護裝置。
本本發明的一個實施例中，所述水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井與煤層底板之間的煤層氣化完成后，繼續將水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井與煤層頂板之間的煤層進行氣化，其步驟如下:首先，開啟所述水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井與所述垂直井連接處的第一側孔以及開啟所述水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井與所述垂直井連接處的第一側孔上方的第二側孔，同時打開所述垂直井；然后，對水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井點火并進行逆向氣化，使生產的煤氣由垂直井輸送至地面煤氣管網中；最后，對氣化完成的由水平段距離煤層頂板最近的定向鉆井與所述煤層頂板之間形成的燃空區進行填充與加固。
本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點:
本發明所述煤炭地下氣化爐型及氣化方法，采用多條相互平行的定向鉆井及一條垂直井構建氣化爐，煤氣依次由相鄰的定向鉆井輸出，將熱量輸送至上方的煤層，對上方的新鮮煤層進行了預熱，從而充分利用了能源，提高了氣化效率；而且可實現將兩列氣化爐同時并聯運行，大幅度提高氣化效率，此外，本發明所述煤炭地下氣化爐型及氣化方法對所述定向鉆井氣化形成的燃空區進行填充與加固，構建人工底板，保證了超厚煤層氣化過程的穩定性。
【附圖說明】
[0015]為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中
圖1是現有所述煤炭地下氣化爐的平面示意圖；
圖2是本發明所述實施例一所述煤炭地下氣化爐型的立體示意圖；
圖3是本發明所述實施例二所述煤炭地下氣化爐型的平面示意圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例一
如圖2所示，本實施例提供了一種煤炭地下氣化爐型，包括煤層頂板11以及位于所述煤層頂板11下方的煤層底板13，所述煤層頂板11與所述煤層底板13之間設有煤層12，穿過所述煤層頂板11且在所述煤層12中設有多個定向鉆井14，穿過所述煤層頂板11和所述煤層12向所述煤層底板13延伸設有一個垂直井15，其中所述各個定向鉆井14的末端與所述垂直井15相互連通，沿所述垂直井15的一側依次順序排列多個定向鉆井14，所述垂直井15沿軸向設有多個第一側孔和多個第二側孔，其中任意一個第一側孔位于所述定向鉆井14與所述垂直井15的連接處，所述第二側孔位于所述第一側孔的上方。
[0017]本實施所述煤炭地下氣化爐型，包括煤層頂板11、位于所述煤層頂板下方的煤層底板13以及位于所述煤層頂板11與所述煤層底板13之間的煤層12，穿過所述煤層頂板11且在所述煤層12中設有多個定向鉆井14，穿過所述煤層頂板11和所述煤層12向所述煤層底板13延伸設有一個垂直井15，沿所述垂直井15的一側依次順序排列多個定向鉆井14，采用本實施例所述的爐型，不但構建爐型的速度快，成本低，而且任意相鄰兩個定向鉆井中，一個定向鉆井作為進氣通道，一個定向鉆井作為出氣通道，可以實現逐段燃燒煤層，有利于對超厚煤層進行氣化，具體地，如第一定向鉆井14A、第二定向鉆井14B、第三定向鉆井14C、第四定向鉆井14D以及第五定向鉆井14E，所述各個定向鉆井14的末端與所述垂直井15相互連通，從而使所述垂直井15主要用于連接進氣通道和出氣通道，也可以作為備用出氣井；所述垂直井15沿軸向設有多個側孔16，通過各個側孔16的啟閉來控制進氣通道和出氣通道，從而利于分段控制煤層的燃燒，提高煤層的燃燒率，具體地，所述側孔16包括第一側孔和第二側孔，其中任意一個第一側孔位于所述定向鉆井14與所述垂直井15的連接處，如所述第一定向鉆井14A與所述垂直井15的連接處設有第二個側孔16B，所述第二定向鉆井14B與所述垂直井15的連接處設有第四個側孔16D，