[发明专利]煤炭地下气化系统及控制方法

说明书

一种煤炭地下气化系统及控制方法。煤炭地下气化系统包括底板、顶板、第一定向钻、第二定向钻及垂直井；第一定向钻贯穿顶板及目标煤层后，弯折延伸至与燃烧区连通；垂直井与燃烧区连通；第二定向钻贯穿顶板后，弯折至与燃烧区连通；第一定向钻内设有与燃烧区连通的进气管道；第二定向钻内设有第一充填料输送管道，垂直井内设有第二充填料输送管道，且第一及第二充填料输送管道与燃烧区连通。通过对燃烧区进行填充，使得燃空区的体积处于动态平衡状态，避免了燃空区扩大导致的气化剂波动甚至不足，提高了燃烧强度的稳定性及燃烧品质；同时也避免了燃空区上方煤岩层的移动、开裂破坏和地表沉陷，提高气化炉生产安全性。

技术领域

本发明涉及钻井或地质勘探用的相关技术领域，特别是关于一种煤炭地下气化系统及控制方法。

背景技术

煤炭地下气化技术集建井、采煤及地面气化三大工艺为一体，其直接将处于地下的煤进行有控制的燃烧，从而获得可燃气体。煤炭地下气化技术将传统采煤转变为化学采煤，省去了庞大的煤炭开采、运输、洗选、气化等工艺过程及设备，具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点。

在煤炭地下气化的过程中，煤被燃烧和气化后留下燃空区。并且，在气化过程中，燃空区上方及两侧的煤在高温作用下，将不断烧掉或受热软化，使燃空区不断上移与扩大。燃空区过大会给煤炭地下气化带来两方面的影响：第一，在气化剂注入量不变的情况下，随着燃空区的扩大，单位面积的煤所接触的气化剂的量减少，导致燃烧反应的强度降低；第二，燃空区上方的岩层在高温和地应力作用下也将逐步丧失稳定而冒落，从而影响炉内温度，甚至可能引起燃空区上方煤岩层的过量移动、开裂破坏和地表沉陷，造成燃空区内煤气漏失或溢出地表污染环境，使煤炭地下气化不能正常进行。

一般来说，可以通过增加气化剂的进气量保持燃烧品质的稳定。然而，当气化剂的进气量达到极限值时，就无法继续增加进气量。如果此时，一味的更换新的注气点或气化位置，则会使气化采煤的区域、采煤量等受到较大的限制；并且也无法解决燃空区扩大导致的地表沉陷等问题。中国专利(专利号为CN200810132905.9)提供了一种实时充填的方法，以将燃空区填充来防止燃空区扩大。虽然该中国专利技术实现了阻止煤炭地下气化过程中燃空区继续扩大，切断了燃烧气体向燃空区泄露的可能；同时也实现了对燃空区的充填，在一定程度上消除了气化所致的地表塌陷，保证了气化通道结构的稳定。但是，煤炭地下气化一般是针对深层煤炭资源进行的技术，甚至大部分都是超过三百米的地下煤炭气化。因此，上述中国专利技术存在下述两个缺点：(1)、地下气化生产单元的布置较为繁琐，如密封墙、管线的设置和安装等；(2)、地下工作需要人员进行地下作业，但一旦发生事故，人员安全受到较大影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种煤炭地下气化系统及控制方法，可对燃空区的体积进行动态控制，减小地下气化过程气化剂的波动幅度，提高其稳定性；并且在地下气化的过程中，对燃空区进行自动化地同步充填，提高气化炉生产安全性，降低了废弃燃空区给自然和社会带来的后续危害，且实现了地下无人作业。

为达上述优点，本发明提供一种煤炭地下气化系统，用于地下气化目标煤层，所述目标煤层包括燃烧区，所述煤炭地下气化系统包括位于所述目标煤层的底部的底板、位于所述目标煤层的顶部的顶板、第一定向钻、第二定向钻及垂直井；所述第一定向钻贯穿所述顶板及所述目标煤层后，弯折至与所述目标煤层的燃烧区连通；所述垂直井贯穿所述顶板后与所述目标煤层的燃烧区连通；所述第二定向钻贯穿所述顶板后，弯折至与所述目标煤层的燃烧区连通；所述第一定向钻内设有与所述目标煤层的燃烧区连通的进气管道；所述第二定向钻内设有第一充填料输送管道，所述垂直井内设有第二充填料输送管道，且所述第一充填料输送管道和所述第二充填料输送管道均与所述目标煤层的燃烧区连通。

在本发明的一个实施例中，所述的煤炭地下气化系统还包括导轨和移动单元，所述第一定向钻的位于所述目标煤层和所述底板之间的部位设有水平段支护，所述导轨设置在所述水平段支护上；所述移动单元可沿所述导轨滑动地安装于所述导轨；所述第一充填料输送管道面向所述目标煤层的燃烧区的出料端固定于所述移动单元。