[发明专利]地下热-气联产气化设备、煤田火区前沿治理系统和方法

说明书

本发明公开了一种地下热‑气联产气化设备、煤田火区前沿治理系统和方法，包括设在火区边界的钻孔，钻孔中安装热提取装置以及液态二氧化碳致裂增透装置和液化气点火引燃装置，气化液氧输送套管和气体收集套管与液态二氧化碳输送隔热套管并列置入环形超长重力热管中，同时还包括对各种套管固定和起封闭作用的固定支架板，集成了钻孔组合套管。在火区边缘向煤层中钻孔并致裂，通过地下热‑气联产气化设备可以实现对钻孔内壁一定范围煤层的气化，以及气化过程中的热能利用和气化产物的收集；最终形成了火区前沿隔断区域，阻断煤火的发展，对治理和规划利用大面积煤田火区起着重要的作用，具有广阔的应用前景，可以为国家能源开采带来巨大的经济效益。

技术领域

本发明涉及一种地下热-气联产气化设备、煤田火区前沿治理系统和方法，属于煤炭火区治理与气化领域。

背景技术

煤炭是人类发展过程中不可或缺的能源，其燃烧产生的热能推动着整个人类的进步和发展。但是，它不受控制的燃烧也带来了很大难题。世界上现存最古老的煤火是澳大利亚的Burning Mountain火区，相关学者认为它已经燃烧了6000多年。在我国，煤田火灾也普遍存在，其中属新疆火区最为严重。根据新疆煤田灭火工程局第四次火区普查显示，新疆煤田火区总面积可达701.4万平方米，每年烧损煤炭资源471.5万吨。

目前，煤炭依然在我国能源体系中占据着重要的位置，煤田火区的大面积燃烧不仅给国家乃至世界资源带来了巨大损失，而且还会对大气环境造成很大的破坏，对人民所造成的经济、财产以及健康损失更是难以估计。一般性的灭火措施如注黄泥、注液氮，甚至注三相泡沫对于大面积火区治理而言都只是杯水车薪、效果很不理想，对于大面积的煤田火灾的治理迫切需要更为行之有效的治理方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种地下热-气联产气化设备、煤田火区前沿治理系统和方法，能够控制煤田火区大面积的燃烧、阻断火区进一步发展，且能够实现对地下煤火燃烧资源的清洁化可控利用，可以减少煤炭资源的浪费和对生态环境的破坏。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种地下热-气联产气化设备，包括设在火区边界的钻孔，所述钻孔穿过岩层且钻孔孔底延伸至煤层的底板，钻孔中安装有热提取装置，所述热提取装置包括置入钻孔中的环形超长重力热管，所述环形超长重力热管的中空管壁中填充有换热工质，环形超长重力热管由下至上分为吸热段和绝热段，且环形超长重力热管露出钻孔口的中空管壁通过蒸汽输送管连接至一换热利用系统的入口，换热利用系统的出口通过冷凝工质输送管与环形超长重力热管吸热段的中空管壁连通；

所述环形超长重力热管中设有液态二氧化碳致裂增透装置和液化气点火引燃装置，所述液态二氧化碳致裂增透装置包括液态二氧化碳输送隔热套管，液化气点火引燃装置包括点火丝、液化气输送套管和点火液氧输送套管，所述液态二氧化碳输送隔热套管、点火丝、液化气输送套管和点火液氧输送套管与环形超长重力热管的延伸方向一致且各套管、点火丝伸入钻孔一端与钻孔孔底之间的距离小于环形超长重力热管伸入钻孔一端与钻孔孔底之间的距离，所述液态二氧化碳输送隔热套管露出钻孔的一端外接至液态二氧化碳供给系统，点火丝、液化气输送套管和点火液氧输送套管露出钻孔的一端外接至点火供气系统；

一气化液氧输送套管和一气体收集套管与液态二氧化碳输送隔热套管并列置入环形超长重力热管中，且气化液氧输送套管、气体收集套管伸入钻孔一端与钻孔孔底之间的距离小于环形超长重力热管伸入钻孔一端与钻孔孔底之间的距离，气化液氧输送套管和气体收集套管露出钻孔的一端分别外接至一供气装置和产气收集装置。

进一步的，所述气体收集套管伸入钻孔的末端设有大分子分离膜。大分子分离膜由纳米材料制造而成，物质的透过依靠膜两边的浓度压力差，直径大于等于二氧化碳的物质不能通过，小分子才能通过，从而将大分子烃类和二氧化碳阻隔在了气化区域，使得大分子烃类物质在钻孔内持续分解为有益小分子烃类，二氧化碳与煤持续发生反应生产有益的一氧化碳，加速了气化过程，并保证气体产物中绝大部分为H₂和CO。