[發(fā)明專利]一種地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)及其構(gòu)造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011496551.3
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112483063B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧霖駿;申艷軍;王雙明;袁江強;白志鵬;郝建帥;彭程
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295;E21B43/24;E21B43/243
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 胡東東

1.一種地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)，其特征在于：包括預(yù)控分系統(tǒng)、加熱分系統(tǒng)和集氣分系統(tǒng)；

所述預(yù)控分系統(tǒng)通過阻燃劑，將整個待加熱煤炭層進行網(wǎng)格劃分形成獨立的單位加熱區(qū)域；所述預(yù)控分系統(tǒng)設(shè)置在待加熱煤炭層的上方，所述預(yù)控分系統(tǒng)包括設(shè)置在網(wǎng)格交叉點上的若干注液豎井(13)，每個所述注液豎井(13)與水平注液通道(14)連通，兩個對稱的注液通道(14)合圍構(gòu)成獨立的四邊形加熱區(qū)域，每個所述注液通道(14)內(nèi)與煤炭層連通；

所述加熱分系統(tǒng)包括數(shù)口加熱井，每口所述加熱井由加熱豎井(1)、加熱巷道(2)和設(shè)置在煤炭層下方下墊板巖層中的燃燒室(3)組成，所述加熱豎井(1)與地面供氣裝置連接，所述加熱豎井(1)與加熱巷道(2)連通，所述加熱巷道(2)的末端連通燃燒室(3)，所述燃燒室(3)與加熱豎井(1)連通，所述燃燒室內(nèi)設(shè)置有燃燒加熱裝置；

所述集氣分系統(tǒng)包括進氣豎井(7)、回氣豎井(8)和集氣巷道，所述集氣巷道連通進氣豎井(7)和回氣豎井(8)，所述集氣巷道設(shè)置在待加熱煤炭層的上方，所述集氣巷道內(nèi)設(shè)置有若干與待加熱煤炭層連通的孔；所述進氣豎井(7)與地面送氣裝置連接，所述回氣豎井(8)與地面收集裝置連接；

還包括監(jiān)測分系統(tǒng)，所述監(jiān)測分系統(tǒng)包括分別設(shè)置在煤炭層頂面、底面以及巖層1/2高度處的熱電偶；在煤炭層下方的下墊板巖層頂面、底面及巖層1/2高度位置設(shè)置高溫應(yīng)力傳感器；所述集氣巷道中布設(shè)若干可燃氣體探測器，所述回氣豎井(8)地面出氣口處設(shè)置有可燃氣體探測儀和煤氣熱值分析儀；所述熱電偶、高溫應(yīng)力傳感器、可燃氣體探測器和煤氣熱值分析儀均與地面控制中心連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)，其特征在于：所述集氣巷道與煤炭層頂部的距離為2～5m，所述注液通道(14)與煤炭層頂部的距離小于1m。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)，其特征在于：所述燃燒加熱裝置包括燃燒室內(nèi)設(shè)置的等離子體燃燒器(4)，所述等離子體燃燒器(4)的末端與導(dǎo)燃筒(5)固定連接，所述導(dǎo)燃筒(5)的上端面設(shè)置若干個噴火口(6)，所述導(dǎo)燃筒(5)的材料為耐高溫材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)，其特征在于：所述加熱井的數(shù)量為四口，四口所述加熱井合圍構(gòu)成四邊形。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)，其特征在于：所述集氣巷道由一條集氣主巷道(9)和若干條集氣支巷道(10)組成，所述集氣支巷道(10)分布在集氣主巷道(9)的兩側(cè)、并偏向于進氣豎井(7)方向；所述集氣支巷道(10)內(nèi)設(shè)置有若干與待加熱煤炭層連通的孔。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)，其特征在于：所述集氣支巷道(10)均勻、等間距分布在集氣主巷道(9)的兩側(cè)，所述集氣支巷道(10)的長度為15～18m，每兩個集氣支巷道(10)之間的距離為15～30m；所述集氣主巷道(9)和集氣支巷道(10)設(shè)置有若干集氣泵(11)，所述集氣泵(11)設(shè)置在與待加熱煤炭層連通的孔處，所述集氣泵(11)的吸氣口與集氣導(dǎo)管(12)連通，所述集氣導(dǎo)管(12)設(shè)置在與待加熱煤炭層連通的孔處、傾斜伸入至待加熱煤炭層內(nèi)，所述集氣導(dǎo)管(12)與煤炭層之間的夾角小于45°。

7.一種地下隔層式煤炭原位氣化開采系統(tǒng)的構(gòu)造方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)構(gòu)建集氣分系統(tǒng)；鉆進一個進氣豎井(7)，待鉆進到所在煤炭層上方2～5m時，退出鉆進設(shè)備并對進氣豎井進行加固；從進氣豎井(7)的底部沿煤炭層的分布方向進行水平集氣系統(tǒng)定向鉆進作業(yè)，先鉆進一個集氣主巷道；且沿集氣主巷道兩側(cè)每隔15～30m分別鉆進兩個集氣支巷道，每個集氣支巷道長15～18m；集氣主巷道與集氣支巷道的截面寬、高尺寸均為2～3m；在集氣主巷道(9)和集氣支巷道(10)中均每隔5～6m安設(shè)一個集氣泵(11)，在集氣支巷道(10)上靠近集氣主巷道(9)一端，設(shè)置一臺防爆旋渦式鼓風(fēng)機，同時在集氣泵正下方鉆孔通入煤炭層中形成集氣導(dǎo)管(12)，集氣導(dǎo)管(12)與煤炭層夾角為30°；鉆進一個回氣豎井(8)，使其與水平集氣系統(tǒng)貫通，對回氣豎井(8)進行加固；

2)構(gòu)建加熱分系統(tǒng)；由地面向下鉆進四個加熱豎井(1)，待鉆進到煤炭層下方的下墊板巖層內(nèi)后，退出鉆進設(shè)備并對加熱豎井(1)進行加固；對每個加熱豎井(1)均水平定向鉆進一個加熱巷道(2)；在加熱巷道(2)末端進行二次擴孔形成燃燒室(3)；在燃燒室(3)內(nèi)安裝燃燒加熱裝置；

3)構(gòu)建預(yù)控分系統(tǒng)；鉆進兩個注液豎井(13)，待鉆進到距離煤炭層上方小于1m時，退出鉆進設(shè)備并對注液豎井(13)進行加固；從每個注液豎井(13)的底部、沿煤炭層的分布方向鉆進一個注液通道(14)，注液通道(14)彎折形成直角邊，兩直角邊的注液通道(14)合圍構(gòu)成120m*60m的四邊形預(yù)控單元；向每一條注液通道(14)內(nèi)通入化學(xué)阻燃劑，化學(xué)阻燃劑從水平注液通道向下方臨近煤層自然滲透，進而潤濕煤壁、形成耐高溫的潤濕煤壁；

4)構(gòu)建監(jiān)測分系統(tǒng)；在回氣豎井(8)的地面出氣口位置布置可燃氣體探測儀和煤氣熱值分析儀；在集氣主巷道(9)和集氣支巷道(10)內(nèi)、沿煤氣易泄露處布置若干可燃氣體探測器；在煤炭層頂面、底面以及巖層1/2高度處設(shè)置熱電偶；在煤炭層下方的下墊板巖層頂面、底面及巖層1/2高度位置設(shè)置高溫應(yīng)力傳感器。