[发明专利]强化煤炭地下气化化学反应的煤层超前压裂C形炉方法

说明书

一种强化煤炭地下气化化学反应的煤层超前压裂C形炉方法，包括：在煤层中钻进沿倾向方向的多个水力致裂钻孔，并于孔中安装致裂钻孔保护套管；向致裂钻孔中注入高压水进行煤层水力致裂；在煤层和直接底的交界面沿走向方向布置一排注气钻孔，在注气钻孔中安装注气套管，在煤层和直接顶的交界面沿走向方向布置一排排气钻孔，在排气钻孔中安装排气套管；在气化炉区域外的一侧安装分别用于驱动后退式排气管和后退式注气管的软管卷筒A和软管卷筒B；将后退式排气管、注气管分别安装于排气套管、注气套管中。该方法能使气化热效率更高，有利于在气化炉内形成孔裂隙，有利于煤层垮落，能强化化学反应，有利于气化产量和煤气质量的提高。

技术领域

本发明涉及煤矿地下气化技术领域，具体涉及一种强化煤炭地下气化化学反应的煤层超前压裂C形炉方法。

背景技术

传统煤炭地下气化因为没有好的强化化学反应的手段，导致气化产量较低，产气质量较差。

由于传统煤炭地下气化过程在煤层中产生的裂隙较少，在缓倾斜煤层或者倾角比较小的倾斜煤层中进行地下气化时，不易使煤层垮落而使垮落的煤块向气化通道内填充，导致气化是在地应力作用下的孔裂隙非常小的密实板结煤层中进行。对处于原位应力状态的煤层来说，由于受到水平和竖向压应力的作用，其变形受到限制，使煤层中的孔裂隙在外加压力和位移受限的作用下被迫闭合，煤层的孔隙率、比表面积等参数比地面气化小得多。因此，地下气化的化学反应的速率非常低，动力学条件非常差，气化产量也非常低。与地面气化的任何一种气化方法甚至是固定床气化相比，现有地下气化技术的化学反应速率都要低几个数量级。地下气化是在原位应力作用下发生的这一事实对于提高气化产量来说是一个很大的限制。然而我国缓倾斜（倾角小于25°）、倾斜（倾角为25°~ 45°）和急倾斜（倾角大于45°）煤层储量所占比例分别为86.3%、10.1%和3.6%。这种赋存条件不利于煤层垮落而强化化学反应，对地下气化的开展产生了严重的制约。

在现有技术中，有人提出了温控爆破的方法，期望在煤层中引爆一定的爆炸装置从而对煤层进行松动，但是这种方法对可靠性要求很高，并且对气化通道及装置的稳定产生影响。产生的裂隙在地应力作用下容易闭合。无井式地下气化采用高压气化方法来强化化学反应，但是高压气化使还原反应的平衡向着不利于生成可燃组分的方向移动，从而降低煤气质量。其次，高压气化在不充分的煤层比表面积条件下，压入的氧气可能不充分反应，导致煤气里的氧气含量超高，对后续的安全生产和煤气处理产生不利影响。最后，气化炉压力过高可能导致煤气通过裂隙进入含水层从而对地下水产生污染。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种强化煤炭地下气化化学反应的煤层超前压裂C形炉方法，该方法能使气化热效率更高，有利于在气化炉内形成孔裂隙，有利于煤层垮落，从而强化化学反应，有利于气化产量和煤气质量的提高，对水平、缓倾斜煤层以及高瓦斯煤层尤其适用。

本发明提供了一种强化煤炭地下气化化学反应的煤层超前压裂C形炉方法，包括以下步骤：

步骤一：在气化炉区域内的直接顶和直接底之间的煤层中钻进沿倾向方向的多个水力致裂钻孔，并在多个水力致裂钻孔中逐一安装致裂钻孔保护套管以支撑水力致裂钻孔；

步骤二：向水力致裂钻孔中注入高压水进行煤层水力致裂，使煤层中形成大量的水力致裂裂隙；

步骤三：在煤层和直接底的交界面沿走向方向布置一排注气钻孔，在注气钻孔中逐一安装注气套管，在煤层和直接顶的交界面沿走向方向布置一排排气钻孔，在排气钻孔中逐一安装排气套管；所述注气套管的上部沿其长度方向钻有与其内腔连通的大量气化剂喷孔；所述排气套管的下部沿其长度方向钻有与其内腔连通的大量排气眼；