[发明专利]面向覆岩含水层下地下气化中隔离煤柱与气化炉宽度设计方法

说明书

一种面向覆岩含水层下地下气化中隔离煤柱与气化炉宽度设计方法，适用于覆岩含水层下地下气化采煤设计。首先根据含水层位置确定防水煤岩柱最大高度；计算拟气化区域的保护层厚度，确定气化区域导水裂隙带发育的限值；建立条带‑面采后退式控制注气地下气化数值模型，确定条采‑面采后退式控制注气地下气化导水裂隙带发育高度和气化炉与隔离煤柱宽度的关系；结合导水裂隙带发育高度和气化炉与隔离煤柱宽度的关系，选定条采‑面采后退式控制注气地下气化的气化炉和隔离煤柱宽度，进而完成覆岩含水层下条采‑面采后退式控制注气地下气化的安全生产设计。其步骤简单，可以在保证上覆含水层稳定及地下气化安全生产的前提下保证最佳的气化生产效益。

技术领域

本发明设计一种地下气化中隔离煤柱与气化炉宽度设计方法，尤其适用于含水层下安全气化采煤时使用的面向覆岩含水层下地下气化中隔离煤柱与气化炉宽度设计方法。

技术背景

发展煤炭地下气化不仅是环境保护的需要也是煤炭行业未来发展的重要技术方向之一，同时对于提高我国能源安全保障具有重要的意义。煤炭地下气化的本质不是将煤炭采出，而是将煤炭中所蕴含的能量提取出来。1868年德国科学家Sir William基于这种理念首次提出了将煤炭在原地进行地下气化的设想。此后，苏联、美国、澳大利亚等多个国家对煤炭地下气化工艺进行了研究。但该阶段气化工艺存在气化钻孔多、气化炉成本高及对地质水文要求高等缺点。直到1976年，美国劳伦斯利佛莫尔国家实验室提出了一种名为受控注入点后退气化工艺(简称CRIP)，该工艺属于无井式地下气化工艺，极大的促进了煤炭地下气化的发展。我国煤炭地下气化研究起步较晚，直到上个世纪80年代末，才开始煤炭地下气化实验；并利用现有煤矿的废弃煤巷，研发了“长通道、大断面、两阶段”的有井式地下气化工艺。此后，我国的煤炭地下气化发展迅速，特别是2011～2014年，新奥气化采煤技术有限公司、中国矿业大学承担完成了国家高技术研究发展计划(863计划)项目“煤炭地下气化产业化关键技术”研究与工业性试验，提出了条采-面采后退式控制注气地下气化工艺，使我国在无井式煤炭地下气化工艺取得了重要进展。

为了确保地下气化工业性实验的成功，试验区规模相对较小、气化面间隔离煤柱相对较大，试验中较好地保证了气化炉和燃空区围岩的稳定性，没有导致明显的岩层破断及其与含水层的水力联系。但是随着推广应用和气化规模扩大，燃空区覆岩裂隙导致地下水侵入气化炉将成为制约该项技术推广应用的核心瓶颈问题。特别是随着燃空区的扩展，气化通道顶板悬露面积不断增大，在气化炉高温热应力和上覆岩层的重力作用下可能发生破断。当裂隙发育至含水层时，将会造成地下水体污染和地下水侵入气化炉，降低气化效率甚至造成气化炉报废；当裂隙发育至地表时，还将会造成气化有毒气体涌出污染矿区大气环境。因此，如何合理设计条采-面采后退式控制注气地下气化中气化炉与隔离煤柱宽度控制导水裂隙发育和保护覆岩含水层是该工艺推广应用面临的瓶颈难题之一。