地下氣化通道的上方地層的處理方法及地下氣化建爐方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種地下氣化通道的上方地層的處理方法和一種地下氣化建爐方法。上述處理方法包括：在地下氣化通道的上方的巖層中和/或巖層上方的含水層中建立通道；當(dāng)巖層中建立有通道時向通道中注入加固劑，以使加固劑在通道和其周圍巖層中凝固；當(dāng)含水層中建立有通道時向通道中注入膨脹材料，以使膨脹材料吸收通道周圍含水層中的含水。地下氣化建爐方法包括：按照上述處理方法加固巖層和/或吸收含水層含水；建立進(jìn)氣井、水平通道和出氣井，其中，水平通道位于已加固的巖層或已減少其中含水的含水層下方的煤層中。其可在地下氣化過程中保證氣化通道上方的巖層堅固和/或防止含水層含水進(jìn)入到燃燒區(qū)，進(jìn)而提高地下氣化爐的使用壽命。
【專利說明】地下氣化通道的上方地層的處理方法及地下氣化建爐方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種地下氣化通道的上方地層的處理方法以及一種地下氣化建爐方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 地下氣化過程是一種全新的采煤方法，與傳統(tǒng)的物理采煤法有著根本的區(qū)別，地 下氣化是一種化學(xué)采煤法，即將埋藏在地下的煤炭就地進(jìn)行有控制的燃燒，通過對煤的熱 作用與化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)可燃?xì)怏w輸送出來。然而在氣化過程中，隨著燃空區(qū)的逐漸增大，巖層 承受的壓力不斷加大，一旦巖層塌陷，弱含水層中的水就會進(jìn)入到地下氣化爐中，使得氣化 爐的溫度降低，甚至?xí)缁鹧?，造成地下氣化的失敗?br> [0003] 專利200910307130. 9中提到一種巖層支撐柱預(yù)留的方法，主要是向煤層的一段 中注入水泥漿等混凝材料，然后再氣化，這種方法操作簡單，但預(yù)留在煤層中的水泥漿柱會 影響氣化效果，使整個氣化爐在氣化過程中難以統(tǒng)一控制和調(diào)控。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種地下氣化通道的上方地層的處理方法以及一種地下 氣化建爐方法，其可在地下氣化過程中保證氣化通道上方的巖層堅固和/或防止含水層含 水進(jìn)入到燃燒區(qū)，進(jìn)而提高地下氣化爐的使用壽命。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種地下氣化通道的上方地層的處理方法， 包括如下步驟：步驟1，在地下氣化通道的上方的巖層中和/或巖層上方的含水層中建立通 道；步驟2,當(dāng)巖層中建立有通道時向通道中注入加固劑，以使加固劑在通道和其周圍巖層 中凝固；當(dāng)含水層中建立有通道時向通道中注入膨脹材料，以使膨脹材料吸收通道周圍含 水層中的含水。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟2中：注入是加壓注入，加壓注入執(zhí)行完畢后密封通道。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，通道包括主道和至少一個由主道延伸出的支道，每個支道與主道連 通。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，支道的延伸方向與主道的第一端指向第二端的方向呈銳角或直角。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，支道與主道的夾角的范圍位于30-60°中。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，通道包括至少兩個支道，且位于主道的相反兩側(cè)的支道相互錯開。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，步驟1執(zhí)行為如下依次步驟：由地面向巖層和/或含水層中鉆定向鉆 井，定向鉆井的水平段構(gòu)成主道；由主道的內(nèi)壁向周圍巖層或含水層中鉆進(jìn)以形成支道，其 中巖層中的通道的支道在巖層中，含水層中的通道的支道在含水層中；在步驟2中：以定向 鉆井的地面上的井口作為注入的注入口。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，加固劑為水泥漿或遇水膨脹材料。
[0013] 另一方面提供一種地下氣化建爐方法，包括：步驟a，按照上述任一項的方法加固 巖層和/或吸收含水層含水；以及步驟b，建立進(jìn)氣井、水平通道和出氣井，其中，水平通道 位于步驟a中已加固的巖層或已減少其中含水的含水層下方的煤層中。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟a按照權(quán)利要求3方法執(zhí)行的情況下：在步驟a之前，確定在 煤層中設(shè)置的水平通道的軸向方向；在步驟a中建立的通道的主道的軸線與軸向方向夾角 60-90。。
[0015] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：
[0016] 本發(fā)明的地下氣化通道的上方地層的處理方法，通過在巖層中建立通道并向通道 中注入加固劑，使得加固劑滲入到通道周圍的巖層的縫隙中，由此待加固劑在通道和通道 周圍的巖層中凝固后，便起到了對巖層加固的作用，從而減低了巖層的坍塌率。和/或通過 在含水層中建立通道以及向通道中注入膨脹材料，使得膨脹材料在通道中吸收通道周圍含 水層中的含水，由此減少了含水層中的含水，以防止含水層中含水進(jìn)入到地下氣化通道中。 進(jìn)而，無論是在巖層中建立通道并注入加固劑，還是在含水層中建立通道并注入膨脹材料， 或者在巖層中和含水層中均建立通道并向巖層中的通道中注入水泥且向含水層中的通道 中注入膨脹材料，均可以保證開采順利進(jìn)行，并在此基礎(chǔ)上提高地下氣化爐的使用壽命。
[0017] 本發(fā)明的地下氣化建爐方法，具有與地下氣化通道的上方地層的處理方法相同的 步驟，即通過在巖層中和/或含水層中建立通道并相應(yīng)地向通道中注入加固劑或膨脹材 料，以達(dá)到加固巖層和/或減少含水層含水的作用。并建立進(jìn)氣井、水平通道和出氣井，且 水平通道位于已增加強(qiáng)度的巖層或含水層的下方煤層中。由此，提高了該地下氣化爐的使 用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是使用本發(fā)明的地下氣化通道的上方地層的處理方法和使用該處理方法進(jìn) 行的地下氣化建爐方法的一個實施例的地層的示意圖；
[0019] 圖2是圖1所示出的地層的俯視示意圖；
[0020] 圖3是使用本發(fā)明的地下氣化通道的上方地層的處理方法和使用該處理方法進(jìn) 行的地下氣化建爐方法的另一個實施例的地層的示意圖；
[0021] 圖4是圖3所示出的地層的俯視示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 如下參照附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0023] 如圖1和圖3示出的，在本發(fā)明的兩個實施例中，地層包括待開采地層（例如煤層 7或油頁巖層等可經(jīng)氣化等工藝開采出相應(yīng)的合成氣/油的地層）、以及位于待開采地層上 方的地層。進(jìn)一步參照圖1和圖3,在下述兩個實施例中，待開采地層為煤層7,即地下氣化 通道所在的地層為煤層7,故在該煤層7中，由地下氣化通道向兩側(cè)煤層7進(jìn)行煤炭地下氣 化工藝，即地下氣化通道為煤層7地下氣化通道。位于待開采地層（煤層7)上方的地層即 為煤層7頂板，通常由泥巖、頁層、粉砂巖、粉砂泥巖等組成。其中，在頂板層中，較疏松的部 分頂板層構(gòu)成了疏松巖層，即本發(fā)明中的巖層，而含水的部分頂板層構(gòu)成了弱含水層，即本 發(fā)明中的含水層。換言之，在下述兩個實施例中，地層由地面向下依次包括含水層1、巖層8 和煤層7,地下氣化通道位于煤層7中，煤層7的正上方為巖層8,巖層8的正上方為含水層 1，即該巖層8和該含水層1位于地下氣化通道的正上方地層中。當(dāng)然，在其他可選的實施 例中，地下氣化通道所在的地層可以是油頁巖層等其他地層，只要滿足對該地層上的巖層 加固或減少含水層含水以保證在該地層中的進(jìn)行的開采工藝即可。可理解，加固巖層的目 的為防止巖層坍塌，故該巖層可以為諸如煤層7或油頁巖層上方的疏松巖層、或者類似疏 松巖層而因具有坍塌可能性而需要加固的其他巖層。減少含水層含水的目的是為了防止含 水層中的含水在待開采地層進(jìn)行開采工藝的過程中滲漏至待開采地層中，故該含水層可以 為諸如煤層7或油頁巖層上方的弱含水層、或者類似弱含水層而因具有含水而需要防止其 漏水的其他含水層。
[0024] 繼續(xù)參照圖1和圖3,本發(fā)明的地下氣化通道的上方地層的處理方法的兩個實施 例，均包括如下步驟：步驟1，在地下氣化通道的上方的巖層8中和/或巖層8上方的含水 層1中建立通道2 ;步驟2,當(dāng)巖層8中建立有通道2時向通道2中注入加固劑，以使加固劑 在通道2和其周圍巖層中凝固；當(dāng)含水層1中建立有通道2時向通道2中注入膨脹材料，以 使膨脹材料吸收通道2周圍含水層中的含水。
[0025] 上述地下氣化通道的上方地層的處理方法，通過在巖層8中建立通道2并向通道2 中注入加固劑，使得加固劑滲入到通道2周圍的巖層8的縫隙中，由此待加固劑在通道2和 通道2周圍的巖層8中凝固后，便起到了對巖層8加固的作用，從而減低了巖層的坍塌率。 和/或通過在含水層1中建立通道2以及向通道2中注入膨脹材料，使得膨脹材料在通道 2中吸收通道2周圍含水層1中的含水，由此減少了含水層1中的含水，以防止含水層1中 含水進(jìn)入到地下氣化通道中。進(jìn)而，無論是在巖層8中建立通道2并注入加固劑，還是在含 水層1中建立通道2并注入膨脹材料，或者在巖層8中和含水層1中均建立通道2并向巖 層8中的通道2中注入水泥且向含水層8中的通道中注入膨脹材料，均可以保證以氣化通 道展開的在煤層7中的地下煤炭氣化的順利進(jìn)行，并在此基礎(chǔ)上提高地下氣化爐的使用壽 命。
[0026] 進(jìn)一步參照圖1和圖3,本發(fā)明的地下氣化建爐方法的一個實施例，包括：步驟a， 按照上述方法加固巖層和/或吸收含水層含水。以及步驟b，建立進(jìn)氣井、水平通道6和出 氣井，其中，水平通道位于上述步驟a中已加固的巖層8或已減少其中含水的含水層1下方 的煤層7中。
[0027] 本發(fā)明的地下氣化建爐方法，具有與地下氣化通道的上方地層的處理方法相同的 步驟，即通過在巖層8中和/或含水層1中建立通道2并相應(yīng)地向通道2中注入加固劑或 膨脹材料，以達(dá)到加固巖層8和/或減少含水層1含水的作用。并建立進(jìn)氣井、水平通道6 和出氣井，且水平通道6位于已增加強(qiáng)度的巖層8或含水層1的下方煤層7中。由此，提高 了該地下氣化爐的使用壽命。
[0028] 下面分別詳述圖1和圖3所示出的兩個實施例。
[0029] 參照圖1，在本發(fā)明地下氣化通道的上方地層的處理方法的第一個實施例中，步驟 1執(zhí)行為如下依次步驟。
[0030] 首先，通過定向鉆井設(shè)備，由地面向含水層1中鉆定向鉆井5,定向鉆井5的水平段 構(gòu)成主道3。
[0031] 然后，通過上述鉆井設(shè)備由主道3的內(nèi)壁向周圍含水層1中鉆進(jìn)以形成至少一個 支道4,在完成主道3和支道4的構(gòu)建后，移出鉆井設(shè)備。其中，由含水層1中的主道3的內(nèi) 壁向含水層1中鉆進(jìn)形成的支道在含水層1中。換言之，至少一個支道4是由主道3向著 主道3所在的地層（在本實施例中為含水層1)中延伸出的，并且每個支道與主道3連通。 其中，本發(fā)明采用的用于構(gòu)建主道和支道的鉆井設(shè)備為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的設(shè)備，在此 不贅述。
[0032] 至此，上述主道3和上述至少一個支道4構(gòu)成通道2,即在地下氣化通道的上方的 含水層1中建立了通道2。
[0033] 進(jìn)一步參照圖2,在本實施例中，通道2包括至少兩個支道4。其中，所有支道4等 數(shù)量地布置在主道3的兩側(cè)，換言之，以主道3的軸線為基準(zhǔn)，位于主道3的一側(cè)的支道4 的數(shù)量等于位于主道3的另一側(cè)的支道4的數(shù)量。如圖2中示出，本實施例中具有6個支 道4,以在圖2中所示出的俯視時的定向，在主道3的上側(cè)和下側(cè)分別具有3個支道4。此 夕卜，位于主道3的同一側(cè)的支道4相互平行并且等間距布置，即同樣以在圖2中所示出的俯 視時的定向，位于主道3的上側(cè)的所有支道4中相鄰的支道4等間距布置，位于主道3的下 側(cè)的所有支道4中相鄰的支道4等間距布置。可選地，位于主道3的上側(cè)的所有支道4中 相鄰的支道4的間距等于位于主道3的下側(cè)的所有支道4中相鄰的支道4的間距。另外， 位于主道3的相反兩側(cè)的支道4相互錯開，即以在圖2中所示出的俯視時的定向，位于主道 3的上側(cè)的所有支道4構(gòu)成第一列支道4,位于主道3的下側(cè)的所有支道4構(gòu)成第二列支道 4,上述第一列支道4與上述第二列支道4相互錯開。換言之，所有支道4均是彼此錯開而 不對齊的。由此，形成了具有分支結(jié)構(gòu)的通道，其可以靈活的覆蓋較長的水平通道，而且可 以同時覆蓋多條水平通道。由此，可對多條通道周圍的煤層7同時氣化，進(jìn)而提高了氣化效 率。
[0034] 進(jìn)一步，針對所有支道4中的每個支道4,支道4的延伸方向均與主道3的第一端 指向第二端的方向呈銳角或直角。具體而言，支道4的延伸方向為其與主道3相連接的一 端指向另一端的方向。而第一端和第二端分別為主道3的兩個相對端。在下述步驟2中注 入膨脹材料時，膨脹材料由主道3的第一端流向第二端，并且經(jīng)由支道4的與主道3連接的 一端沿上述延伸方向流入支道4中。由此，可保證膨脹材料能夠在主道3和支道4中良好 地、快速地流動。優(yōu)選地，每個支道4與主道3的夾角均相同，并且位于范圍位于30-60° 中，而在該范圍內(nèi)，含水層1的滲透系數(shù)決定了每個支道4與主道3的夾角的取值。該滲透 系數(shù)越大，支道4與主道3的夾角的取值越大。在本實施例中，滲透系數(shù)為1.504*l(T 3cm/ min，每個支道4與主道3的夾角等于60°。
[0035] 在執(zhí)行完步驟1后，即通道2建立完畢后，執(zhí)行如下步驟2。
[0036] 首先，由定向鉆井5位于地面上的井口加壓注入膨脹材料，即以定向鉆井5的地面 上的井口作為注入膨脹材料的注入口。膨脹材料由井口注入定向鉆井后，流到定向鉆井的 水平段（即主道3)的第一端，然后進(jìn)入主道3朝向主道3的第二端流動。在由第一端流動 到第二端的過程中，部分膨脹材料流進(jìn)支道4。由此，膨脹材料注入到通道2中。以上為在 本實施例中，在含水層1中建立有通道2,并向該建立在含水層1中的通道2中注入膨脹材 料。其中，以位于4-6MPa的范圍內(nèi)的壓力加壓注入膨脹材料。然后，密封通道2。在本實施 例中，通過密封水平鉆井的井口而將通道2與外界環(huán)境相隔離。由于本實施例采用的是加 壓注入，故為防止加壓的膨脹材料會由通道2中溢出而將通道2密封。當(dāng)然，在其他可選的 實施例中，根據(jù)實際條件，可不執(zhí)行將通道2密封的操作。在本實施例中，等待2周左右，膨 脹材料可完成對于其周圍含水層的含水的吸收。當(dāng)然，根據(jù)不同的膨脹材料，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可實際調(diào)整等待時間。
[0037] 由此，注入到通道2的膨脹材料吸收通道2周圍含水層中的含水?？蛇x地，膨脹材 料可以為膨脹水泥，該膨脹水泥為在水化和硬化過程中產(chǎn)生體積膨脹的水泥。進(jìn)一步優(yōu)選 地，上述膨脹水泥有明礬石膨脹水泥、硅酸鹽膨脹水泥和石膏礬土膨脹水泥。
[0038] 此外，圖1和圖2中僅示出了一個通道2,當(dāng)然，在其他實施例中，可設(shè)置多個通道 2。通道2的數(shù)量和主道3與支道4的長度是根據(jù)二者夾角以及地下氣化設(shè)計采寬確定的， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際的需要，使得主道和支道中注入膨脹材料后的吸水范圍等于會 向地下氣化通道漏水的含水層的范圍即可。
[0039] 可選地，在執(zhí)行如下步驟1之前，對地層進(jìn)行勘測，主要勘測含水層的含水率和承 壓水頭的大小。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)含水率的大小確定是否需要設(shè)置支道，例如，當(dāng)含水 率大于6*l(T 6Cm/min時，需要設(shè)置支道。此外，根據(jù)承壓水頭的大小確定加壓注入時的壓力 大小。例如，在本實施例中，承壓水頭壓力為3PMa，膨脹材料的注入壓力應(yīng)至少大于3MPa， 故設(shè)定上述4-6MPa的壓力范圍?？蛇x地，勘測地層的巖性以確定是否為含水層。進(jìn)一步參 照圖1和圖2,在地層中執(zhí)行地下氣化建爐方法的第一個實施例。
[0040] 首先，確定在煤層7中設(shè)置的水平通道6的軸向方向?？蛇x地，對煤層7進(jìn)行勘測， 找出煤層7裂隙方向，以該裂隙方向作為水平通道6的軸向方向。即，確定當(dāng)前需要開采的 (進(jìn)行氣化）的煤層7的區(qū)域、以及能夠?qū)崿F(xiàn)氣化該區(qū)域的地下氣化通道的軸向方向，其中， 地下氣化通道至少包括水平通道6,如下將會詳細(xì)論述。
[0041] 然后，按照上述地下氣化通道的上方地層的處理方法吸收含水層1中的含水 (即執(zhí)行步驟a)。其中，建立的通道2的主道3的軸線與地下氣化通道的軸向方向夾角 60-90°。并且以在圖2中所示出的俯視時的定向，水平通道6由下側(cè)端指向上側(cè)端的方向 與由主道3的第一端指向第二端的方向的夾角為銳角，換言之，由下側(cè)指向上側(cè)的方向，水 平通道6朝向主道的第二端傾斜。當(dāng)然，該傾斜角度，即水平通道6由下側(cè)端指向上側(cè)端的 方向與由主道3的第一端指向第二端的方向的夾角的取值根據(jù)含水層1滲透系數(shù)決定，滲 透系數(shù)大時該夾角取大值，滲透系數(shù)小時夾角取小值。另外，夾角的取值不能太小，若取值 太小，會使含水層1吸水范圍降低，影響地下氣化爐的氣化面積。
[0042] 此外，在本實施例中，預(yù)先確定了每條水平通道6的采寬為20m，故在主道與支道 的夾角為60°時，支道的長度至少為40m才能保證注入到通道中的膨脹材料能夠吸收與燃 空區(qū)相對應(yīng)的含水層中的含水以達(dá)到防止漏水的目的。而考慮到支道的分散性分布，為更 好地保證能夠達(dá)到上述目的，支道的長度為80-120m。根據(jù)上述分析的指導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可根據(jù)實際需要，調(diào)整主道和支道的布置，即使得注入到通道中的膨脹材料能夠吸收與 相對應(yīng)的含水層中的含水。
[0043] 而支道的數(shù)量根據(jù)預(yù)先確定的水平通道6的數(shù)量決定。優(yōu)選地，在圍繞一個水平 通道6上方建立的支道4數(shù)量大于或等于兩條且小于或等于四條。在本實施例中，水平通 道6的長度為150m，共有3條水平通道，每條水平通道周圍設(shè)置2條支道。當(dāng)然，根據(jù)上述 分析的指導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際需要，設(shè)置支道的數(shù)量，即使其能夠覆蓋設(shè)定的煤 層7中的氣化區(qū)
[0044] 之后，執(zhí)行步驟b。建立至少兩個堅直井9,其中，至少兩個堅直井9中的一部分堅 直井9作為進(jìn)氣井，另一部分堅直井9作為出氣井。并且在上述步驟a中已減少其中含水 的含水層1下方的煤層7中建立水平通道6。在本實施例中，如圖1和圖2示出，水平通道 6和堅直井9間隔開，可在進(jìn)行煤層7氣化之前或之中，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的諸如火 力貫通、壓裂等方式將水平通道6與堅直井9連通，由此得到位于煤層7中的、將兩個堅直 井9連通的通道即為地下氣化通道，水平通道6為該地下氣化通道的一部分。而該兩個堅直 井9分別作為進(jìn)氣井和出氣井。當(dāng)然，在其他實施例中，若堅直井9和水平通道6在建立時 就連通，即無需使用其他工藝將二者連通，則水平通道6即為地下氣化通道。綜上可理解， 地下氣化通道至少包括水平通道6。
[0045] 在圖2中示出，一個水平通道6與其周邊的3個堅直井9構(gòu)成一個氣化單元，設(shè)置 在當(dāng)前需要開采（即進(jìn)行氣化）的煤層7中的所有氣化單元構(gòu)成地下氣化爐。當(dāng)然水平通 道6和堅直井9的數(shù)量根據(jù)實際需要而設(shè)定，不局限于本實施例中。
[0046] 可理解，至此，地下氣化建爐方法已將地下氣化爐建立完畢。之后可進(jìn)行煤炭地下 氣化。
[0047] 在地下氣化過程中，隨著地下氣化通道周圍的煤層7的燃燒，形成的燃空區(qū)不斷 擴(kuò)大。在現(xiàn)有技術(shù)的建爐方法所建立的地下氣化爐中，煤層7上方的含水層1由于下方的 壓力降低，部分地下水會滲漏到燃空區(qū)中。而在本實施例中，由于已通過膨脹材料吸收含水 層1中的含水，故可有效地防止含水層1中的含水滲漏到燃空區(qū)中，從而保證了地下氣化爐 的穩(wěn)定、順利的運(yùn)行，進(jìn)而增強(qiáng)了該地下氣化爐的壽命。
[0048] 參照圖3和圖4在本發(fā)明地下氣化通道的上方地層的處理方法的第二個實施例 中，與圖1和圖2示出的實施例相同的部分不再贅述，以下主要描述不同部分。
[0049] 在本實施例中，步驟1執(zhí)行為以下步驟。
[0050] 首先，通過定向鉆井設(shè)備，由地面向巖層8中鉆定向鉆井5,定向鉆井5的水平段構(gòu) 成主道3。
[0051] 然后，通過上述鉆井設(shè)備由主道3的內(nèi)壁向周圍巖層8中鉆進(jìn)以形成至少一個支 道4,在完成主道3和支道4的構(gòu)建后，移出鉆井設(shè)備。由巖層8中的主道3的內(nèi)壁向巖層 8中鉆進(jìn)形成的支道在巖層8中。換言之，至少一個支道4是由主道3向著主道3所在的地 層（在本實施例中為巖層8)中延伸出的。并且每個支道4與主道3連通。
[0052] 至此，上述主道3和上述至少一個支道4構(gòu)成通道2,即在地下氣化通道的上方的 巖層8中建立了通道2。
[0053] 進(jìn)一步參照圖4,在本實施例中，通道2的結(jié)構(gòu)與圖1和圖2所示出的實施例相同。 其中，不同之處在于：
[0054] 第一，向通道2中注入加固劑而非膨脹材料，故在下述步驟2中注入加固劑時，力口 固劑由其第一端流向第二端，并且經(jīng)由支道4的與主道3連接的一端沿上述延伸方向流入 支道4中。
[0055] 第二，該巖層8的滲透系數(shù)為1. 8*l(T4cm/min，每個支道4與主道3的夾角等于 30。。
[0056] 在執(zhí)彳丁完步驟1后，執(zhí)彳丁步驟2。
[0057] 首先，由定向鉆井5位于地面上的井口加壓注入加固劑，即以定向鉆井5的地面上 的井口作為注入加固劑的注入口。加固劑由井口注入定向鉆井后，流到定向鉆井的水平段 (即主道3)的第一端，然后進(jìn)入主道3朝向主道3的第二端流動。在由第一端流動到第二 端的過程中，部分加固劑流進(jìn)支道4。由此，加固劑注入到通道2中。即在本實施例中，在巖 層8中建立有通道2,并向該建立在巖層8中的通道2中注入加固劑。其中，以位于4-6MPa 的范圍內(nèi)的壓力加壓注入加固劑。然后，密封通道2。在本實施例中，在密封通道2后，等待 2周左右，加固劑在通道2和通道2周圍的巖層8中凝固。當(dāng)然，根據(jù)不同種類的加固劑，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可實際調(diào)整等待時間。
[0058] 由此，注入到通道2的加固劑凝固后將巖層8加固。優(yōu)選地，加固劑可為水泥漿或 遇水膨脹材料。更加優(yōu)選地，水泥漿至少包括早強(qiáng)水泥漿、快干水泥漿、高強(qiáng)水泥漿之一。即 水泥漿可是早強(qiáng)水泥漿、快干水泥漿、高強(qiáng)水泥漿或遇水膨脹性混合材料中的一種，或者可 是其中的任意多種的組合。其中，早強(qiáng)水泥漿為在水泥漿中加入早強(qiáng)劑（例如亞硝酸鹽、鉻 酸鹽、三乙醇胺、甲酸鈣、尿素等）的水泥漿，快干水泥漿為在水泥漿中加入快干劑（例如硅 酸鹽、硫鋁酸鹽等）的水泥漿，高強(qiáng)水泥漿為在水泥漿中加入高強(qiáng)劑的水泥漿。進(jìn)一步優(yōu)選 地，水泥楽包括高級水泥、快硬娃酸鹽水泥、特快硬娃酸鹽水泥、高錯水泥、燒筑水泥、硫錯 酸鹽超早強(qiáng)水泥、磷酸鋅膠凝材料。
[0059] 而優(yōu)選地，遇水膨脹材料可為膨脹水泥，該膨脹水泥為在水化和硬化過程中產(chǎn)生 體積膨脹的水泥。進(jìn)一步優(yōu)選地，上述膨脹水泥有明礬石膨脹水泥、硅酸鹽膨脹水泥和石膏 礬土膨脹水泥。
[0060] 可選地，在執(zhí)行如下步驟1之前，對煤層7上方的地層進(jìn)行勘測，主要勘測地層的 巖性和滲透系數(shù)。根據(jù)勘測地層的巖性以確定是否為巖層。
[0061] 進(jìn)一步參照圖3和圖4,在地層中執(zhí)行地下氣化建爐方法的另一個實施例。與圖1 和圖2示出的實施例相同的部分不再贅述，以下主要描述不同部分。
[0062] 執(zhí)行步驟a，按照上述地下氣化通道的上方地層的處理方法加固巖層。
[0063] 其中，在本實施例中，每條水平通道6的采寬為20m，在主道與支道的夾角為30° 時，支道的長度至少為40m才能保證注入加固劑后能夠?qū)θ伎諈^(qū)正上方的巖層進(jìn)行加固以 達(dá)到防止巖層因燃空區(qū)的產(chǎn)生而塌陷的目的。而考慮到支道的分散性分布，為更好地保證 實現(xiàn)上述目的，支道4的長度為150-180m。根據(jù)上述分析的指導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實 際需要，調(diào)整主道和支道的布置，以使得燃空區(qū)上方的巖層被加固以實現(xiàn)上述目的。
[0064] 之后，執(zhí)行步驟b，建立由水平通道6、進(jìn)氣井和出氣井組成的地下氣化爐，不再贅 述。
[0065] 在上述地下氣化建爐建好后，進(jìn)行地下氣化。在現(xiàn)有技術(shù)中的地下氣化爐進(jìn)行地 下氣化過程中，隨著燃空區(qū)地不斷擴(kuò)大，煤層7上方的巖層由于壓力的不均衡造成坍塌，一 方面坍塌的部分會使上方含水層突涌至燃空區(qū)中，另一方面，塌陷也可能會導(dǎo)致地面沉陷， 影響上方的安全。而在本實施例中，由于已加固了巖層，故可有效地防止巖層坍塌，從而保 證了地下氣化爐的穩(wěn)定、順利的運(yùn)行，進(jìn)而增強(qiáng)了該地下氣化爐的壽命，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益。
[0066] 可理解，圖1和圖3所示出的地下氣化通道的上方地層的處理方法以及與其相應(yīng) 的地下氣化建爐方法的兩個實施例，僅示出了本發(fā)明的兩個優(yōu)選地實施方式。本領(lǐng)域技術(shù) 人員也可根據(jù)上述兩個實施例的教導(dǎo)，同時在煤層7上方的巖層8和含水層1建立通道，即 在巖層8中建立通道以加固巖層的同時，在含水層1中建立通道以吸收含水層中的含水，由 此既防止了含水層1向煤層7中漏水，又防止了巖層8的坍塌。進(jìn)而，二者結(jié)合也可以保證 氣化順利進(jìn)行且增加地下氣化爐的壽命，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0067] 綜上，本發(fā)明的地下氣化通道的上方地層的處理方法提供了三種保證氣化順利進(jìn) 行且增加地下氣化爐的壽命的方案。第一種為僅在巖層中建立通道，第二種為僅在含水層 中建立通道，第三種為既在巖層1建立通道2、又在含水層1中建立通道。換言之，即在地下 氣化通道的上方的巖層8中和/或巖層8上方的含水層1中建立通道，"和/或"即包含了 上述三種情況。而根據(jù)上述兩個實施例的詳細(xì)描述可知，在上述第一種情況下，即在巖層8 中建立有通道的情況下，向通道中注入加固劑以使加固劑在通道和其周圍巖層中凝固。在 上述第二種情況下，即在含水層1中建立有通道的情況下，向通道2中注入膨脹材料以使膨 脹材料吸收通道周圍含水層中的含水。而在上述第三種情況下，巖層8中和含水層1中均 建立有通道，此時既為在巖層8中建立有通道2的情況，又為在含水層1中建立有通道的情 況，則既向巖層8中的通道2中注入加固劑以使加固劑在該通道和其周圍巖層8中凝固，又 向含水層1中的通道2中注入膨脹材料以使膨脹材料吸收該通道周圍含水層1中的含水。 [0068] 此外，在上述第一種情況下，即需要在巖層中建立通道以用于加固巖層的情況下， 由地面向巖層8鉆定向鉆井5,定向鉆井5的水平段構(gòu)成主道3,由主道3的內(nèi)壁向周圍巖 層8中鉆進(jìn)以形成位于巖層8中的支道4。在上述第二種情況下，即需要在含水層中建立 通道以用于吸收含水層中的含水的情況下，由地面向含水層1鉆定向鉆井5,定向鉆井5的 水平段構(gòu)成主道3,由主道3的內(nèi)壁向周圍含水層1中鉆進(jìn)以形成位于含水層1中的支道 4。上述第三種情況，既需要在巖層中建立通道以用于加固巖層，又需要在含水層中建立通 道以用于吸收含水層中的含水，則既如第一種情況在巖層中建立通道，又如第二種情況在 含水層中建立通道。綜上，三種情況可概括為"由地面向巖層8和/或含水層1中鉆定向鉆 井5,定向鉆井5的水平段構(gòu)成主道3,由主道3的內(nèi)壁向周圍巖層8或含水層1中鉆進(jìn)以 形成支道4,其中巖層8中的通道的支道在巖層8中，含水層1中的通道的支道在含水層1 中"。
[0069] 另外，本發(fā)明的地下氣化建爐方法相應(yīng)于上述地下氣化通道的上方地層的處理方 法同樣提供了三種保證氣化順利進(jìn)行且增加地下氣化爐的壽命的方案。具體地，在上述第 一種情況下，即僅在巖層中建立通道以加固巖層1的情況下，在該巖層1正下方的煤層7中 建立水平通道。在上述第二種情況下，即僅在含水層中建立通道以減少該含水層中的含水 的情況下，在該含水層8正下方的煤層7中建立水平通道。上述第三種情況，既在巖層中建 立通道以加固巖層1，又在含水層中建立通道以減少該含水層中的含水，由于巖層和含水層 依次位于煤層7的正上方，故在該含水層正下方的煤層7和在該巖層正下方的煤層7中建 立水平通道的效果時相同的，即該水平通道氣化所帶來的燃空區(qū)不會引起巖層塌陷和含水 層漏水。
[0070] 以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種地下氣化通道的上方地層的處理方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，在地下氣化通道的上方的巖層（8)中和/或所述巖層（8)上方的含水層（1)中 建立通道（2); 步驟2,當(dāng)所述巖層（8)中建立有所述通道（2)時向所述通道（2)中注入加固劑，以使 所述加固劑在所述通道（2)和其周圍巖層中凝固； 當(dāng)所述含水層（1)中建立有所述通道（2)時向所述通道（2)中注入膨脹材料，以使所 述膨脹材料吸收所述通道（2)周圍含水層中的含水。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下氣化通道的上方地層的處理方法，其特征在于， 在所述步驟2中：所述注入是加壓注入，所述加壓注入執(zhí)行完畢后密封所述通道（2)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下氣化通道的上方地層的處理方法，其特征在于， 所述通道（2)包括主道（3)和至少一個由所述主道（3)延伸出的支道（4)，每個所述支 道⑷與所述主道⑶連通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的地下氣化通道的上方地層的處理方法，其特征在于， 所述支道（4)的延伸方向與所述主道（3)的第一端指向第二端的方向呈銳角或直角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的地下氣化通道的上方地層的處理方法，其特征在于， 所述支道（4)與所述主道（3)的夾角的范圍位于30-60°中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的地下氣化通道的上方地層的處理方法，其特征在于， 所述通道（2)包括至少兩個所述支道（4)，且位于所述主道（3)的相反兩側(cè)的支道（4) 相互錯開。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的地下氣化通道的上方地層的處理方法，其特征在于， 所述步驟1執(zhí)行為如下依次步驟： 由地面向所述巖層（8)和/或所述含水層（1)中鉆定向鉆井（5)，所述定向鉆井（5)的 水平段構(gòu)成所述主道（3); 由所述主道（3)的內(nèi)壁向周圍巖層（8)或含水層（1)中鉆進(jìn)以形成所述支道（4)，其中 所述巖層（8)中的通道（2)的支道在所述巖層（8)中，所述含水層（1)中的通道（2)的支 道在所述含水層（1)中； 在所述步驟2中：以所述定向鉆井（5)的地面上的井口作為所述注入的注入口。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下氣化通道的上方地層的處理方法，其特征在于， 所述加固劑為水泥漿或遇水膨脹材料。
9. 一種地下氣化建爐方法，其特征在于，包括： 步驟a，按照權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法加固巖層和/或吸收含水層含水；以及 步驟b，建立進(jìn)氣井、水平通道（6)和出氣井，其中，所述水平通道位于所述步驟a中已 加固的巖層（8)或已減少其中含水的含水層（1)下方的煤層（7)中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的地下氣化建爐方法，其特征在于， 在所述步驟a按照權(quán)利要求3所述方法執(zhí)行的情況下： 在所述步驟a之前，確定在煤層（7)中設(shè)置的水平通道（6)的軸向方向； 在所述步驟a中建立的所述通道（2)的所述主道（3)的軸線與所述軸向方向夾角 60-90。。
【文檔編號】E21B43/295GK104088618SQ201410298486
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】趙娟, 付偉賢 申請人:新奧氣化采煤有限公司