本發(fā)明涉及煤炭氣化技術領域，具體而言，涉及一種煤炭地下氣化系統(tǒng)及其構建方法。

背景技術：

對于煤層的四周地層中所蘊含的豐富的地下水來說，當利用煤炭地下氣化技術來開采該煤層時，地下水會不斷涌入氣化爐中，并且，在地下水經(jīng)歷一系列的相變過程中，氣化爐中的熱量將被地下水消耗，進而導致氣化工作面的溫度偏低，使得地下氣化過程無法正常運行；另外，即使地下水的涌水量較小，對煤層的氣化過程影響不大，但是氣化過程中產(chǎn)生的污染物會擴散到地下水中，并隨著地下水的流動擴散到煤層四周的地層中，進而使得污染范圍不斷擴大。因此，當煤層四周存在地下水時，無論其涌水量的大小，在對煤層進行氣化時，地下水都會對氣化過程產(chǎn)生影響。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提出了一種煤炭地下氣化系統(tǒng)及其構建方法，旨在解決地下水涌入氣化爐導致的氣化過程無法正常進行以及污染物擴散的問題。

一個方面，本發(fā)明提出了一種煤炭地下氣化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：氣化爐和隔水結構；其中，氣化爐設置在氣化煤層中，用以將氣化煤層的原煤經(jīng)氣化反應轉化為煤氣；隔水結構設置在氣化煤層的外圍，以使氣化煤層周圍的水分與氣化煤層隔離。

進一步地，上述煤炭地下氣化系統(tǒng)中，隔水結構包括：沿氣化煤層外圍設置至少一圈孔；各孔內和氣化煤層周圍的巖體和/或土層的空隙內填充有隔水介質。

進一步地，上述煤炭地下氣化系統(tǒng)中，隔水介質為水泥砂漿或泥粘土。

進一步地，上述煤炭地下氣化系統(tǒng)中，各孔沿氣化煤層的周向均勻設置。

進一步地，上述煤炭地下氣化系統(tǒng)中，各孔均以氣化煤層為圓心圍設于氣化煤層的外圍。

進一步地，上述煤炭地下氣化系統(tǒng)中，各孔均為垂直孔。

本發(fā)明中氣化煤層的外圍設置有隔水結構，進而阻止了地下水從含水層涌入氣化煤層內，從而避免了氣化爐中的熱量被地下水消耗而導致的氣化工作面的溫度偏低，保證了地下煤層氣化過程的正常進行，同時，隔水結構也可以防止氣化過程產(chǎn)生的污染物擴散到地下而擴散到煤層四周的地層中。

尤其是，本發(fā)明的隔水結構為沿氣化煤層外圍設置至少一圈孔，各孔內和氣化煤層周圍的巖體和/或土層的空隙內填充有隔水介質；通過隔水介質將含水層與氣化爐所在的區(qū)域隔離。

進一步地，本發(fā)明的隔水結構還可以防止氣化過程中氣化煤層中產(chǎn)生的煤氣和熱量向四周地層擴散，進而保證了氣化產(chǎn)生煤氣的量和煤層的氣化速度。

另一方面，本發(fā)明還提出了一種煤炭地下氣化系統(tǒng)的構建方法。該方法包括如下步驟：構建步驟，在氣化煤層中構建用以將氣化煤層的原煤經(jīng)氣化反應轉化為煤氣的氣化爐；設置步驟，在氣化煤層的外圍設置用以使氣化煤層周圍的水分與氣化煤層隔離的隔水結構。

進一步地，上述煤炭地下氣化系統(tǒng)的構建方法中，設置步驟包括：第一鉆設子步驟，沿氣化煤層的周向鉆設多個用以構成隔水結構的垂直孔；灌設子步驟，向各垂直孔中填充隔水介質；加壓子步驟，對各垂直孔中的隔水介質施加壓力，以使隔水介質滲入氣化煤層周圍的巖體和/或土層的空隙內。

進一步地，上述煤炭地下氣化系統(tǒng)的構建方法中，在設置步驟之后還包括：清理步驟，氣化煤層氣化完成后，對氣化爐內的污染物進行清理。

進一步地，上述煤炭地下氣化系統(tǒng)的構建方法中，清理步驟包括：第二鉆設子步驟，在隔水結構中鉆設鉆孔，以使氣化煤層與含水層相連通；沖洗子步驟，將含水層中的水引入氣化爐中，以對氣化爐進行沖洗；抽水子步驟，將氣化爐中的水抽出；密封子步驟，對隔水結構中鉆設的鉆孔進行密封。

本發(fā)明中氣化煤層的外圍設置有隔水結構，進而阻止了地下水從含水層涌入氣化煤層內，從而避免了氣化爐中的熱量被地下水消耗而導致的氣化工作面的溫度偏低，保證了地下煤層氣化過程的正常進行，同時，隔水結構也可以防止氣化過程產(chǎn)生的污染物擴散到地下而擴散到煤層四周的地層中。

尤其是，本發(fā)明的隔水結構為沿氣化煤層外圍設置至少一圈孔，各孔內和氣化煤層周圍的巖體和/或土層的空隙內填充有隔水介質；通過隔水介質將含水層與氣化爐所在的區(qū)域隔離。

進一步地，本發(fā)明的隔水結構還可以防止氣化過程中氣化煤層中產(chǎn)生的煤氣和熱量向四周地層擴散，進而保證了氣化產(chǎn)生煤氣的量和煤層的氣化速度。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例提供的煤炭地下氣化系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的煤炭地下氣化系統(tǒng)的構建方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的煤炭地下氣化系統(tǒng)的構建方法中，設置步驟的流程圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的煤炭地下氣化系統(tǒng)的構建方法的又一流程圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的煤炭地下氣化系統(tǒng)的構建方法中，清理步驟的流程圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。

系統(tǒng)實施例：

參見圖1，圖中示出了本實施例提供的煤炭地下氣化系統(tǒng)的優(yōu)選結構。如圖所示，該系統(tǒng)包括：氣化爐1和隔水結構3。

其中，氣化爐1設置在氣化煤層2中，進而對氣化煤層2進行氣化以將氣化煤層2中的原煤轉化為煤氣。本領域技術人員應當理解，對于氣化爐1，包括至少一個進氣孔11和至少一個出氣孔12，進氣孔11和出氣孔12均鉆設于氣化煤層2中，進氣孔11和出氣孔12的底部相貫通，以形成氣化通道13。

隔水結構3設置在氣化煤層2的外圍，進而將氣化煤層2周圍的含水層的水分與氣化煤層2相隔離。需要說明的是，隔水結構3的隔水效果需要低于氣化煤層2進行氣化時所允許的涌水量，例如，隔水結構3可以使氣化煤層2中的涌水量小于8～14.5l/h。

本實施例中，氣化煤層2的外圍設置有隔水結構3，進而阻止了地下水從含水層涌入氣化煤層2內，從而避免了氣化爐1中的熱量被地下水消耗而導致的氣化工作面的溫度偏低，保證了地下煤層氣化過程的正常進行，同時，隔水結構3也可以防止氣化過程產(chǎn)生的污染物擴散到地下而擴散到煤層四周的地層中。此外，隔水結構3還可以防止氣化過程中氣化煤層2中產(chǎn)生的煤氣和熱量向四周地層擴散，進而保證了煤氣的采集量和煤層的氣化速度。

上述實施例中，隔水結構3可以利用帷幕灌漿技術來設置，即沿氣化煤層2的外圍設置至少一圈垂直孔31，各個垂直孔31和氣化煤層2周圍的巖體的空隙均填充有隔水介質，或者各個垂直孔31和氣化煤層2周圍的土層的空隙內均填充有隔水介質，進而在氣化煤層2的外圍形成多層阻水幕，以阻止含水層的水涌入氣化煤層2內，即通過隔水介質將含水層與氣化爐1所在的區(qū)域隔離。具體實施時，隔水介質可以為水泥砂漿、泥粘土或化學灌漿材料。每圈的垂直孔31的數(shù)量和各垂直孔31之間的間距可以根據(jù)氣化煤層2四周巖體和/或土層的裂隙、孔隙的情況來確定，本實施例對其不做任何限定。

上述實施例中，各圈垂直孔31均以氣化煤層2為圓心，以不同的半徑，呈環(huán)形均勻地設置于氣化煤層2的四周，以起到最大的隔水效果。具體實施時，各圈垂直孔31之間的間距均可以根據(jù)氣化煤層2四周巖體和/或土層的裂隙、孔隙的情況來確定，本實施例對其不做任何限定。

綜上，本實施例中氣化煤層的外圍設置有隔水結構，進而阻止了地下水從含水層涌入氣化煤層內，從而避免了氣化爐中的熱量被地下水消耗而導致的氣化工作面的溫度偏低，保證了地下煤層氣化過程的正常進行，同時，隔水結構也可以防止氣化過程產(chǎn)生的污染物擴散到地下而擴散到煤層四周的地層中。進一步地，本發(fā)明的隔水結構還可以防止氣化過程中氣化煤層中產(chǎn)生的煤氣和熱量向四周地層擴散，進而保證了氣化產(chǎn)生煤氣的量和煤層的氣化速度。

系統(tǒng)的構建方法：

參見圖2，圖2為本實施例提供的煤炭地下氣化系統(tǒng)的構建方法的流程圖。如圖所示，該方法包括如下步驟：

構建步驟s210，在氣化煤層中構建用以將氣化煤層的原煤經(jīng)氣化反應轉化為煤氣的氣化爐。

具體而言，在氣化煤層2中構建氣化爐1，進而對氣化煤層2進行氣化以將氣化煤層2中的的原煤轉化為煤氣。本領域技術人員應當理解，對于氣化爐1，包括至少一個進氣孔11和至少一個出氣孔12，進氣孔11和出氣孔12均鉆設于氣化煤層2中，進氣孔11和出氣孔12的底部相貫通，以形成氣化通道13。

設置步驟s220，在氣化煤層的外圍設置用以使氣化煤層周圍的水分與氣化煤層隔離的隔水結構。

具體而言，在氣化煤層2的外圍設置隔水結構3，隔水結構3可以將氣化煤層2周圍的含水層的水分與氣化煤層2相隔離。需要說明的是，隔水結構3的隔水效果需要低于氣化煤層進行氣化時所允許的涌水量，例如，隔水結構3可以使氣化煤層2中的涌水量小于8～14.5l/h。

本實施例中，本實施例中氣化煤層的外圍設置有隔水結構，進而阻止了地下水從含水層涌入氣化煤層內，從而避免了氣化爐中的熱量被地下水消耗而導致的氣化工作面的溫度偏低，保證了地下煤層氣化過程的正常進行，同時，隔水結構也可以防止氣化過程產(chǎn)生的污染物擴散到地下而擴散到煤層四周的地層中。進一步地，本發(fā)明的隔水結構還可以防止氣化過程中氣化煤層中產(chǎn)生的煤氣和熱量向四周地層擴散，進而保證了氣化產(chǎn)生煤氣的量和煤層的氣化速度。

參見圖3，在本發(fā)明的一種實施方式中，設置步驟s220可以包括：

第一鉆設子步驟s221，沿氣化煤層的周向鉆設多個用以構成隔水結構的垂直孔。

具體而言，隔水結構3包括多個垂直孔31，沿氣化煤層2的周向均勻鉆設多個垂直孔31。具體實施時，隔水結構3可以包括至少一圈垂直孔31，各圈垂直孔31可以均以氣化煤層2為圓心，以不同的半徑，呈環(huán)形均勻地設置于氣化煤層2的四周。具體實施時，每圈的垂直孔31的數(shù)量、各垂直孔31之間的間距和各圈垂直孔31之間的間距均可以根據(jù)氣化煤層2四周巖體和/或土層的裂隙、孔隙的情況來確定，本實施例對其不做任何限定。

灌設子步驟s222，向各垂直孔中填充隔水介質。

具體而言，向各個垂直孔31中填充隔水介質，例如填充水泥砂漿、泥粘土或化學灌漿材料。

加壓子步驟s223，對各垂直孔中的隔水介質施加壓力，以使隔水介質滲入氣化煤層周圍的巖體和/或土層的空隙內。

具體而言，對各個垂直孔31中的隔水介質施加壓力，以使隔水介質滲入氣化煤層2周圍的巖體和/或土層的空隙內，進而在氣化煤層2的外圍形成多層阻水幕。

本實施例中，隔水結構為沿氣化煤層外圍設置至少一圈孔，各孔內和氣化煤層周圍的巖體和/或土層的空隙內填充有隔水介質，通過隔水介質將含水層與氣化爐所在的區(qū)域隔離，避免了地下水涌入氣化煤層中，保證了煤層氣化的正常進行。

參見圖4，圖中示出了本實施例提供的煤炭地下氣化系統(tǒng)的構建方法的又一流程圖。如圖所示，該方法包括如下步驟：

構建步驟s410，在氣化煤層中構建用以將氣化煤層的原煤經(jīng)氣化反應轉化為煤氣的氣化爐。

設置步驟s420，在氣化煤層的外圍設置用以使氣化煤層周圍的水分與氣化煤層隔離的隔水結構。

清理步驟s430，氣化煤層氣化完成后，對氣化爐內的污染物進行清理。

具體而言，氣化煤層2氣化完成后，氣化爐1內會留有污染物，進而需要對氣化爐1內的污染物進行清理。

本實施例中，對氣化爐的污染物進行清理，防止了污染物在地下進行擴散而污染地下土層和地下水。

參見圖5，在本發(fā)明的一種實施方式中，清理步驟s430可以包括：

第二鉆設子步驟s431，在隔水結構中鉆設鉆孔，以使氣化煤層與含水層相連通。

具體而言，在隔水結構3中鉆設定向鉆孔，進而將隔水結構3兩側的氣化煤層2和含水層相連通。

沖洗子步驟s432，將含水層中的水引入氣化爐中，以對氣化爐進行沖洗。

具體而言，由于氣化煤層2和含水層相連通，進而可以將含水層中的水引入氣化爐1中，以對氣化爐1內的污染物進行沖洗。

抽水子步驟s433，將氣化爐中的水抽出。

具體而言，對氣化爐1沖洗完成后，將氣化爐1中的水經(jīng)氣化爐1的出氣孔12抽提至地面。抽出的水可以進行污水處理，以進行循環(huán)使用。

密封子步驟s434，對隔水結構中鉆設的鉆孔進行密封。

具體而言，對隔水結構3所鉆設的定向鉆孔進行注漿密封。

本實施例中，在隔水結構中鉆設鉆孔，以將隔水結構兩側的氣化煤層和含水層相連通，進而直接利用含水層中的水對氣化爐進行清洗，方便快捷。清洗完成后，將氣化爐中的水抽出，并對鉆孔進行密封，可以防止氣化爐內殘留的污染物擴散至含水層中而污染地下水。

綜上，本實施例中氣化煤層的外圍設置有隔水結構，進而阻止了地下水從含水層涌入氣化煤層內，從而避免了氣化爐中的熱量被地下水消耗而導致的氣化工作面的溫度偏低，保證了地下煤層氣化過程的正常進行，同時，隔水結構也可以防止氣化過程產(chǎn)生的污染物擴散到地下而擴散到煤層四周的地層中。進一步地，本發(fā)明的隔水結構還可以防止氣化過程中氣化煤層中產(chǎn)生的煤氣和熱量向四周地層擴散，進而保證了氣化產(chǎn)生煤氣的量和煤層的氣化速度。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。