煤层上方岩层的加固方法技术

本发明专利技术涉及一种煤层上方岩层的加固方法，其在待气化煤层气化前或气化过程中，在所述待气化煤层上方的岩层中建立通道；在所述待气化煤层气化过程中，包括如下步骤：步骤1，向所述通道的位于当前燃空区上方的部分注入制冷剂；步骤2，当所述当前燃空区扩展形成新当前燃空区时，向所述通道的位于所述新当前燃空区上方的部分注入制冷剂；步骤3，以所述新当前燃空区作为当前燃空区，返回所述步骤2循环，直至所述待气化煤层气化完毕。上述方法，能够增加待气化煤层上方的岩层的强度，降低岩层的坍塌概率，并且由于岩层中的含水结冰而降低渗水率，进而提高地下气化炉的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
煤层上方岩层的加固方法
本专利技术涉及一种煤层上方岩层的加固方法。
技术介绍
地下气化过程是一种全新的采煤方法，与传统的物理采煤法有着根本的区别，地下气化是一种化学采煤法，即将埋藏在地下的煤炭就地进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用与化学反应生产可燃气体输送出来。然而在对待气化煤层进行气化的过程中，燃空区会沿着气化通道的延伸方向逐渐扩展。煤层上方岩层(即煤层顶板)中包括弱含水层，随着燃空区的逐渐扩展，煤层上方岩层承受的压力不断加大，一旦煤层上方岩层塌陷，其中的水就会进入到地下气化炉中，使得气化炉的温度降低，甚至会熄灭火焰，造成地下气化的失败。在现有的地下气化技术中，很少有提到加强煤层顶板强度的专利，专利200910307130.9中提到一种煤层顶板支撑柱预留的方法，这个专利主要是向煤层的一段中注入水泥等混凝材料，然后再气化，这种方法操作简单，但预留在煤层中的水泥柱会影响气化效果，使整个气化炉在气化过程中难以统一控制和调控；另外，现有技术的调控时间主要是在地下气化炉建炉过程中，灵活性不高，如遇到工艺变更会造成资源的浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够增加待气化煤层上方的岩层的强度的煤层上方岩层的加固方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种煤层上方岩层的加固方法，在待气化煤层气化前或气化过程中，在待气化煤层上方的岩层中建立通道；在待气化煤层气化过程中，包括如下步骤：步骤1，向通道的位于当前燃空区上方的部分注入制冷剂；步骤2，当当前燃空区扩展形成新当前燃空区时，向通道的位于新当前燃空区上方的部分注入制冷剂；步骤3，以新当前燃空区作为当前燃空区，返回步骤2循环，直至待气化煤层气化完毕。根据本专利技术，步骤1执行为：在待气化煤层上方的岩层中建立水平井，并且对应于当前燃空区由水平井的内壁向外延伸建立加固孔，向水平井中注入制冷剂；步骤2执行为：当当前燃空区扩展形成新当前燃空区时，对应于新当前燃空区中除去当前燃空区的区域由水平井的内壁向外延伸建立新加固孔，向水平井中注入制冷剂。根据本专利技术，在步骤1中，在加固孔建立完毕后，在水平井中设置套管，加固孔相对于套管露出；在步骤2中，沿当前燃空区的扩展方向移动套管，并在移动后的套管的前方设置新加固孔。根据本专利技术，在步骤2中，新加固孔设置在套管的前方50cm处。根据本专利技术，在步骤1中，当地下气化所产生的煤气的带水量大于第一预设值时，建立水平井。根据本专利技术，在步骤1中建立至少两个加固孔，至少两个加固孔围绕水平井均匀设置；在步骤2中建立至少两个新加固孔，至少两个新加固孔围绕水平井均匀设置。根据本专利技术，在步骤2中，当前燃空区扩展第三预设值后形成新当前燃空区，套管的移动距离大于或等于第三预设值。根据本专利技术，通过射孔钻由水平井的内壁向周围岩层射孔，建立步骤1中的加固孔和步骤2中的新加固孔。根据本专利技术，在步骤2中，在当前燃空区扩展的过程中，持续保持向通道的位于当前燃空区上方的部分注入制冷剂。根据本专利技术，待气化煤层气化完毕后，持续进行步骤2中的制冷剂的注入；当新当前燃空区被填充物填充后，停止注入，并向通道中压入水泥浆。相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的煤层上方岩层的加固方法，在待气化煤层上方的岩层中建立通道，并且在待气化煤层气化过程中，通过向通道的位于当前燃空区上方的部分注入制冷剂、以及在当前燃空区扩展形成新当前燃空区时向通道的位于新当前燃空区上方的部分注入制冷剂并随着燃空区的扩展而循环此步骤，使得待气化煤层中燃烧形成的燃空区上方的岩层中的含水结冰，从而增强岩层的强度，降低煤层上方岩层的坍塌概率，并且由于含水结冰而降低了渗水率，进而提高地下气化炉的使用寿命。附图说明图1是具有地下气化炉的地层的结构示意图；图2是图1中示出的地层的局部俯视图。具体实施方式如下参照附图描述本专利技术的实施例。参照图1和图2，本专利技术的煤层上方岩层的加固方法的一个实施例，其包括在待气化煤层气化前或气化过程中在待气化煤层上方的岩层中建立通道、以及在待气化煤层气化过程中执行的如下步骤。具体为：步骤1，向通道的位于当前燃空区上方的部分注入制冷剂；步骤2，当当前燃空区扩展形成新当前燃空区时，向通道的位于新当前燃空区上方的部分注入制冷剂；步骤3，以新当前燃空区作为当前燃空区，返回步骤2循环，直至待气化煤层气化完毕。通过上述步骤，使得待气化煤层当前在当前燃烧形成的燃空区的上方的岩层中的含水结冰，从而增强煤层上方的岩层的强度，降低岩层的坍塌概率，并由于岩层中的含水结冰而降低渗水率，进而提高地下气化炉的使用寿命。其中，在地层中构建本实施例的地下气化炉，其中，地层由下至上至少包括待气化煤层8、岩层7，其中，该岩层7中包含弱含水层6。其中，待气化煤层8为煤层中将要进行气化的区域，使得该区域的煤层燃烧形成煤气。地下气化炉的进气井3和出气井4由地面通入待气化煤层8中。而该地下气化炉的运行过程为：在靠近进气井3处的待气化煤层8燃烧形成当前燃空区5，之后待气化煤层8的燃烧朝向出气井4逐渐移动，使得当前燃空区5朝向出气井4逐渐扩展，直至到达出气井4后使待气化煤层8停止燃烧。应理解，当前燃空区5的扩展方向为待气化煤层8的燃烧的移动方向。在本实施例中，在实际进行地下气化时，待气化煤层的燃烧的移动方向沿着连接进气井3和出气井4的气化通道(未示出)的延伸方向。故，气化通道的延伸方向即为当前燃空区5的扩展方向。当然，在其他可选的实施例中，若不存在气化通道，则在靠近进气井为起始燃烧位置的情况下，待气化煤层的燃烧的移动方向为由进气井指向出气井的方向，而在靠近进气井为起始燃烧位置的情况下，待气化煤层的燃烧的移动方向为由出气井指向进气井的方向。其中，由进气井3向待气化煤层8中送入含氧气体，同时由出气井4排出待气化煤层8燃烧后形成的煤气。如下参照图1和图2，具体描述本实施例的执行过程。首先，在靠近进气井3处的待气化煤层8点火，待气化煤层8燃烧形成当前燃空区5，煤气由出气井4排出。此时，进入了待气化煤层8的气化过程。此时，在靠近进气井3处形成燃空区，并且燃空区在之后会随着待气化煤层8的燃烧朝向出气井4的方向移动而逐渐朝向出气井4扩展。而在本专利技术中所提及的“当前燃空区”和“新当前燃空区”，均为执行该步骤操作时，待气化煤层8燃烧后在地层中形成的整体燃空区。之后，执行步骤1。具体如下：步骤1.1，当当前燃空区5的宽度达到6m，高度达到5m，说明地下燃空区已经具备一定空间和规模。其中，当前燃空区5的宽度和高度可通过计算燃煤量、煤气组分、气化时间及气化强度等获得，或通过本领域技术人员公知的测量或计算方法获得。步骤1.2，持续监测煤气的带水量，当煤气的带水量大于第一预设值时，说明岩层7可能出现渗漏。此时，在弱含水层6中建立水平井1，并且对应于当前燃空区5由水平井1的内壁向外延伸建立加固孔a。其中，加固孔a为通过射孔钻2(图2中详细示出)由水平井1的内壁向周围弱含水层6射孔而形成的，可理解，为不影响随后设置套管9和注入制冷剂，在建立完加固孔a后便将射孔钻2从水平井1中取出。此外，在本实施例中，建立至少两个加固孔a，至少两个加固孔a围绕水平井1均匀地布置。优选地，加固孔a至水平井1的位于弱含水层6中的端部的距离等于20米。当然，可理解，水平井1和加固孔a的位置依据建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤层上方岩层的加固方法，其特征在于，在待气化煤层(8)气化前或气化过程中，在所述待气化煤层(8)上方的岩层中建立通道；在所述待气化煤层(8)气化过程中，包括如下步骤：步骤1，向所述通道的位于当前燃空区(5)上方的部分注入制冷剂；步骤2，当所述当前燃空区(5)扩展形成新当前燃空区(5’)时，向所述通道的位于所述新当前燃空区(5’)上方的部分注入制冷剂；步骤3，以所述新当前燃空区(5’)作为当前燃空区(5)，返回所述步骤2循环，直至所述待气化煤层(8)气化完毕。

【技术特征摘要】
1.一种煤层上方岩层的加固方法，其特征在于，在待气化煤层(8)气化前或气化过程中，在所述待气化煤层(8)上方的岩层中建立通道；在所述待气化煤层(8)气化过程中，包括如下步骤：步骤1，向所述通道的位于当前燃空区(5)上方的部分注入制冷剂；步骤2，当所述当前燃空区(5)扩展形成新当前燃空区(5’)时，向所述通道的位于所述新当前燃空区(5’)上方的部分注入制冷剂；步骤3，以所述新当前燃空区(5’)作为当前燃空区(5)，返回所述步骤2循环，直至所述待气化煤层(8)气化完毕。2.根据权利要求1所述的煤层上方岩层的加固方法，其特征在于，所述步骤1执行为：在所述待气化煤层(8)上方的岩层中建立水平井(1)，并且对应于当前燃空区(5)由所述水平井(1)的内壁向外延伸建立加固孔(a)，向所述水平井(1)中注入所述制冷剂；所述步骤2执行为：当所述当前燃空区(5)扩展形成新当前燃空区(5’)时，对应于所述新当前燃空区(5’)中除去所述当前燃空区(5)的区域(5”)由所述水平井(1)的内壁向外延伸建立新加固孔(b)，向所述水平井(1)中注入所述制冷剂。3.根据权利要求2所述的煤层上方岩层的加固方法，其特征在于，在所述步骤1中，在所述加固孔(a)建立完毕后，在所述水平井(1)中设置套管，所述加固孔(a)相对于所述套管露出；在所述步骤2中，沿所述当前燃空区(5)的扩展方向移动所述套管，并在移动后的所述套管的前方设置所述新加固孔(b)。4.根据权利要求3所述的煤层上方岩层...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵娟，王媛媛，董玉新，
申请(专利权)人：新奥气化采煤有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13