煤層上方巖層的加固方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種煤層上方巖層的加固方法，其在待氣化煤層氣化前或氣化過程中，在所述待氣化煤層上方的巖層中建立通道；在所述待氣化煤層氣化過程中，包括如下步驟：步驟1，向所述通道的位于當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分注入制冷劑；步驟2，當(dāng)所述當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)時(shí)，向所述通道的位于所述新當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分注入制冷劑；步驟3，以所述新當(dāng)前燃空區(qū)作為當(dāng)前燃空區(qū)，返回所述步驟2循環(huán)，直至所述待氣化煤層氣化完畢。上述方法，能夠增加待氣化煤層上方的巖層的強(qiáng)度，降低巖層的坍塌概率，并且由于巖層中的含水結(jié)冰而降低滲水率，進(jìn)而提高地下氣化爐的使用壽命。
【專利說明】煤層上方巖層的加固方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤層上方巖層的加固方法。

【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(duì)煤的熱作用與化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)可燃?xì)怏w輸送出來。
[0003]然而在對(duì)待氣化煤層進(jìn)行氣化的過程中，燃空區(qū)會(huì)沿著氣化通道的延伸方向逐漸擴(kuò)展。煤層上方巖層(即煤層頂板)中包括弱含水層，隨著燃空區(qū)的逐漸擴(kuò)展，煤層上方巖層承受的壓力不斷加大，一旦煤層上方巖層塌陷，其中的水就會(huì)進(jìn)入到地下氣化爐中，使得氣化爐的溫度降低，甚至?xí)缁鹧妫斐傻叵職饣氖　?br> [0004]在現(xiàn)有的地下氣化技術(shù)中，很少有提到加強(qiáng)煤層頂板強(qiáng)度的專利，專利200910307130.9中提到一種煤層頂板支撐柱預(yù)留的方法，這個(gè)專利主要是向煤層的一段中注入水泥等混凝材料，然后再氣化，這種方法操作簡(jiǎn)單，但預(yù)留在煤層中的水泥柱會(huì)影響氣化效果，使整個(gè)氣化爐在氣化過程中難以統(tǒng)一控制和調(diào)控；另外，現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)控時(shí)間主要是在地下氣化爐建爐過程中，靈活性不高，如遇到工藝變更會(huì)造成資源的浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠增加待氣化煤層上方的巖層的強(qiáng)度的煤層上方巖層的加固方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種煤層上方巖層的加固方法，在待氣化煤層氣化前或氣化過程中，在待氣化煤層上方的巖層中建立通道；在待氣化煤層氣化過程中，包括如下步驟:步驟1，向通道的位于當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分注入制冷劑；步驟2，當(dāng)當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)時(shí)，向通道的位于新當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分注入制冷劑；步驟3，以新當(dāng)前燃空區(qū)作為當(dāng)前燃空區(qū)，返回步驟2循環(huán)，直至待氣化煤層氣化完畢。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，步驟1執(zhí)行為:在待氣化煤層上方的巖層中建立水平井，并且對(duì)應(yīng)于當(dāng)前燃空區(qū)由水平井的內(nèi)壁向外延伸建立加固孔，向水平井中注入制冷劑；步驟2執(zhí)行為:當(dāng)當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)時(shí)，對(duì)應(yīng)于新當(dāng)前燃空區(qū)中除去當(dāng)前燃空區(qū)的區(qū)域由水平井的內(nèi)壁向外延伸建立新加固孔，向水平井中注入制冷劑。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，在步驟1中，在加固孔建立完畢后，在水平井中設(shè)置套管，加固孔相對(duì)于套管露出；在步驟2中，沿當(dāng)前燃空區(qū)的擴(kuò)展方向移動(dòng)套管，并在移動(dòng)后的套管的前方設(shè)置新加固孔。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，在步驟2中，新加固孔設(shè)置在套管的前方50cm處。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，在步驟1中，當(dāng)?shù)叵職饣a(chǎn)生的煤氣的帶水量大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，建立水平井。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，在步驟1中建立至少兩個(gè)加固孔，至少兩個(gè)加固孔圍繞水平井均勻設(shè)置；在步驟2中建立至少兩個(gè)新加固孔，至少兩個(gè)新加固孔圍繞水平井均勻設(shè)置。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，在步驟2中，當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展第三預(yù)設(shè)值后形成新當(dāng)前燃空區(qū)，套管的移動(dòng)距離大于或等于第三預(yù)設(shè)值。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，通過射孔鉆由水平井的內(nèi)壁向周圍巖層射孔，建立步驟I中的加固孔和步驟2中的新加固孔。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，在步驟2中，在當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展的過程中，持續(xù)保持向通道的位于當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分注入制冷劑。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，待氣化煤層氣化完畢后，持續(xù)進(jìn)行步驟2中的制冷劑的注入；當(dāng)新當(dāng)前燃空區(qū)被填充物填充后，停止注入，并向通道中壓入水泥漿。
[0016]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]本發(fā)明的煤層上方巖層的加固方法，在待氣化煤層上方的巖層中建立通道，并且在待氣化煤層氣化過程中，通過向通道的位于當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分注入制冷劑、以及在當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)時(shí)向通道的位于新當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分注入制冷劑并隨著燃空區(qū)的擴(kuò)展而循環(huán)此步驟，使得待氣化煤層中燃燒形成的燃空區(qū)上方的巖層中的含水結(jié)冰，從而增強(qiáng)巖層的強(qiáng)度，降低煤層上方巖層的坍塌概率，并且由于含水結(jié)冰而降低了滲水率，進(jìn)而提高地下氣化爐的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是具有地下氣化爐的地層的結(jié)果示意圖，針對(duì)該地下氣化爐的進(jìn)行的地下氣化應(yīng)用本發(fā)明的煤層上方巖層的加固方法的一個(gè)實(shí)施例；
[0019]圖2是圖1中示出的地層的局部俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]如下參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0021]參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明的煤層上方巖層的加固方法的一個(gè)實(shí)施例，其包括在待氣化煤層氣化前或氣化過程中在待氣化煤層上方的巖層中建立通道、以及在待氣化煤層氣化過程中執(zhí)行的如下步驟。具體為:步驟1，向通道的位于當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分注入制冷劑；步驟2，當(dāng)當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)時(shí)，向通道的位于新當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分注入制冷劑；步驟3，以新當(dāng)前燃空區(qū)作為當(dāng)前燃空區(qū)，返回步驟2循環(huán)，直至待氣化煤層氣化完畢。
[0022]通過上述步驟，使得待氣化煤層當(dāng)前在當(dāng)前燃燒形成的燃空區(qū)的上方的巖層中的含水結(jié)冰，從而增強(qiáng)煤層上方的巖層的強(qiáng)度，降低巖層的坍塌概率，并由于巖層中的含水結(jié)冰而降低滲水率，進(jìn)而提高地下氣化爐的使用壽命。
[0023]其中，在地層中構(gòu)建本實(shí)施例的地下氣化爐,其中,地層由下至上至少包括待氣化煤層8、巖層7,其中，該巖層7中包含弱含水層6。其中,待氣化煤層8為煤層中將要進(jìn)行氣化的區(qū)域，使得該區(qū)域的煤層燃燒形成煤氣。地下氣化爐的進(jìn)氣井3和出氣井4由地面通入待氣化煤層8中。而該地下氣化爐的運(yùn)行過程為:在靠近進(jìn)氣井3處的待氣化煤層8燃燒形成當(dāng)前燃空區(qū)5，之后待氣化煤層8的燃燒朝向出氣井4逐漸移動(dòng)，使得當(dāng)前燃空區(qū)5朝向出氣井4逐漸擴(kuò)展，直至到達(dá)出氣井4后使待氣化煤層8停止燃燒。應(yīng)理解，當(dāng)前燃空區(qū)5的擴(kuò)展方向?yàn)榇龤饣簩?的燃燒的移動(dòng)方向。在本實(shí)施例中，在實(shí)際進(jìn)行地下氣化時(shí)，待氣化煤層的燃燒的移動(dòng)方向沿著連接進(jìn)氣井3和出氣井4的氣化通道(未示出)的延伸方向。故，氣化通道的延伸方向即為當(dāng)前燃空區(qū)5的擴(kuò)展方向。當(dāng)然，在其他可選的實(shí)施例中，若不存在氣化通道，則在靠近進(jìn)氣井為起始燃燒位置的情況下，待氣化煤層的燃燒的移動(dòng)方向?yàn)橛蛇M(jìn)氣井指向出氣井的方向，而在靠近進(jìn)氣井為起始燃燒位置的情況下，待氣化煤層的燃燒的移動(dòng)方向?yàn)橛沙鰵饩赶蜻M(jìn)氣井的方向。其中，由進(jìn)氣井3向待氣化煤層8中送入含氧氣體，同時(shí)由出氣井4排出待氣化煤層8燃燒后形成的煤氣。
[0024]如下參照?qǐng)D1和圖2，具體描述本實(shí)施例的執(zhí)行過程。
[0025]首先，在靠近進(jìn)氣井3處的待氣化煤層8點(diǎn)火，待氣化煤層8燃燒形成當(dāng)前燃空區(qū)5，煤氣由出氣井4排出。此時(shí)，進(jìn)入了待氣化煤層8的氣化過程。此時(shí)，在靠近進(jìn)氣井3處形成燃空區(qū)，并且燃空區(qū)在之后會(huì)隨著待氣化煤層8的燃燒朝向出氣井4的方向移動(dòng)而逐漸朝向出氣井4擴(kuò)展。而在本發(fā)明中所提及的“當(dāng)前燃空區(qū)”和“新當(dāng)前燃空區(qū)”，均為執(zhí)行該步驟操作時(shí)，待氣化煤層8燃燒后在地層中形成的整體燃空區(qū)。
[0026]之后，執(zhí)行步驟1。具體如下:
[0027]步驟1.1，當(dāng)當(dāng)前燃空區(qū)5的寬度達(dá)到6m，高度達(dá)到5m，說明地下燃空區(qū)已經(jīng)具備一定空間和規(guī)模。其中，當(dāng)前燃空區(qū)5的寬度和高度可通過計(jì)算燃煤量、煤氣組分、氣化時(shí)間及氣化強(qiáng)度等獲得，或通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的測(cè)量或計(jì)算方法獲得。
[0028]步驟1.2，持續(xù)監(jiān)測(cè)煤氣的帶水量，當(dāng)煤氣的帶水量大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，說明巖層7可能出現(xiàn)滲漏。此時(shí)，在弱含水層6中建立水平井1，并且對(duì)應(yīng)于當(dāng)前燃空區(qū)5由水平井1的內(nèi)壁向外延伸建立加固孔a。其中，加固孔a為通過射孔鉆2(圖2中詳細(xì)示出)由水平井1的內(nèi)壁向周圍弱含水層6射孔而形成的，可理解，為不影響隨后設(shè)置套管9和注入制冷齊[J，在建立完加固孔a后便將射孔鉆2從水平井1中取出。此外，在本實(shí)施例中，建立至少兩個(gè)加固孔a，至少兩個(gè)加固孔a圍繞水平井1均勻地布置。優(yōu)選地，加固孔a至水平井1的位于弱含水層6中的端部的距離等于20米。當(dāng)然，可理解，水平井1和加固孔a的位置依據(jù)建立時(shí)的當(dāng)前燃空區(qū)的位置而定。
[0029]步驟1.3，在加固孔a建立完畢后，在水平井1中設(shè)置套管9以對(duì)水平井1進(jìn)行支護(hù)，可防止水平井1坍塌，并且具有保溫的作用。其中，加固孔a相對(duì)于套管9露出，即套管9的位于水平井1中的端部位于加固孔a的指向出氣井4的一側(cè)，以使得隨后注入的制冷劑能夠流入加固孔a。其中,在本實(shí)施例中，套管9為可移動(dòng)的后退式套管。套管9的相反于上述位于水平井1中的端部的一端連接有驅(qū)動(dòng)裝置(例如，油井中本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的絞盤)，該驅(qū)動(dòng)裝置可驅(qū)動(dòng)套管9沿著朝向出氣井4的方向移動(dòng)，即驅(qū)動(dòng)套管9沿著當(dāng)前燃空區(qū)5的擴(kuò)展的方向移動(dòng)。在此，對(duì)于套管9，以沿著當(dāng)前燃空區(qū)5的擴(kuò)展方向的方向?yàn)橄蚝蟮姆较?，以相反于?dāng)前燃空區(qū)5的擴(kuò)展方向的方向?yàn)橄蚯暗姆较颉?br> [0030]步驟1.4，當(dāng)加固孔a建立完畢且套管9設(shè)置完畢后，向水平井1中注入制冷劑。在設(shè)置套管9的情況下，套管9接觸水平井1的內(nèi)壁以起到支護(hù)作用，故向水平井1中注入的制冷劑流經(jīng)套管9，并由套管9的位于待氣化煤層8中的端部流出，以繼續(xù)向著套管9的前方流動(dòng)，進(jìn)而流入位于套管9的前方的加固孔a。
[0031]可理解，在本實(shí)施例中的步驟1中，水平井1的位于當(dāng)前燃燒區(qū)5上方的部分和加固孔a即為上述通道的位于當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分，而通過由水平井1注入制冷劑，制冷劑流入水平井I的位于當(dāng)前燃燒區(qū)5上方的部分、并繼續(xù)流入加固孔a中，即制冷劑流入通道的位于當(dāng)前燃空區(qū)上方的部分。由此，制冷劑進(jìn)入到加固孔a和水平井I的位于當(dāng)前燃燒區(qū)5上方的部分后，使得周圍弱含水層6中的含水結(jié)冰。由此，當(dāng)前燃空區(qū)5上方的弱含水層6的強(qiáng)度增大，進(jìn)而提高了當(dāng)前燃空區(qū)5上方的巖層7的強(qiáng)度，防止了該部分巖層7的坍塌。并且，由于弱含水層6中的含水結(jié)冰，也防止了該部分弱含水層6向煤層中的滲漏。
[0032]在本實(shí)施例中，上述向水平井I中注入制冷劑，直至制冷劑充滿加固孔a為止。通過計(jì)算通入的制冷劑的量來實(shí)現(xiàn)使得制冷劑充滿加固孔a，將在后敘詳細(xì)描述。
[0033]其中，第一預(yù)設(shè)值優(yōu)選地為35%。優(yōu)選地，水平井I的位于弱含水層6中的端部至進(jìn)氣井3的距離為20-50米。
[0034]至此，步驟I執(zhí)行完畢。
[0035]隨后，執(zhí)行步驟2。具體如下:
[0036]步驟2.1，當(dāng)當(dāng)前燃空區(qū)5朝向出氣井4擴(kuò)展第三預(yù)設(shè)值后形成新當(dāng)前燃空區(qū)5’時(shí)，沿當(dāng)前燃空區(qū)的擴(kuò)展方向移動(dòng)套管9，套管9的移動(dòng)距離大于或等于第三預(yù)設(shè)值。由此，套管9將水平井I的內(nèi)壁的對(duì)應(yīng)于新當(dāng)前燃空區(qū)5’中除去當(dāng)前燃空區(qū)5的區(qū)域5”的部分露出。優(yōu)選地，上述第三預(yù)設(shè)值等于30米?？衫斫?，上述當(dāng)前燃空區(qū)5旨在上述步驟I中監(jiān)測(cè)到煤氣的帶水量大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)的燃空區(qū)，以此燃空區(qū)為起點(diǎn)計(jì)算朝向出氣井4的方向擴(kuò)展量。當(dāng)然，可理解，由于地下氣化(即待氣化煤層氣化)的速度較慢，故在建立通道和執(zhí)行步驟I中注入制冷劑的時(shí)間內(nèi)，燃空區(qū)的擴(kuò)展量并不大，所以可選地在其他的實(shí)施例中，以步驟I中任意時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的燃空區(qū)作為當(dāng)前燃空區(qū)5均可。
[0037]步驟2.2，在停止移動(dòng)套管9后，在移動(dòng)后的套管9的前方50cm設(shè)置新加固孔b。其中，該新加固孔b對(duì)應(yīng)于新當(dāng)前燃空區(qū)5’中除去當(dāng)前燃空區(qū)5的區(qū)域5”，并且由水平井I的內(nèi)壁向外延伸形成。換言之，新加固孔b位于新當(dāng)前燃空區(qū)5’中除去當(dāng)前燃空區(qū)5的區(qū)域5”的上方。在本實(shí)施例中，新加固孔b同樣是通過射孔鉆2由水平井I的內(nèi)壁向周圍弱含水層6射孔而形成的?？衫斫?，為不影響隨后注入制冷劑，在建立完加固孔a后便將射孔鉆2從水平井I中取出。并且，在本實(shí)施例中，建立至少兩個(gè)新加固孔b，該至少兩個(gè)新加固孔b圍繞水平井I均勻地布置。
[0038]步驟2.3，向水平井I中注入制冷劑?？衫斫?，在本實(shí)施例中的步驟2中，水平井I的位于新當(dāng)前燃燒區(qū)5’上方的部分、加固孔a和新加固井b即為上述通道的位于新當(dāng)前燃空區(qū)5’上方的部分，而通過由水平井I注入制冷劑，制冷劑流入水平井I的位于新當(dāng)前燃燒區(qū)5’上方的部分、并繼續(xù)流入新加固孔b和加固孔a中，即制冷劑流入通道的位于新當(dāng)前燃空區(qū)5’上方的部分。由此，制冷劑進(jìn)入到水平井I的位于新當(dāng)前燃空區(qū)5’上方的部分、加固孔a和新加固井b后，使得周圍弱含水層6中的含水結(jié)冰。由此，新當(dāng)前燃空區(qū)5’上方的弱含水層6的強(qiáng)度增大，進(jìn)而提高了新當(dāng)前燃空區(qū)5’上方的巖層7的強(qiáng)度，防止了該部分巖層7的坍塌。并且，由于弱含水層6中的含水結(jié)冰，也防止了該部分弱含水層向待氣化煤層8中滲漏。
[0039]在本實(shí)施例中，向水平井I中注入制冷劑，直至制冷劑充滿新加固孔b為止。通過計(jì)算通入的制冷劑的量來實(shí)現(xiàn)使得制冷劑充滿新加固孔b，將在后敘詳細(xì)描述。
[0040]至此，步驟2執(zhí)行完畢。
[0041]如下執(zhí)行步驟3，將此時(shí)的新當(dāng)前燃空區(qū)5’作為當(dāng)前燃空區(qū)返回步驟2循環(huán)，直至待氣化煤層氣化完畢。由此，可理解，每當(dāng)燃空區(qū)擴(kuò)展30米后，就執(zhí)行一次步驟2中的新加固孔的建立，即在對(duì)應(yīng)新擴(kuò)展的30米的燃空區(qū)的上方弱含水層中建立新的加固孔，以使得此部分弱含水層也能夠進(jìn)行加固。如圖1和圖2中示出了接下來兩次執(zhí)行步驟2所建立的新加固孔，分別以c、d示出。
[0042]優(yōu)選地，所建立的所有加固孔a和新加固孔b可具有統(tǒng)一的長(zhǎng)度和孔徑，長(zhǎng)度為2米。加固孔a的數(shù)量和每一次執(zhí)行步驟2所建立的新加固孔b的數(shù)量由弱含水層6的滲透系數(shù)決定。當(dāng)滲透系數(shù)在4.06*l(T2m/d(米/天)至lm/d的范圍內(nèi)的時(shí)候，建立6個(gè)加固孔a，以及在每一次執(zhí)行步驟2中建立6個(gè)新加固孔b。當(dāng)滲透系數(shù)在1.7m/d至4.3m/d的范圍內(nèi)的時(shí)候，建立3個(gè)加固孔a，以及在每一次執(zhí)行步驟2中建立3個(gè)新加固孔b。在本實(shí)施例中，弱含水層的滲透系數(shù)為0.054m/d，故建立6個(gè)加固孔a，以及在每一次執(zhí)行步驟2中建立6個(gè)新加固孔b。該6個(gè)加固孔a和每一次執(zhí)行步驟2所建立的6個(gè)新加固孔b均是圍繞水平井1的位于弱含水層中的水平段均勻設(shè)置的，即每相鄰的兩個(gè)加固孔a的軸線之間的夾角等于60°、且所有加固孔a的軸線位于同一平面(垂直于水平井的水平段的平面)中。針對(duì)每一次執(zhí)行步驟b，在一次中所建立的6個(gè)新加固孔b中的每相鄰兩個(gè)的軸線之間的夾角為60°，并且6個(gè)新加固孔b的軸線均位于同一平面內(nèi)，該平面垂直于水平井的水平段。
[0043]此外，上述通過控制通入的制冷劑的量來實(shí)現(xiàn)使制冷劑充滿加固孔a的方法具體描述如下。
[0044]在實(shí)際地下氣化過程中，當(dāng)前燃空區(qū)5擴(kuò)展30米需要的時(shí)間是大于1天的，故在本實(shí)施例中，以天為單位計(jì)算制冷劑的注入量，當(dāng)然，在其他可選的實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)整。
[0045]在本實(shí)施例中，制冷劑為液氮，加固孔a的長(zhǎng)度為2m，凍土的發(fā)展速度(周圍含水層中的含水放熱結(jié)冰的區(qū)域的擴(kuò)展速度)為15m/d(米/天)，即每天可以形成圍繞水平井1(即水平井1的水平段)的長(zhǎng)度為15m的圓環(huán)形凍土區(qū)，圓環(huán)(即凍土區(qū))的體積為188m3。其中，圓環(huán)的外直徑和內(nèi)直徑差即為加固孔a的長(zhǎng)度。
[0046]按照每立方米凍土需要1500kg液氮，每天冷凍需要液氮量為1500*188 =282000kg,套管9的直徑為0.lm,長(zhǎng)度為150m,套管9的體積為1.18m3，液氮密度808.3kg/m3,套管9中的液氮量為1.18*808.3 = 954kg,則每天的注入水平井1的液氮量為282954kg。
[0047]在步驟1中注入上述液氮量的液氮后，當(dāng)前燃空區(qū)5的擴(kuò)展量并未達(dá)到30米，即未達(dá)到步驟2中的開始建立新加固孔的條件，故此時(shí)進(jìn)入維護(hù)期間。在維護(hù)期間內(nèi)，每天分為3班，分別向水平井中通入9000kg的液氮進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)期間的長(zhǎng)短由當(dāng)前燃空區(qū)的擴(kuò)展量決定，即維護(hù)期間截止于當(dāng)前燃空區(qū)5的擴(kuò)展量達(dá)到30米。在維護(hù)期間注入相對(duì)較少的液氮，可以保證一直凍土。
[0048]換而言之，在步驟1執(zhí)行完畢后，執(zhí)行步驟2。在步驟2中未達(dá)到當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)之前，即在當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展的過程中，持續(xù)保持向通道的位于當(dāng)前燃空區(qū)5上方的部分注入制冷劑，直至當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)5’時(shí)，停止注入制冷齊U。可理解，步驟1中的制冷劑的停止注入時(shí)間最晚是在當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)時(shí)，當(dāng)然，也可根據(jù)實(shí)際情況，在當(dāng)前燃空區(qū)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)之前的任意時(shí)刻停止注入制冷劑。而在隨后向通道的位于新當(dāng)前燃空區(qū)5’上方的部分注入制冷劑時(shí)，同樣應(yīng)用上述方法進(jìn)行計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)使得制冷劑充滿新加固孔b。
[0049]此外，在本實(shí)施例中，待氣化煤層8氣化完畢后，即在停止循環(huán)執(zhí)行步驟2后，仍繼續(xù)保持注入制冷劑，即對(duì)最后一次執(zhí)行的步驟2中的新當(dāng)前燃空區(qū)注入制冷劑，直至新當(dāng)前燃空區(qū)被填充物填充后停止注入，并由水平井I的井口(即向通道中)壓入水泥漿以加固弱含水層。其中，水泥漿至少包括早強(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)水泥漿和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)劑的水泥衆(zhòng)。進(jìn)一步優(yōu)選地，水泥衆(zhòng)包括高級(jí)水泥、快硬娃酸鹽水泥、特快硬娃酸鹽水泥、高招水泥、澆筑水泥、硫鋁酸鹽超早強(qiáng)水泥、磷酸鋅膠凝材料。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。
[0050]在設(shè)置有套管9的情況下，在壓入水泥漿之前取出套管9。其中，在待氣化煤層燃燒完畢后，會(huì)對(duì)最后一次執(zhí)行的步驟2中的新當(dāng)前燃空區(qū)中進(jìn)行填充，以防止煤層頂板塌陷。填充物為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的用于采空區(qū)填充的材料。例如，發(fā)泡劑、水泥漿混合物、粉煤灰泥漿混合物等。當(dāng)然，在其他可選地實(shí)施例中，也可在待氣化煤層8氣化完畢時(shí)停止注入制冷劑。
[0051]根據(jù)上述描述可理解，在本實(shí)施例中，通道是在待氣化煤層8的氣化過程中逐漸建立形成的。當(dāng)然，在其他可選的實(shí)施例中，可在待氣化煤層8氣化之前便將通道建立完畢。此外，通道的結(jié)構(gòu)可為上述由水平井、加固孔、新加固孔組成，也可為其他結(jié)構(gòu)，只要可以達(dá)到對(duì)在待氣化煤層形成的燃空區(qū)上方的弱含水層進(jìn)行加固即可。
[0052]此外，可選地，在步驟I執(zhí)行之前，在通過出氣井4獲得煤氣組分、煤氣的帶水量、氣化時(shí)間及氣化強(qiáng)度等數(shù)據(jù)參數(shù)并記錄的同時(shí)，監(jiān)視在地下氣化爐周圍所設(shè)置的檢測(cè)井(未示出)中的水位。其中，如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，檢測(cè)井為由地面通入弱含水層6中的井，該檢測(cè)井設(shè)置在待氣化煤層8的外側(cè)，不受待氣化煤層8的燃燒的影響。檢測(cè)井中的水位高低能夠反應(yīng)出弱含水層6中的含水量。當(dāng)弱含水層6中的含水量下降時(shí)，檢測(cè)井中的水位降低。故若發(fā)生弱含水層6向巖層7中滲水增多的情況，檢測(cè)井中的水位便會(huì)降低。隨后，在上述步驟1.2中，在持續(xù)監(jiān)測(cè)煤氣的帶水量的同時(shí)持續(xù)監(jiān)測(cè)檢測(cè)井中的水位，當(dāng)煤氣的帶水量大于第一預(yù)設(shè)值并且檢測(cè)井的水位下降第二預(yù)設(shè)值時(shí)，進(jìn)行之后建立水平井I的操作。相比較，煤氣的帶水量大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)所體現(xiàn)出的滲漏為微滲漏，而同時(shí)滿足煤氣的帶水量大于第一預(yù)設(shè)值并且檢測(cè)井的水位下降第二預(yù)設(shè)值時(shí)所體現(xiàn)出的滲漏相對(duì)較嚴(yán)重。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際情況選擇開始建立水平井的依據(jù)。其中，第二設(shè)定值優(yōu)選地為10%。
[0053]另外，在本實(shí)施例中，使用制冷劑為液氮，可將水平井I的井口封閉而僅允許套管穿入，由此可使得液氮由套管注入后氣化形成氮?dú)?，氮?dú)獗Ａ粼谒骄??；蛘呖稍O(shè)置將氮?dú)庖砸欢髁繉?dǎo)出的裝置。換言之，根據(jù)實(shí)際的制冷需要，可選擇導(dǎo)出部分氮?dú)饣驅(qū)⒌獨(dú)夥忾]在水平井中。
[0054]而當(dāng)前燃空區(qū)和新當(dāng)前燃空區(qū)的測(cè)量，可選地，在燃空區(qū)擴(kuò)展路線上的豎直井和監(jiān)測(cè)井中放入熱電偶，通過觀測(cè)熱電偶溫度變化來測(cè)量燃空區(qū)擴(kuò)展速度并計(jì)算擴(kuò)展面積，進(jìn)而得到擴(kuò)展量?；蛘?，在燃空區(qū)上方地面上布置測(cè)氡裝置，定期監(jiān)測(cè)地面氡值的變化情況，氡值會(huì)隨著地下溫度的升高而增大，由此預(yù)測(cè)燃空區(qū)的大小，進(jìn)而得到擴(kuò)展量。并且依據(jù)上述可采用的方法的需求可相應(yīng)地通過出氣井4獲得煤氣組分、煤氣的帶水量、氣化時(shí)間及氣化強(qiáng)度等數(shù)據(jù)參數(shù)并記錄。當(dāng)然，也可根據(jù)實(shí)際工況，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他測(cè)量方法測(cè)量擴(kuò)展量?？衫斫猓捎诿簩尤紵那闆r復(fù)雜，所測(cè)量出的、推算出的或模擬出的燃空區(qū)的大小可能是精確的或大致的，在現(xiàn)有技術(shù)水平的情況下，只要能夠獲得一個(gè)擴(kuò)展量(精確的或大致的)以為執(zhí)行步驟2提供時(shí)間點(diǎn)即可。
[0055]此外，上述所涉及到的第一預(yù)設(shè)值、第二預(yù)設(shè)值和第三預(yù)設(shè)值均不局限于本實(shí)施例。
[0056]另外，在本實(shí)施例中，巖層中的含水位于弱含水層中，故在弱含水層中建立通道。而在其他的實(shí)施例中，通道可建立在巖層中任何含水的位置。
[0057]綜上，本實(shí)施例的方法，依據(jù)待氣化煤層燃燒形成的燃空區(qū)的實(shí)際擴(kuò)展，有針對(duì)性的加固位于已經(jīng)形成的燃空區(qū)所對(duì)應(yīng)的上方的弱含水層，在起到加固防止煤層頂板坍塌的情況下，節(jié)省了資源，降低了生產(chǎn)成本。
[0058]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)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】
1.一種煤層上方巖層的加固方法,其特征在于， 在待氣化煤層(8)氣化前或氣化過程中，在所述待氣化煤層(8)上方的巖層中建立通道； 在所述待氣化煤層(8)氣化過程中，包括如下步驟: 步驟1，向所述通道的位于當(dāng)前燃空區(qū)(5)上方的部分注入制冷劑； 步驟2，當(dāng)所述當(dāng)前燃空區(qū)(5)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)(5，)時(shí)，向所述通道的位于所述新當(dāng)前燃空區(qū)(5，)上方的部分注入制冷劑； 步驟3，以所述新當(dāng)前燃空區(qū)(5’ )作為當(dāng)前燃空區(qū)(5)，返回所述步驟2循環(huán)，直至所述待氣化煤層(8)氣化完畢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層上方巖層的加固方法，其特征在于， 所述步驟I執(zhí)行為:在所述待氣化煤層(8)上方的巖層中建立水平井(I)，并且對(duì)應(yīng)于當(dāng)前燃空區(qū)(5)由所述水平井⑴的內(nèi)壁向外延伸建立加固孔(a)，向所述水平井⑴中注入所述制冷劑； 所述步驟2執(zhí)行為:當(dāng)所述當(dāng)前燃空區(qū)(5)擴(kuò)展形成新當(dāng)前燃空區(qū)(5，)時(shí)，對(duì)應(yīng)于所述新當(dāng)前燃空區(qū)(5，)中除去所述當(dāng)前燃空區(qū)(5)的區(qū)域(5”)由所述水平井⑴的內(nèi)壁向外延伸建立新加固孔(b)，向所述水平井(I)中注入所述制冷劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層上方巖層的加固方法，其特征在于， 在所述步驟I中，在所述加固孔(a)建立完畢后，在所述水平井(I)中設(shè)置套管，所述加固孔(a)相對(duì)于所述套管露出； 在所述步驟2中，沿所述當(dāng)前燃空區(qū)(5)的擴(kuò)展方向移動(dòng)所述套管，并在移動(dòng)后的所述套管的前方設(shè)置所述新加固孔(b)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤層上方巖層的加固方法，其特征在于， 在所述步驟2中，所述新加固孔(b)設(shè)置在所述套管的前方50cm處。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層上方巖層的加固方法,其特征在于， 在所述步驟I中，當(dāng)所述地下氣化所產(chǎn)生的煤氣的帶水量大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，建立所述水平井(I)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層上方巖層的加固方法,其特征在于， 在所述步驟I中建立至少兩個(gè)所述加固孔(a)，所述至少兩個(gè)加固孔(a)圍繞所述水平井⑴均勻設(shè)置； 在所述步驟2中建立至少兩個(gè)所述新加固孔(b)，所述至少兩個(gè)新加固孔(b)圍繞所述水平井(I)均勻設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤層上方巖層的加固方法，其特征在于， 在所述步驟2中，所述當(dāng)前燃空區(qū)(5)擴(kuò)展第三預(yù)設(shè)值后形成所述新當(dāng)前燃空區(qū)(5’)，所述套管的移動(dòng)距離大于或等于所述第三預(yù)設(shè)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層上方巖層的加固方法，其特征在于， 通過射孔鉆(2)由所述水平井(I)的內(nèi)壁向周圍巖層射孔，建立所述步驟I中的所述加固孔(a)和所述步驟2中的所述新加固孔(b)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層上方巖層的加固方法，其特征在于， 在所述步驟2中，在所述當(dāng)前燃空區(qū)(5)擴(kuò)展的過程中，持續(xù)保持向所述通道的位于所述當(dāng)前燃空區(qū)(5)上方的部分注入所述制冷劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層上方巖層的加固方法，其特征在于， 所述待氣化煤層(8)氣化完畢后，持續(xù)進(jìn)行所述步驟2中的制冷劑的注入； 當(dāng)所述新當(dāng)前燃空區(qū)(5’ )被填充物填充后，停止所述注入，并向所述通道中壓入水泥漿。
【文檔編號(hào)】E21C41/16GK104314568SQ201410497976
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】趙娟, 王媛媛, 董玉新 申請(qǐng)人:新奧氣化采煤有限公司