深部煤炭原位气化开采关键技术及发展前景

我国深部煤炭资源储量丰富.煤炭地下气化可将其转化为燃气输出到地面,是深部煤炭原位流态化开采的重要途径.本文介绍了煤炭地下气化技术(UCG)的发展历程、技术现状以及中深部煤炭地下气化典型案例,基于现代煤炭地下气化技术体系剖析了深部煤炭地下气化的关键技术及技术攻关方向,展望了以天然气生产为目标的深部煤炭气化开采前景.UCG...     

煤炭地下安全气化高度的估计方法

煤炭地下安全气化高度的准确确定是保证煤炭地下气化顺利进行的关键。笔者从多方面讨论了煤炭地下安全气化高度的确定方法，并结合实例进行了分析。     

煤炭地下气化模型试验研究现状与发展

为探索模型试验在煤炭地下气化研究中的作用,阐述了煤炭地下气化模型试验气化炉的结构特征、燃空区扩展规律及气化工艺.研究结果表明,模型气化炉虽不能完全模拟地下煤层赋存条件,但可在煤层和岩层中设置温度、压力、组分和应力等测点,获得现场难以测得的温度场、压力场、浓度场和应力场等物理场;可对不同赋存条件下煤层的燃空区扩展形状及规律展开直观研究;气化工艺模型试验不仅可获得与现场试验相同的工艺参数,也可开展煤炭地下气化过程中污染物析出与迁移规律的研究,并用于现场生产.最后,提出了模型试验的发展方向.     

煤炭地下气化残渣中微量元素的环境风险评估

煤炭地下气化是一种新的煤炭利用技术,具有安全、经济、环保等优势;然而,地下气化残渣的稳定性一直是人们关注的重点问题,也是地下气化技术应用的瓶颈问题之一。研究煤炭地下气化残渣中微量元素的化学形态对于理解残渣中微量元素的迁移和转化以及保护地下环境具有重要的意义。以乌兰察布褐煤为研究对象,制备了煤炭地下气化不同反应阶段的产物。采用逐级提取法研究了微量元素(Hg, F,Se, Zn, Pb, Ba)不同形态的分布。引入风险评价指数(Risk Assessment Code, RAC)评估了地下气化残渣中微量元素的危害级别。结果表明,Ba在热解半焦中以BaSO₄的形式存在,F存在于碳酸盐矿物中。在900～1 300℃的气化灰渣中,大部分的Hg已经挥发到气相中,此时Hg对地下环境已无危害。Zn在900℃和1 000℃的还原灰渣中对地下环境具有高风险。Ba和Pb对地下环境的危害级别随着反应温度的升高而逐渐降低。氧化残渣(1 100～1 500℃)中F,Zn, Ba, Se和Pb主要是以残渣态的形式稳定存在。Zn和Se在1 100℃的氧化残渣中对地下环境是中等危害,随着氧化温度的...     

反向两阶段煤炭地下气化方法的研究

在物料平衡的基础上，建立了两阶段煤炭地下气化方法理想气化参数的计算模型。通过对模型试验结果的分析，指出了该气化方法温度场发展过程的一般规律和中热值地下水煤气的形成原因，从而得到了一些工艺控制参数。反向两阶段煤炭地下气化方法能够获得热值Ｑ＝１２．５６ＭＪ／ｍ３以上的地下水煤气，该煤气由水煤气和干馏煤气组成，与同向两阶段气化方法相比，进一步提高了气化过程的热效率。     

煤炭地下气化的有益探索--中国矿业可持续发展的战略研究

煤的气化是指煤在氧化区燃烧,还原区还原,经干燥区干燥后形成的可燃组分地下煤气.这种煤气具有热值高、生产成本低的优势,具有很好的经济效益,是煤炭开采方式的根本性变革.     

辽河油田深部煤炭资源地下气化的探讨

利用钻孔式煤炭地下气化进行深部煤炭资源开采,在我国还是一个空白,故拟利用辽河油田丰富的深层煤炭资源及其先进的钻井设备、完善的泥浆体系、先进的压裂设备解决在煤层中钻进的井眼保护和贯通问题,进行煤炭地下气化先导性试验,开展我国钻孔式煤炭地下气化技术的应用。     

热力耦合作用下煤炭地下气化地表沉陷预测方法

煤炭地下气化是煤炭低碳绿色开采技术体系的重要组成,煤炭行业“双碳”目标的实施使得煤炭地下气化迎来良好的发展机遇。然而煤炭地下气化也会引起岩层移动及地表变形,导致利用地下气化回收井工难以开采的“三下”压煤时,严重威胁地面建（构）筑物安全。如何兼顾煤炭地下气化特点准确的预测其地表沉陷,已成为制约煤炭地下气化产业化应用的重要瓶颈之一。基于此,结合“条采-面采”后退式地下气化工艺特点,探究了热力耦合作用下煤炭地下气化引起地表沉陷的诱因,得出地下气化产生地表沉陷的根源是岩层挠曲与焦化隔离煤柱压缩变形。在此基础上,建立了热力耦合作用下煤炭地下气化顶板挠曲变形计算方法以及基于D-P准则的气化煤柱屈服模型与压缩计算方法,进而根据等效下沉空间原理构建了热力耦合作用下煤炭地下气化地表沉陷精准预测模型,并通过乌兰察布煤炭地下气化地表沉陷的实测数据验证了新方法的有效性和准确性。     

煤炭地下气化过程中温度场及其传热特征研究进展

煤炭地下气化(UCG)技术作为一种环境友好的采煤方法,可被用来开发深部煤层与矿井遗留的煤炭资源.当地下气化时,随着气化时间的推移,煤炭在煤层内部"燃烧"逐渐形成气化炉,炉内温度最高可达1200℃.从UCG过程中的放热反应出发,综述了热量来源、温度场的变化及其传热特征等,总结了研究温度场的重要手段.分析认为,UCG是一个...     

高温对煤炭地下气化围岩损伤的影响

煤炭地下气化是煤炭无害化开采技术创新战略方向之一,该技术可以回收老矿井废弃煤炭资源,对传统采煤技术难以开采的煤炭资源进行原位清洁转化。气化过程中燃空区形成带来的结构应力和高温造成的热应力共同作用对岩石造成损伤。以大城勘查区深部煤层为气化对象,得出典型围岩热物性及力学参数随温度变化规律。基于连续损伤力学理论,在平滑Rankine损伤模型的基础上提出高温岩石损伤变量模型,使用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件对深部煤层地下气化过程围岩温度、主应力、损伤变量进行模拟研究。结果表明,5种典型岩石的比热容随温度升高整体呈上升趋势,导热系数随温度升高整体呈下降趋势,抗压强度和弹性模量随温度变化规律差别较大。围岩受温度影响范围随气化时间呈指数变化,气化10 d时,温度影响范围仅为3.27 m;气化50 d时,温度影响范围达到5.73 m;气化100 d时,温度影响范围为8.21 m;气化400 d时,温度影响范围达到18.20 m。结合地下气化过程中普遍采用的控制注气点后退气化法,岩石处于高温区的时间在40 d左右,温度场对围岩的影响范围约为4.7 m。燃空区上方及两端均出现损伤...     

煤炭地下气化温度场动态扩展对顶板热应力场及稳定性的影响

为探索煤炭地下气化过程中煤层温度场扩展对顶板应力的热影响,利用相似材料制作大尺度顶板模拟内蒙古乌兰察布褐煤层顶板泥质软岩,对煤层温度场动态扩展条件下,顶板应力场扩展过程及顶板稳定性进行实验研究。结果表明,在模型实验中,顶板热应力的最大值可达1.5 MPa。在氧化区培育阶段和气化阶段,煤层温度场沿通道轴向平均扩展速率分别为0.018,0.028 9 m/h,顶板热应力场沿通道轴向扩展速率分别为0.015和0.027 m/h。氧化区培育阶段煤层温度场扩展主方向与裂隙方向一致,煤层温度场动态扩展与顶板热弥散的双重作用使顶板应力场的扩展速率逐渐趋近于煤层温度场扩展速率。同时,泥岩顶板受高温影响在垂直气化通道方向形成稳定的拱形结构,可维持顶板在垂直气化通道方向的区域稳定。