新型的煤炭开采—煤炭地下气化

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摘要：煤炭是我国的支柱产业，采煤是我省主要经济命脉。签于近几年采煤事故接连不断。透水、瓦斯爆炸让人听虎色变，但中国离不开采煤，离不开煤炭。怎么样才能平安采煤、高兴用煤呢？这是几代人日思夜想的难题，于是人类开始另循途径，改变采煤方式，想到了煤炭地下气化。

关键词：气化，巷道

Abstract: coal is the pillar industry in China, the coal mining is the main economic lifeline in our province. Sign in mining accidents continued in recent years. Floods, gas explosion let the person listen to tiger color change, but China cannot leave the coal mining, cannot leave the coal. How to use coal mining, peace? This is the problem of a few generations so desperately, so humans began to follow the other way, change the mode of coal cutting, thought of the underground coal gasification.

Keywords: gasification, roadways

中图分类号：F407.21文献标识码：A 文章编号：

煤炭是我国的支柱产业，煤炭工业为了保证国民经济的高速发展，我国煤炭产量与消费量已占世界的1/3。但是，在煤炭企业为国家作出贡献的同时，煤炭企业整体上并没有走出困境。国家和企业没有投入足够的力量来解决煤炭开发与利用中对环境污染问题。人们在大量利用煤炭的同时，对于开采与燃煤对环境的污染提出了很多疑问，再加上煤矿事故频发，因此，社会要求煤炭开采工艺有新的发展。这样迫使人们去研究新的采煤工艺。象露天开采工艺，但也有许多人想到了煤炭地下气化方式。

一、煤炭地下气化应用

煤炭地下气化是开采煤炭的一种新工艺，其特点是将埋藏在地下的煤炭直接变为煤气，通过管道把煤气供给工厂、学校、电厂等各类用户，用来发电、采暖、做饭，使现有矿井的地下作业改为采气作业。煤炭地下气化的实质是将传统的物理开采方法变为化学开采方法，是一新型、可发展新型工艺。煤炭地下气化因具有安全、高效、低污染、易运输等优点，所以世界各国对此都非常重视。

二、煤炭地下气化的原理

首先从地表沿煤层开掘两条倾斜的巷道。一个是进气巷道，一个是排气巷道。然后在煤层中靠下部用一条水平巷道将两条倾斜巷道连接起来，被巷道所包围的整个煤体，就是将要气化的区域，称之为气化盘区，或称地下发生炉。最初，在水平巷道中用可燃物质将煤引燃，并在该巷形成燃煤工作面。这时从鼓风巷道吹入空气，在燃烧工作面与煤产生一系列复杂的化学反应后，生成的煤气从另一条倾斜的巷道即排气巷道排出地面。随着煤层的燃烧，燃烧工作面逐渐向上移动，而工作面下方的采空区被烧剩的煤灰和顶板垮落的岩石所充填，但塌落的顶板岩石通常不会完全堵死通道而仍会保留一个不大的空间供气流通过，只需利用鼓风机的风压就可使气流顺利通过通道。这种有气流通过的气化工作面被称为气化通道，整个气化通道因反应温度不同，一般分为气化带、还原带和干馏、干燥带三个带。

1、气化带。在气化通道的起始段长度内，煤中的碳和氢与空气中的氧化合燃烧，生成二氧化碳和水蒸气。在化学反应过程中同时产生大量热能，温度达1200℃到l 400℃，致使附近煤层炽热。

2、还原带。气流沿气化通道继续向前流动，当气流中的氧已基本耗尽而温度仍在800～l000℃以上时，二化碳与赤热的煤相遇，吸热并还原为一氧化碳。同时空气中的水蒸气与煤里的碳氧起反应，生成一氧化碳和氢气以及少量的烷族象甲烷等气体，这就是还原区。

3、干馏、干燥带。在还原反应过程中，要吸收一部分热量，因此气流的温度就要逐渐降低到700～400℃，以致还原作用停止。此时燃烧中的碳就不再进行氧化，而只进行干馏，放出许多挥发性的混合气体，有氢气、瓦斯和其他碳氢化合物。这段称为干燥带的干馏部分。在干馏之后便是干燥带。混合气体此时仍有很高的温度可气化其中的水分，混合气体干燥后，最后可得到二氧化碳、一氧化炭、氧气、氢气、甲烷、硫化氢和氮气的混合气体，其中一氧化碳、氢气、甲烷等是可燃气体，它们的混合物就是煤气。

三、煤炭地下气化方法

气化方法通常可分为有井式和无井式两种。所谓有井式地下气化法如前所述。无井式地下气化是应用定向钻进技术，由地面钻出进、排气孔和煤层中的气化通道，构成地下气化发生炉。而无井式气化法是用钻孔代替坑道，以构成气流通道。避免了有井式气化法需要预先开掘井筒和平巷等，其准备工程量大、成本高，坑道不易密闭，漏风量大，气化过程难于控制，而且在建地下气化发生炉期间，仍然避免不了要在地下进行工作的其它问题，使煤炭地下气化技术有了很大提高。目前它己在世界上被广泛采用。

四、无井式地下气化法的生产工艺系统

无井式气化法的准备工作包括两部分：即从地面向煤层打钻孔和在煤层中准备出气化通道。从地面向煤层打钻孔可以采用三种形式的钻孔：垂直钻孔、倾斜钻孔和曲线钻孔。当钻孔钻至煤层后，在钻孔底部的煤层里，准备出气化通道的工作叫做钻孔贯通工作。贯通的方法目前有以下几种：空气渗透火力贯通法、电力贯通法、定向钻进贯通法和水力压裂法。根据煤层赋存条件的不同，其生产工艺系统也有差异。对于近水平煤层和缓斜煤层，在规定的气化盘区内，先打好几排钻孔。钻孔采用正方形或矩形布置方式。钻孔沿煤层倾向成排地布置，每排钻孔的数目取决于气化站所需的生产能力。

五、地下气化效果的主要影响因素

影响地下气化的因素很多，但主要的影响因素有以下几个方面。

1、供氧量。鼓风的压入强度和鼓风中的氧气浓度对地下气化的效果有直接影响。前苏联分别用空气和富氧空气作为气化剂进行试验。实验表明，供风量越大，气化剂含氧量越高，煤气的热值就越高。

2、温度与含水量。气化通道中的温度，煤田的含水量也是影响地下气化的因素。保持高温是提高地下气化强度的必要条件之—。高温可以加快物质之间的化学反应速度，但目前对温度的控制比较困难。另外，在相同的条件下，气化通道内气体流动状态也直接影响着气化反应速度，采用脉动鼓风可以使煤气的热值提高。适量含水有助于提高煤气质量，而含水过多将使温度降低，影响气化效果。含水量的适宜性随气化工作面温度的高低而变，目前，在温度不易控制的条件下，其含水量功亦难以控制。

3、其他因素。气化通道的长度是影响气化的另一个重要因素。目前定向钻进技术限制了通道的贯通长度，但一致认为，通道应满足气化反应四个区的要求，一般认为通道长些较为有利。对于不同的煤层，不同的通道断面，不同的气化剂，气化通道存在一个合理的长度范围。此外，煤层的赋存条件也是影响气化过程的一个因素。通道的断面大小对气化过程也有影响。