国内外煤炭地下气化技术发展现状

第2 8卷第 6期2 O O 9年 6月

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Co a l Te c h n o l o m

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国内外煤炭地下气化技术发展现状刘宁宁，邱亮亮，敬摘

毅

(中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州 2 2 1 1 1 6 )

要：煤炭地下气化技术作为第二代采煤法有广泛应用前景，值得深入研究。分析了煤炭地下气化所涉及的气

化炉设计、选择及贯通技术，详细介绍了煤炭地下气化技术在我国及世界主要产煤国家的发展现状及技术进展。关键词：地下气化；气化炉；贯通；发展现状中图分类号： r F D 8 4 4 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 8—8 7 2 5 ( 2 0 0 9 ) 0 6—0 0 0 5— 0 3

P r e s e n t D e v e l o p me n t o f U n d e r g r o u n d C o a l Ga s i i f c a t i o n( U C G)B o t h i nCh i n a a n d Ab r o a d

0 引言煤炭地下气化是一门融多学科为一体的综合性能原生产新技术，属第二代采煤方法。其任务是将煤炭资源原地转化为可燃气体。其基本过程为：从地面或井下施工，将地下煤层构筑成一个封闭的气理后，渣中的二氧化硅活性提高，在较低压力或常压下即可与液体烧碱反应生成水玻璃，其质量完全符合国家标准。由此可知，用煤矸石制取水玻璃，如果利用的好，将具有很好的发展前途。

化炉。煤炭点燃后，经一系列化学反应，生产出以 H 2, C O, c}{ 4为主要可燃组分的煤气，输往地面后供人们使用。实现了建井、采煤、气化三大工艺合而为主要优点是抛弃了常规采煤方法中的庞大而笨重的采煤设备与地面气化设备，具有建井规模大为减小、安全性好、资源利用程度高、投资少、效率高、一

。

石建材等领域，这方面的技术有待于加强或突破。 ( 2 )要加强煤矸石的组分、结构与特性等基础研究，根据煤矸石的特性和实际需要开发新的用途。

( 3 )我国正在大力推进循环经济建设，施行“减量化、再利用、再循环”的行为原则。把发展循环经济当做建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重

要途径。因此煤矸石的利用率将在很大程度上提高。 ( 4 )应加强对煤矸石利用的监督管理和政策支

7煤矸石用于制作新型材料煤矸石用于制造新型材料主要是制备 4 A分子筛、增白或超细高岭石等。下面简单介绍煤矸石合成4 A分子筛及其发展趋势的分析。 4 A分子筛被广泛地用于石油、化工、冶金、电子技术、医疗卫生等部门。特别是 4 A分子筛作为传统洗涤助剂三聚磷酸钠的替代品日益受到人们的重视，需求量不断增加。然而利用化工原料或优质高岭土合成 4 A分子筛又因为成本太高和原料短缺问题而影响了其推广应用。而煤矸石的化学成分主要是高岭石，经过适当处理，能够满足 4 A分子筛的需要。利用煤矸石合成 4 A分子筛是一种利用煤矿开发新产品的新技术，并且具有廉价、原料丰富、工艺流程简单的优点，具有较强的竞争力。

持。综合利用、变废为宝、化害为利是实现资源节约型和环境友好型和谐社会的关键环节。参考文献：[ 1]边炳鑫，解强，赵由才 .煤系固体废物资源化技术[ M] .北京：化学工业出版社， 2 0 0 5 .

[ 2]董保澍 .固体废物的处理与利用[ M] .北京：冶金工业出版社，1 9 9 9.

[ 3]张策，何绪文.煤矿固体废物治理与利用[ M] .北京：煤炭工业出版社， 1 9 9 8 .

[ 4]李秀金 .固体废物工程[ M] .北京：中国环境科学出版社， 2 0 0 3 . [ 5]关杰，李英顺 .煤矸石综合利用现状及前景[ J] .环境可持续发展， 2 O O 8, ( 1 ): 3 4—3 6 .

8 结束语( 1 )煤矸石资源化利用的方法还有很多，如利用煤矸石制作氧化铝等等。今后相当长时期内煤矸石的利用重点仍集中在高附加值的煤矸石发电、煤矸收稿日期： 2 0 0 9— 0 3— 0 7;修订日期： 2 O O 9—0 3—2 0

【 6]边晓如.综合利用煤矸石发电的效益评价[ D] .河北：华北电力大学 . 2 O O 7 . [ 7]刘爱新 .利用煤矸石生产建筑材料的技术要求[ J] .房材与应用， 2 O 0 2, 3 0 ( 2 ): 3 4—3 5 . (责任编辑王秀丽)

作者简介：刘宁宁( 1 9 8 6一),男，河北衡水

人，现为中国矿业大学矿业工程学院采矿工程专业在读本科生， T e l: 0 5 1 6—8 3 5 9 8 7 5 6, E—

ma j l: e u mt l r m@ 1 6 3. t o m。

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成本低、见效快、污染相对较少等优点…。引起了包括我国在内的世界主要采煤国家的关注。

1 煤炭地下气化的关键技术1 . 1地下气化炉设计和选择煤炭地下气化工程项目的首要问题是气化炉的设计和选择。影响气化炉设计的主要因素包括：煤层赋存的地质条件、煤层赋存厚度、煤质、预采用的贯通方法等。气化炉类型的合理选择可以增加产气过程的稳定性，提高煤炭资源的利用率。煤炭科技工作者曾对不同的气化炉类型进行了深人的研究， 包括单孔炉、盲孔炉、多角形 (四角、六角)炉、充填炉、 V型气化炉、 u型气化炉等。技术相对较成熟的 有 u型气化炉、 V型气化炉、填充式气化炉、长壁式气化炉和直线式复合炉。其中 v型气化炉适用于倾斜或急倾斜煤层，填充式气化炉适用于埋藏深的煤层，长壁式气化炉和直线式复合炉适用于近水平或缓倾斜煤层。应用最广的是 U型气化炉如图 1, 主要优点是对煤层赋存条件有较高适应性、贯通技术成熟、施工简单等 J。孔2 孔 l

孔。英国、德国、捷克等国都对此进行了深入研究， 取得了很好的效果。该技术也在煤炭地下气化中得到了较好的应用。

2 国外主要产煤国技术进展2 . 1俄罗斯

1 9 3 2年前苏联在顿巴斯矿区建立了世界上第座有井气化站，从此时起直至 1 9 6 5年超过 3 O a的时间是苏联煤炭地下气化的黄金时期。 1 9 3 4年顿尼茨煤化工学院马特维夫教授提出了气流式地下气化方案，并取得试验成功。1 9 3 8年对气流式 U型地下气化炉进行的工业试验也获得成功。在此基础上苏联在莫斯科近郊煤田试验成功了无井式地下气化炉，并发展了各种贯通技术。经过几十年的研究，俄罗斯的煤炭地下气化技术获得了长足发展。,俄罗斯能源部门宣布 2 0 0 5年一2 0 1 0年使每年煤炭地下气化产量按热值折算为商品煤，等于全俄罗斯矿

井采煤总量的 2 7%。计划用地下煤气每年发电 2 0 0 0亿 k W h,生产化工原料 2 5 0 0亿 t -】 J。一

2 . 2美国

图1 U型气化炉的基本形式

1 . 2贯通技术

迄今国内外专家主要试验 5种贯通方法：电力贯通、爆炸破碎、水力压裂、反向燃烧、定向钻孔。只有后两种方法证明是可行的。 ( 1 )电力贯通。这是早期采用的方法，美国得克萨斯公共事业公司吸收得克萨斯州工业大学和另外 8家公司共同进行了该方法的研究。此外英国、波兰等也对该方法进行了研究。得出的结果是：因煤层电阻大，耗电太多，效果不好，因而该方法已被淘汰。 ( 2 )爆炸破碎法。该方法在美国的一系列早期试验中，未能使煤层产生足够的渗透性，而且难以控制。随着爆破技术的进步，这种方法的研究也取得了一定进展，但仍不能达到理想效果。 ( 3 )水力压裂。水力压裂是从钻孔向煤层注入带支撑剂 (砂子等 )的高压水，使煤层压裂，排水后砂子留在煤层裂隙中，从而提高煤层渗透性。美国、法国、比利时、德国等都曾进行水力压裂试验，均以失败告终。 ( 4 )反向燃烧。反向燃烧是从甲孔点火，从乙孔鼓风，燃烧面的推进方向与气流方向相反，煤气从甲孔引出。该方法技术相对成熟，得到了一定范围的应用。 ( 5 )定向钻孔。定向钻孔是石油工业开发的一种钻井新技术，它是从地面打垂直钻孔，钻到一定深度后，钻孔可以拐弯，变成水平方向钻进，形成水平

美国地下气化试验始于 1 9 4 6年。首先以有井式在亚拉巴马州高加斯城附近的浅部煤层试验，分别采用了空气、水蒸气、富氧空气等气化剂做实验， 煤气热值达到 O . 9 5 . 4 M J/ m 3。2 0世纪 7 O年代因能源危机，组织 2 9所大学和研究机构，在怀俄明州进行大规模有计划的试验，开发出四种不同类型的地下气化炉。在此期间最著名的是怀俄明州汉纳实验基地的洛基山试验，解决了加大炉型、提高生产能力、降低成本、提高煤气热值的问题。美国能源部宣称，一旦再发生能源危机，将广泛使用该技术生产中热值煤气，以解决国

家之急需 L 3 J。 2 . 3捷克捷克的煤炭地下气化工作始于 1 9 5 5年。最著名的实验是在布什兹诺褐煤层采用无井式火力渗透法进行的试验。该实验在结束后解剖了地下气化炉，主要有如下发现： ( 1 )煤层垂直厚度全部被烧空； ( 2 )煤层燃烧后留下的空间被部分矿渣及从顶板陷落的岩石所填充； ( 3 )钻孔发生显著变形，说明不能用加深钻孔的方法同时气化多个煤层； ( 4 )气化结束 6个月后，气化炉的温度没有完全降下来。

3煤炭地下气化在我国的发展现状3 . 1国内煤炭地下气化研究进人 2 0世纪 9 0年代后，我国的煤炭地下气化研究已从实验室走向坑口气化实验阶段，相继在徐

州马庄矿、开滦刘庄矿、义马、依兰、鹤壁的各矿区进行试验，生产出了管道煤气]。中国矿业大学的专家与中梁山煤电气有限公司合作，在中梁山进行了试验，首次实现了在高瓦斯矿井进行地下多煤层联合气化，并实现了产业化，预计到 2 0 0 9年实现年产煤气 2亿 m 3的目标 J。

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煤层 A V O正演模拟王琴莉，韩建光，武振波，李世豪(中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 2 2 1 1 1 6 ) 摘要： A V O技术是研究反射波振幅随炮检距的变化规律，目前在油气探测中已成为一种十分有效的勘探手段。 基于 A V O技术在多方领域中的探讨，对在煤层勘探中的应用进行了分析，建立了煤系地层的 A V O正演模型，并对其进行了分析研究，认为煤层顶、底板反射波振幅随炮检距的增加而减小。根据不同煤种反射波振幅随炮检距的变化不同还可以估算出煤的种类。 关键词：煤系地层；A V O正演；反射系数中图分类号： T D 1 6 3 文献标识码： A

文章编号： 1 0 0 8—8 7 z s ( 2 o o 9 ) o 6—0 0 0 7— 0 2

An a l 0 g 0 f C0 a l—b e a r i n g S t r a t a AV0( C o l l e g e o f R e S o I l e s a n d E a r t h S c i e n c e

s。 C h i n a U v e r e r s￣ y o f Mi m n g a n d T e c h n o l o g y。 X u z h o u 2 2 1 1 1 6 - C h i n a )Ab s t r a c t: AVO t e c h n o l o g y i s t h e s t u d y r e le f c t e d wa v e a mp l i t u d e wi t h o f s e t c h a n g e s i n t h e l a ws c u r r e n l t y i n t h e

WA N G Q i n—l i。H A N J i a n—g u a n g, WU Z h e n—b o,U S h i—h a o

o i l a n d g a s e x p l o r a t i o n h s a b e c o me a v e r y e f e c t i v e me a n s o f e x p l o r a t i o n. B a s e d o n he t AVO i n出e mu l t i—t e c h— n o l o g y i n t h e i f e l d o f e pl x o at r i o n o f c o a l a n d i n t h e e x p l o r a t i o n a n a l y s i s .e s t a b l i s h i n g t h e mo d e l o f he t c o a l— b e a r i n g s t r a t a o ft h e AVO,a nd na a l y z e d, c o n s i d e r i n g ha t t he t c o a l s e a m r o o fa nd l f o o r r e le f c t e d wa v e a mp l i t u d e ’ v i t h he t o f et s i n c r e a s i n g. Ke y wo r d s: c o a l—b e a r i n g s t r a t a;AV0;r e le f c t i o n c o e f i f c i e n t

0前言A V O技术用于评估地震反射振幅随炮点与接收器之间的距离改变而发生的变化，在2 O世纪 8 O表 1国内主要试验的煤气组分含量 (%)

年代由科学家 S h u e y提出 Z ep o p r i t z方程的简化式后在煤田勘探和油气探测中已得到广泛应用。借助 A V O分析，可以更好地评估油气藏岩石属性，包括孔隙度

、密度、岩性与流体含量。下原巷道进行施工，通道长度可达 5 0 0 1 0 0 0 m,以此来满足气化过程中氧化、还原和干燥干馏区的长度，使反应进行充分。由于断面大，降低了供风的阻力，提高了供风效果和供风能力，同时也增大了干馏干燥区的作用面积，有利于甲烷气等可燃气体的析出，无疑能够提高煤气热值。两阶段的第一阶段正向压入空气或富氧，生成空气煤气的同时为气化炉

注： N表示无数据。

3 . 2在煤炭地下气化方面我国的主要技术进展 3 . 2 . 1柴兆喜教授的矿井气化技术柴兆喜教授通过对美国、欧洲、前苏联的考察研究并结合中国的实际，创立了矿井气化技术体系。 1 9 9 7年起先后在黑龙江依兰煤矿、河南义马矿务局、鹤壁矿务局一矿、新密下庄河矿等不同煤层和地质条件的矿井气化试验，取得了良好的效果，煤气连续生产 3~9个月，气化煤量 2 0 0 0~1 5 0 0 0 t,气化率 7 0%一9 0%,煤气产量 1 O~2 5万m 3/ d,热值 5 . 1~l 1 Ⅳ U/ r n 3。该技术是在现有或新建矿井中，用巷道掘进方式构筑一个或多个气化炉 (气化工作面 ),气化剂就近通过管道注入气化工作面。与传统的煤层地下

蓄热；第二阶段由排气孔供给水蒸汽，使煤层物理热转变为化学热，生产以 H 2, C O和 c H 4为主的高热值水煤气。两个阶段组合在一起实现一个循环 J。

4 结束语煤炭地下气化作为第二代采煤方法虽然还有许多困难尚未解决，离满足工业化生产还有一定距离， 但其与生俱来的优点引起了人们的广泛关注，随着煤炭地下气化技术的不断完善，该技术一定能够得到广泛应用，为煤炭生产做出贡献。 参考文献：【 1][ 2][ 3][ 4]余力 .煤炭地下气化的过去与未来[ J] .矿业译丛， 1 9 9 0, ( 4 )。 刘光华 .煤炭地下气化新工艺[ J] .煤炭技术， 2 0 0 1, ( 1 ) . 杜锋，梁杰 .煤炭地下气化技术[ J] .陕西煤炭， 2 0 0 3, ( 1 ) . 赵守国，杜金业，王阁 .我国煤炭地下气化试验的进展与反应过程[ J] .煤气与热力， 2 0 0 0, ( 5 ) . [ 5]柳少波，洪峰，梁

杰 .煤炭地下气化技术及其应用前景[ J] .天然气工业， 2 0 0 5, ( 8 ) . [ 6]聂淼，董双干 .我国煤炭地下气化的试验研究[ J] .中州煤炭，2 0 0 1, ( 3 ) .

气化模式相比，它解决了从地面钻进构筑气化炉施工困难、精度难以控制、单炉气化能力低、不宜大规模生产、气化炉运行难以监控、通道小、故障处理难度大、煤气产量小、投资大等弊端 J。3 . 3 . 2余力教授的气化新工艺

余力教授总结近年来国内外经验，提出了“长通道、大断面、两阶段”气化新工艺。长通道指利用井收稿 1 3期： 2 0 0 8—1 2—0 6;修订日期： 2 0 0 9—0 3—2 0

[ 7]梁杰，余力 .反向两阶段煤炭地下气化方法的研究[ j] .煤炭学报， 1 9 9 6, ( 1 ) . (责任编辑王秀丽 )

作者简介：王琴莉 ( 1 9 8 6一),女，江苏连云港人，现为中国矿业大学资源与地球科学学院地球物理系学生。

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