PDF《测氡法探测地下气化燃烧区及移动速度研究》

第23卷第3期 山东建筑大学学报 V01.

23 No.3 2008年 6月 JOURNAL OF SHANDONG JIANZHU UNIVERSl7I.Y June

2008 文章编号:1673―7644(2008)03-0203―05 测氡法探测地下气化燃烧区及移动速度研究 陈启辉1,梁杰2,余力2,郭秋英1 (1.山东建筑大学土木工程学院,山东济南250101;

2.中国矿业大学化学与环境工程学院,北京100083) 摘要:煤炭地下气化技术是抛弃了全部庞大的、笨重的采煤设备与地面气化设备.并将传统的地面气化转化为地下 有控制的气化新技术.其具有安全性好、投资少、效率高、污染小、效益高等优点.为了使煤的燃烧和气化得到有 效的控制,监测燃烧区的范围和火焰工作面移动速度是致关重要的.在分析了测氡法应用于确定燃烧区范围和移 动速度可行性的基础上,本文提出了采用测氡法对急倾斜煤层中煤炭地下气化燃烧区范围和移动速度进行监测的 有益探索.现场试验研究表明,该方法能够较好地探测燃烧区的范围和移动速度. 关键词:煤炭地下气化;

燃烧区范围;

测氡法;

移动速度 中图分类号:TQ546 文献标识码:A Study on underground coal gasification combusted zone and velocity by radon-measurement method CHEN Qi.huil,LIANG Jie2,YU Li2,et a1. (1.School of Civil and Engineering,Shandong Jianzhu University,Jinan 250101,China;

2.School of Chemical and Envi- ronmental Engineering,University of Mining&

Technology,Beijing 100083,China) Abstract:All of mining and ground gasification equipment are abandoned for technology of underground coal gasification(UCG),and traditional ground gasification is converted to underground controlled gasifi― cation.UCG has advantages of good safety,less investment,great effect,less pollution,and hish bene- fit.For the controlling of gasification and combustion of coal,it is very important to survey combusted zone and velocity.On basis of feasible analysis by radon―measurement method,radon-measurement meth・ od is applied for the detection of combusted zone and velocity of UCG in steep coal layer.In field-test, cgmbusted zone and velocity can be effectively detected by this method. Key words:underground coal gasification(UCG);

combusted zone;

radon measuremem method;

velocity 0引言 煤炭地下气化就是使地下煤炭通过热化学反应 原地转化为可燃气体的技术,它是集建井、采煤、转 化三大工艺为一体,多学科开发能源及化工原料的 新技术.将物理采煤方法转化为化学采煤,抛弃了 全部庞大的、笨重的采煤设备与地面气化设备,并将 传统的地面燃烧转化为地下有控制燃烧,因而是一 种洁净煤综合利用技术,故具有安全性好、投资少、 效率高、污染小、效益高等优点.目前国内外在其理 收稿日期:2008一03―03 基金项目:建设部科技计划资助项目(05・kl―14) 作者简介:陈启辉(1970一),男,江苏武进人,山东建筑大学土木工程学院副教授,博士,主要从事岩土与地下方向的研究 万方数据 2丝 出壅建箕盔堂堂握 塑!生 论和实践上进行了深入的研究,取得了令人瞩目的 关系,结果表明在+260.C时岩石中氡析出率为 成就,该技术也从室内模型试验、现场小型试验、半10.62%±0.3%,而在一80℃时,析出率为2.81% 工业性试验的基础上,正逐步向现场工业性试验和 ±0.18%,减少了70%.前苏联学者苏尔坦霍耶夫 应用道路上迈进…. 等研究了氡中矿物中析出与温度的关系,当温度达 煤炭地下气化工艺是自地面向下打钻孔到煤 10000C时,氡析出为90%.B.A.Hukutkuh曾作过 层,再在煤层内部将钻孔连结起来,以其中一个钻孔 含铀矿物随温度析出氡的试验,试验结果表明,随温 将气化剂(如空气、水蒸汽、富氧空气等)输出到煤 度的升高,氡的析出量在逐渐增大.综上所述,氡的 层,气化剂在煤层内进行不完全燃烧,并连续发生气 析出与温度之间有一定的相关关系.用此原理,可化,把产生的可燃气体从另一个钻孔输送到地面,地 用该方法来进行煤炭地下气化煤层燃空区扩展范围 下气化工艺示意图如图l所示旧1. 和火焰工作面移动速度的探测M.8】.本文通过对我 圈1煤炭地下气化示意图 在煤炭地下气化过程中,由于煤炭不断地被燃 烧气化而形成燃空区,燃空区不断扩大,煤层顶底板 日益暴露,给气化过程带来两方面的影响:第一,随 着空间的扩大,反应区的表面积越来越小,反应强度 降低;

第二,在煤炭地下气化过程中,燃控区上方及 两侧的煤,在煤的燃烧与气化的高温作用下,将不断 烧掉或热软化,从而使气化空间不断上移与扩大. 而气化空间上方的岩层在高温和地应力作用下也将 逐步丧失稳定而冒落,从而严响炉内温度.还有可 能引起燃控区上方煤岩层的过量移动、开裂破坏和 地表沉陷,造成燃空区内煤气漏失或溢出地表污染 环境,使气化炉不能正常生产,如何监测地下气化过 程中燃空区塌落后空间的变化以及地下火焰的移 动,对控制气化过程中煤气质量的控制、保持炉内温 度的稳定、燃空区上覆岩层移动及地表沉陷起着至 关重要的作用. 前苏联B.n.舍库拉塔克∞.5o提出用地球物理 方法可监测煤炭地下气化燃烧面的移动速度和燃烧 范围.地下煤层燃烧时,由于高温作用使得岩层中 的物理场和岩石性质发生了异常变化,用各种地球 物理方法可测出上述异常现象,可确定燃烧空间的 边界.由于在煤层.,广泛存在衰变子体氡,巴西的 P.M.C.Barretto研究了氡在岩石中的析出与温度的 国急倾斜煤层中煤炭地下气化燃空区采用测氡法进 行现场有益的探索,现场试验研究表明该方法能够 较好地探测燃空区岩层扩展范围和火焰移动速度. 1测氡法探测原理 岩石中均含有天然放射性系列元素:8U,其衰 变的射气元素为氡(=R.).因氡的半衰期为3.825 d,氡在地下是以对流、扩散及随地下气体等接力传 递作用向上流动传输的,所以氡可由地下向上迁移 较长的距离,同时氡是惰性气体,在从地下向上迁移 过程中不参与任何化学反应.因此,可以通过观测 地表附近氡的异常来了解地下深部的地质信息. 在煤炭地下气化过程中,在煤层燃烧区产生温 度为700―8000C的高温区,同时在煤层附近的岩层 中通过热传导等方式形成温度场,也影响周围煤岩 层中孔隙水的温度. 在文献[4,5]等相关文章研究表明,在高温条 件下,煤岩层中铀的射气系数随温度的升高而增大, 岩石所析出的氡越多,图2为3h内不同温度的条件 下氡气析出情况.

50 40 逞30 瓣20 蠢10 d

0 100

200 300

400 500

600 700

800 9001000 温度/℃ 图2氯气析出率与温度关系 另外,岩石均有一定的孔隙度,而........