大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112647923A(43)申请公布日2021.04.13(21)申请号202011546621.1(22)申请日2020.12.24(71)申请人山东科技大学地址266590山东省青岛市黄岛区前湾港路579号(72)发明人辛林冯洺泽程卫民李凯旋胡相明吴景李佳泽谢军李剑(74)专利代理机构青岛智地领创专利代理有限公司37252代理人张凯(51)Int.Cl.E21B43/295(2006.01)E21B49/00(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验装置及方法(57)摘要本发明提供了一种大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验装置及方法，涉及采矿工程技术领域，解决了如何研究长通道内燃空区扩展规律和覆岩力学变化规律的技术问题。该试验装置包括气化炉、气化剂制备单元、监测单元和数据处理单元，气化炉模拟长通道内煤炭气化开采过程，气化剂为气化开采提供模拟煤层气化所需气体，监测单元包括气体流量计、气体压力表、测温热电偶、气相色谱仪、声发射传感器和压力传感器，监测单元对气化过程中的气化参数进行监测，记录气化过程中的岩层温度变化和声发射信号，试验不同配比的气化剂对气化过程的影响，分析气化产生的气体组分及污染物，从而更直观的对气化炉燃空区及覆岩的形态进行观察研究。CN112647923ACN112647923A权利要求书1/2页1.一种大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验装置，其特征在于，包括气化炉、气化剂制备单元、监测单元和数据处理单元，气化剂制备单元通过气化炉上的注气口相连，监测单元监测将监测参数传递至数据处理单元；所述气化炉包括底座、垫板、第一侧板、第二侧板和顶盖，垫板、第一侧板和第二侧板和顶盖围成密闭的长方体试验空间，试验空间内还安装有点火装置，2个相对布置的第二侧挡板上分别设置有注气口和排气口，2个相对布置的第一侧板上设置有多个螺孔，顶盖上设置有多个螺孔，充填装置和气化炉顶盖上的开口相连；所述监测单元包括气体流量计、气体压力表、测温热电偶、气相色谱仪、声发射传感器和压力传感器，气体流量计、气体压力表监测注气管路和排气管路上的气压和流量，测温热电偶通过螺孔配置在气化炉上监测温度，声发射传感器通过螺孔配置在气化炉的边角位置监测覆岩破坏，压力传感器通过螺孔配置在模拟上覆岩层的表面监测围岩应力，气相色谱仪监测排气管路中气体的组分。2.根据权利要求1所述的一种大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验装置，其特征在于，所述气化炉的结构使用不锈钢材料制作并在表面镀镍，顶盖上设置有吊环；顶盖和第一侧板、第二侧板之间通过螺栓连接固定。3.根据权利要求2所述的一种大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验装置，其特征在于，所述第一侧板、第二侧板与底座之间通过不锈钢角码连接，2个第一侧板在第一方向上相面对的布置，2个第二侧板在第二方向上相面对的布置。4.根据权利要求1所述的一种大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验装置，其特征在于，所述气化剂制备单元包括空气压缩机、蒸汽发生器、氧气罐和二氧化碳罐，空气压缩机、蒸汽发生器、氧气罐和二氧化碳罐通过注气管路分别与注气口相连。5.根据权利要求1所述的一种大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验装置，其特征在于，所述排气管路的出口处设置有放散塔，放散塔和排气口之间的排气管路上还设置有洗涤罐、脱硫罐和脱焦罐。6.一种大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验方法，其特征在于，利用权利要求1至5任一项所述的一种大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验装置，步骤包括：S1.组装气化炉，试验空间底部铺设垫板；S2.在试验空间内铺设相似材料，构建模拟底板、模拟煤层和模拟顶板；S3.在模拟煤层中布置注气通道和排气通道，并连接注气管道，关闭排气管道，进行气化炉的气密性试验；S4.在气化炉布置测温热电偶对试验空间内煤岩层的温度进行监测；S5.在气化炉的边角位置布置声发射传感器，对试验空间内煤岩层的应力和破坏情况进行监测；S6.在气化炉布置应力传感器，对试验空间内的煤岩层应力进行监测；S7.模拟煤层气化过程；S8.监测单元采集气化过程中的监测数据；S9.模拟燃空区的充填；S10.解剖气化炉，观测模拟顶板、模拟底板，以及燃空区。7.根据权利要求6所述的一种大尺度型煤煤炭地下气化相似材料模拟试验方法，其特2CN112647923A权利要求书2/2页征在于，所述煤层气化的过程任选一项进行，具体包括：A1.空气气化过程模拟：气化通道内通过点火装置加热点燃模拟煤层；点火后，空气压缩机向气化炉通入常温下0～10m3/h的空气，持续5‑9h，实时监测排气管路中煤气的组分和流量；A2.富氧气化过程模拟：气化通道内通过点火装