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煤炭地下气化炉选址的地质影响因素

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第47卷 第2期 煤田地质与勘探Vol. 47 No.22019年4月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Apr . 2019收稿日期: 2018-04-20基金项目: 国家自然科学基金重点项目(41530314)Foundation item ：The Key Program of National Natural Science Foundation of China(41530314)第一作者简介: 韩磊，1994年生，男，安徽舒城县人，硕士，从事煤炭地下气化炉选址研究工作. E-mail ：h954206870@ 通信作者: 秦勇，1957年生，男，重庆人，博士，教授，从事煤炭与非常规天然气地质研究工作. E-mail ：yongqin@ 引用格式: 韩磊，秦勇，王作棠. 煤炭地下气化炉选址的地质影响因素[J]. 煤田地质与勘探，2019，47(2)：44–50.HAN Lei ，QIN Yong ，WANG Zuotang. Geological consideration for site selection of underground coal gasifier[J]. Coal Geology & Exploration ，2019，47(2)：44–50.文章编号: 1001-1986(2019)02-0044-07煤炭地下气化炉选址的地质影响因素韩 磊，秦 勇，王作棠(中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏 徐州 221008)摘要: 煤炭地下气化是对传统采煤技术的变革，气化炉选址是煤炭地下气化能否成功的先决条件。

基于煤炭地下气化的研究进展和存在的问题，分析煤炭地下气化原理和气化炉选址的地质影响因素，重点分析煤级、煤层、地下水、围岩、构造等地质条件。

结果表明：褐煤最适合地下气化；地下气化煤厚度应大于2 m 、煤层倾角小于70°、埋深300~2 000 m 适宜。

同时，煤炭地下气化过程可能会对地下水造成污染，地下水涌入气化盘区也会导致气化失败；煤炭地下气化容易引起围岩破裂，造成地下水贯入气化区以及地表沉降；煤炭地下气化炉选址应避开构造复杂区域；地下气化可能会影响附近含水层微生物的活性，破坏地下生态环境系统。

关 键 词：煤炭地下气化；选址；地质因素中图分类号：TQ546 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.008Geological consideration for site selection of underground coal gasifierHAN Lei, QIN Yong, W ANG Zuotang(Key Laboratory of Coalbed Methane Resources and Reservoir Formation Process of the Ministry of Education ,China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008, China ) Abstract: Underground coal gasification(UCG) is a revolution in traditional coal mining technology, and the site selection of underground coal gasifier is a prerequisite for a successful UCG project. Refining and analyzing the previous research results, the principle of UCG and the geological controls of site selection of underground coal gasifier were reviewed. The results show that lignite is the most suitable for UCG . UCG should choose thickness greater than 2 m, angle is less than 70° and buried depth of coal seam is 300 to 2 000 meters. At the same time, the UCG process may pollute the groundwater, and the influx of groundwater into the gasification zone will lead to the failure of gasification. UCG is liable to cause the breakage of surrounding rocks, resulting in the groundwater in-filtration into the gasification zone and ground surface subsidence. In addition, UCG has strong selectivity for geological structure, and may affect the activity of microorganisms in nearby aquifers. Keywords: underground coal gasification(UCG); site selection; geological factor煤炭地下气化(Underground Coal Gasification ，简称UCG)的概念首先由德国科学家威廉·西蒙斯于1868年提出[1]。

煤炭地下气化是将高分子煤在地下原位用气化剂使煤部分燃烧转变为煤气[2]，并且通过管道输送到地面的化学采煤方法，煤气可用于工业加热、发电或制造氢、合成天然气或柴油[3]。

这种工艺将建井、采煤、气化三大工艺合而为一，被誉为第二代采煤方法[4]。

从现有技术来看，煤炭地下气化技术是解决城市、工业、交通压力，开发高瓦斯、高突出、高含硫及深部煤层，实现煤炭绿色开采[5]的有效可行办法。

前苏联数个UCG 工厂长期生产：其中库兹涅茨克工厂持续了26 a ，莫斯科工厂持续了15 a ，乌兹别克斯坦工厂从1965年至今仍在运行[6]。

英国、美国、德国、法国等许多国家相继投入了大量的人力和物力进行研究和试验，取得丰硕成果[7]。

我国首个煤炭地下气化炉在江苏徐州第2期韩磊等: 煤炭地下气化炉选址的地质影响因素·45 ·马庄煤矿投入生产，此后在河北、黑龙江、河南、山东、山西、重庆、内蒙古和贵州等省、直辖市都开展过现场半工业性—工业性试验[8-9]。

但是试验过程中存在诸多问题，如泰安孙村矿点火后一个月才逐渐产气；贵州气化炉在点火成功之后，地下水通过断层涌入其中。

上述问题多因为气化炉选址时地质因素认识不清所致。

气化炉选址是煤炭地下气化能否成功的先决条件，决定着气化炉型和气化工艺的选择、气化过程的安全性以及气化效益，因此，分析影响煤炭地下气化的地质因素对煤炭地下成功气化具有重要意义。

1 煤炭地下气化原理煤炭地下气化与地面气化处于不同环境条件，运用不同气化工艺和相同原理产出煤气[4]。

如图1所示，煤炭地下气化范围包括进气孔和出气孔之间的煤层，将气化通道进气孔一端煤层点燃，从进气孔送入气化剂，在出气孔可以获得H2、CO2、CO、N2、CH4、焦油化合物以及颗粒(煤尘、灰和炭)等[10]。

按气化温度和化学反应条件不同，将气化通道分成3带，即氧化带、还原带、干馏干燥带[11]。

图1 煤炭地下气化原理图[4]Fig.1 Principle of underground coal gasification在氧化带，煤与气化剂发生氧化反应产生大量的热，并通过热辐射等方式将热量传递给还原带和干燥干馏带。

O2在气化通道中与煤发生剧烈反应，迅速消耗氧气，所以氧化带长度一般比较短[12]。

在氧化区发生如下反应：C＋O2== CO2 ΔH=＋393 (1)2C＋O2==2CO ΔH=＋231.4 (2) 式中ΔH为产生的热量，kJ/mol，正号“+”表示放热，产生热量。

在还原带，CO2和炽热的煤相遇，在高温作用下发生反应产生CO，同时煤与水蒸汽相遇生成CO和H2，并在煤中无机质催化和高压作用下产生甲烷[13]，此过程为吸热反应。

随着反应的进行还原带温度迅速降低，当温度降低到不能再进行还原反应时则结束[14]。

还原带发生的热化学反应如下：C＋CO2== 2CO ΔH=－162.4 kJ/mol (3) H2O＋C== H2+CO ΔH=－131.5 kJ/mol (4) C＋2H2== CH4 ΔH=－74.81 kJ/mol (5) 式中负号“–”表示吸热，热量减少。

在干燥干馏带，经过还原带的吸热作用之后，残余的气化剂和煤气进入到干燥干馏带，其携带的热量使煤被加热并发生一系列变化，煤中的挥发分析出，主要成分是甲烷。

2 地质影响因素2.1 煤级不同煤级煤的地下气化效果不一。

褐煤被认为最适合气化，煤层内部较发育的孔裂隙有利于高温气流通过，且水分较高，水在高温下分解产生H2增加热值并且提高反应活性。

褐煤在地下气化过程中，通过注入地下气化废水，可以不同程度地提高煤气产率和炭转化率[15]。

褐煤采用O2/CO2气化工艺时能够抑制地下气化过程中CO2的生成[16]，增加有用组分，且有利于温度场向垂直方向推进[17]，从而提高煤层气化率和煤气产量。

对于烟煤，尤其是黏结性强的烟煤，在地下气化过程中会分泌胶质物质使得煤粒黏结，不利于气化。

在这种情况下，可以使用低温氧化破黏方法，析出的CO含量随着破黏时间的增加而增加[18]。

不同变质程度的烟煤需要采用不同的气化剂：焦煤的富氧水蒸汽地下气化时，氧气的最佳体积分数是60%，此时气化效率可达80%左右，但是气化通道煤壁上附着的胶质和煤灰会阻碍气化区域向垂直气化通道方向扩展[19]；气煤选用富氧水蒸汽地下气化时，水蒸汽与氧气比为1.5~2时可以获得合格的合成氨原料气[20]；瘦煤采用富氧地下气化，当氧气体积分数大于80%时，流态产物中CO和H2体积分数为56%~65%，生产的煤气是合格的化工合成原料气[21]；气肥煤采用盲孔地下气化，在富氧条件下可以显著提高气化煤层的温度，但出口煤气的质量并没有得到显著提升[22]。

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浅谈煤炭开采对地质结构及地质安全的影响研究

浅谈煤炭开采对地质结构及地质安全的影响研究

浅谈煤炭开采对地质结构及地质安全的影响研究煤炭开采是一种重要的矿业活动，它对地质结构和地质安全有着重要的影响。

本文将从地质结构和地质安全两个方面来论述煤炭开采的影响。

煤炭开采对地质结构的影响主要表现在以下几个方面。

1.地表沉降：煤炭开采过程中，由于矿井底部煤炭的采掘而留下了一定的空洞，这样地面的上层岩土层可能会在自身重力的作用下下沉，导致地表沉降。

地表沉降不仅会影响周边建筑物的稳定性和使用寿命，还可能引发地面裂缝、坍塌等地质灾害。

2.地下空洞：煤炭开采过程中会形成大量的地下空洞，这些空洞会对地质结构产生重要的影响。

地下空洞可能导致上覆岩层的坍塌，形成断层、裂隙等地质构造；地下空洞的形成还可能引发岩溶作用，加剧地下水系统的变化和地下水的污染。

3.地质构造形变：煤炭开采过程中，由于采掘活动造成地下应力分布的破坏，原本稳定的地质构造可能出现形变，包括断裂的形成、断层的运动等。

这些地质构造形变对地质安全和工程建设都有一定的影响。

1.矿井塌陷：由于煤炭开采引起的地面沉降、地下空洞等地质变形，可能导致矿井的塌陷，进而引发重大事故。

矿井塌陷不仅会导致人员伤亡，还可能导致煤炭资源的浪费和环境的破坏。

2.瓦斯爆炸：煤炭开采过程中，会释放出大量的瓦斯。

如果瓦斯没有得到及时排放和处理，就可能积聚在矿井中形成爆炸的危险。

瓦斯爆炸是煤矿事故中最常见的一种，对矿工的生命安全造成严重威胁。

3.地下水灾害：煤炭开采过程中，地下水系统可能发生变化，导致地下水渗漏、溢出等地下水灾害。

地下水灾害不仅会造成矿井水害、地下水位下降等问题，还可能引发地面塌陷。

为了减轻煤炭开采对地质结构和地质安全的影响，我们应该采取以下一些措施。

1.科学规划和布局：煤炭矿井的规划和布局应考虑地质条件和地质风险，避免在地质构造复杂的地区进行开采，减少地质灾害的发生。

2.加强监测和预警：对煤炭开采区域进行地质监测和预警，及时掌握地质结构变化和地质灾害的发生，采取相应的应对措施。

煤炭地下气化项目可行性研究报告

煤炭地下气化项目可行性研究报告

煤炭地下气化项目可行性研究报告核心提示：煤炭地下气化项目投资环境分析，煤炭地下气化项目背景和发展概况，煤炭地下气化项目建设的必要性，煤炭地下气化行业竞争格局分析，煤炭地下气化行业财务指标分析参考，煤炭地下气化行业市场分析与建设规模，煤炭地下气化项目建设条件与选址方案，煤炭地下气化项目不确定性及风险分析，煤炭地下气化行业发展趋势分析提供国家发改委甲级资质专业编写：煤炭地下气化项目建议书煤炭地下气化项目申请报告煤炭地下气化项目环评报告煤炭地下气化项目商业计划书煤炭地下气化项目资金申请报告煤炭地下气化项目节能评估报告煤炭地下气化项目规划设计咨询煤炭地下气化项目可行性研究报告【主要用途】发改委立项，政府批地，融资，贷款，申请国家补助资金等【关键词】煤炭地下气化项目可行性研究报告、申请报告【交付方式】特快专递、E-mail【交付时间】2-3个工作日【报告格式】Word格式；PDF格式【报告价格】此报告为委托项目报告，具体价格根据具体的要求协商，欢迎进入公司网站，了解详情，工程师（高建先生）会给您满意的答复。

【报告说明】本报告是针对行业投资可行性研究咨询服务的专项研究报告，此报告为个性化定制服务报告，我们将根据不同类型及不同行业的项目提出的具体要求，修订报告目录，并在此目录的基础上重新完善行业数据及分析内容，为企业项目立项、上马、融资提供全程指引服务。

可行性研究报告是在制定某一建设或科研项目之前，对该项目实施的可能性、有效性、技术方案及技术政策进行具体、深入、细致的技术论证和经济评价，以求确定一个在技术上合理、经济上合算的最优方案和最佳时机而写的书面报告。

可行性研究报告主要内容是要求以全面、系统的分析为主要方法，经济效益为核心，围绕影响项目的各种因素，运用大量的数据资料论证拟建项目是否可行。

对整个可行性研究提出综合分析评价，指出优缺点和建议。

为了结论的需要，往往还需要加上一些附件，如试验数据、论证材料、计算图表、附图等，以增强可行性报告的说服力。

煤炭地下气化影响因素研究

煤炭地下气化影响因素研究

煤炭地下气化影响因素研究摘要：煤炭地下气化是保障我国能源安全和煤炭清洁利用的重要潜在方向之一。

分析国内外相关成果，对煤炭地下气化原理、影响因素及评价方法进行述评。

适宜于地下气化的煤层需要满足的地质条件：厚度大于2m，倾角小于70°，阻水隔热的顶底板；避开地质构造和水文地质条件复杂的区域。

地下气化煤气组分受煤级、煤质和煤层含水性等地质因素以及气化压力、温度和气化剂类型等工艺因素共同影响。

空气气化条件下，随着煤化程度增强，煤气组分中CO浓度升高，H2浓度降低，CH4浓度先升高后降低。

煤气中CO2含量与固定碳含量、灰分产率均表现出负相关关系。

气化温度和气化剂类型既影响着产气效率、煤气质量及污染物种类与含量，又可使围岩破裂、污染地下水，乃至破坏生物圈、大气圈、水圈和岩石圈生态系统的稳定。

煤炭地下气化评价方法贯穿于资源与选区评价、工程技术评价和环境安全评价的全过程，同时，加强完善“一票否决”，确保评价结果可以更好地服务于安全生产。

关键词：煤炭地下气化影响因素气化剂煤质煤级评价方法1、煤炭地下气化原理煤炭地下气化包括一系列连续、复杂的物理化学过程，根据煤层温度、主要化学反应及煤气成分的不同，将气化过程沿着气化通道划分出氧化区、还原区和干馏干燥区。

一般而言，三个区域的划分是根据气化通道中氧化、还原和热解反应的相对强弱程度，没有明显的界限。

从进气孔鼓入气化剂，燃烧的煤层遇到O2产生CO2，并伴随大量的热量释放，使周围的煤层处于高温状态，为气化反应储存能量。

紧邻氧化区的是还原区，该区主要是炽热的煤炭与CO2反应产生CO，与水蒸气反应生成CO、H2等气体，吸热反应。

还原区之后是干馏干燥区，煤层发生热解、干燥脱水等，伴随着挥发份析出。

从氧化区到还原区，再到干馏干燥区气化通道中的温度逐渐降低，最后产生含可燃成分的煤气。

2地质影响因素煤炭地下气化效果与煤层、水文、围岩等地质特征密切相关。

煤炭地下气化能否成功的先决条件是气化炉选址。

煤炭开采对地质环境的影响与控制研究

煤炭开采对地质环境的影响与控制研究

煤炭开采对地质环境的影响与控制研究煤炭开采是地下资源开发的重要环节之一，然而，由于开采活动的进行会对地质环境产生一系列的影响，因此对煤炭开采的地质环境影响及其控制方法的研究显得尤为重要。

本文将就煤炭开采对地质环境的影响进行探讨，并介绍相应的控制研究。

一、煤炭开采对地质环境的影响1. 地表沉陷煤炭开采会导致地表下沉，特别是在采用地下开采的情况下更为明显。

长期以来，地表沉陷对于周边建筑和交通设施造成了严重的影响，给社会带来了巨大的风险和压力。

2. 构造破坏在煤炭开采过程中，为了便于开采，常常需要在地质构造中进行爆破破坏。

这会导致构造破裂和滑动，进而引发地震等地质灾害，对周边地区的安全稳定造成不可忽视的风险。

3. 地下水位下降煤炭开采会引起地下水位下降，造成地下水资源的过度开采。

这不仅对农田灌溉和城市供水构成威胁，还会导致地下水水质恶化，加剧水资源的紧缺。

4. 地表水污染煤炭开采过程中常常伴随着大量的尾矿、粉尘和废水排放，这会导致附近地表水体的污染。

废水排放中的重金属离子和有机物对水生生物和生态环境造成不可逆转的损害。

二、煤炭开采对地质环境的控制研究1. 确定煤炭开采区域在煤炭开采前，需要进行全面的地质勘探，确定开采区域的可行性和潜在风险。

这种前期的工作可以有效的避免不必要的地质环境影响。

2. 合理开采方案设计制定合理的开采方案可以最大程度地减少地质环境的影响。

例如，合理选择开采方式、爆破方案以及排水方案等，可以有效地降低地表沉陷和构造破坏的风险。

3. 精确的监测与预警在煤炭开采过程中，需要通过地质勘探技术和监测设备对地下情况进行实时监测。

一旦发现地质环境异常变化的迹象，应及时预警并采取措施进行调整，以保证开采工作的安全进行。

4. 科学的废弃矿山治理合理的废弃矿山治理可以最大限度地减少环境污染。

对于已经开采完毕的煤炭矿山，应采取有效的措施进行生态修复，还原原有的生态环境，以保护当地的生态系统和水资源。