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“地下气化”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“地下气化”主题论文。

行业视野: 煤化工
类别; 30个
关键词; 36位
专家; 8篇
论文; 11646IP
点击量; 14628次
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煤炭地下气化的热环境下煤样内部构造变化及模型试验研究

作者(Author)：苏发强, 于光磊, 高喜才, 范伟涛, 荆士杰, 浦海, 王伟林

摘要：煤炭地下气化(UCG)是一种将煤炭资源低碳化利用的技术，在中国的低碳经济下具有很好的前景。然而，全球煤炭地下气化经历几十年的现场试验，目前仍有许多待解决的问题。在煤炭地下气化过程中，气化区域随着煤层中裂纹和裂隙的扩展不断扩大，若不能有效监测和控制气化区域，将会引起煤层顶板岩层过度破坏，从而导致气体泄漏、地表沉陷和水污染等问题。为此，提出了以声发射活动参数及变化规律为基础评价气化过程中煤体的破裂及演化活动。利用板状和柱状煤样进行了一系列热履历试验，采用声发射(AE)监测和X射线扫描技术监测煤样加热前后的内部结构变化，研究温度、层理面与加热面方向对煤样破裂和裂隙扩展的影响。结果表明在对煤样表面加热的过程中，煤样表面及内部会产生许多裂纹和裂隙，并释放大量声发射信号;煤样的加热温度变化越快，声发射活性越高，产生的微裂纹越多;煤样内部产生微裂纹的方向与煤层理面趋向于平行。介绍了一种基于声发射活动参量的地下气化破裂区标定模型试验。分别测定了气化过程中的温度分布、声发射活动、气化煤气成分和气化煤量等。揭示了气化条件下煤体内部裂隙产生演化与声发射的内在联系，证明了声发射监测技术能够达到对气化过程中煤岩体破裂及演化区域进行预测及评价的目的。

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煤炭学报

2020年第12期

1317

815
富氧地下气化灰渣中有害微量元素的浸出行为

作者(Author)：刘淑琴, 马伟平

摘要：富氧气化是煤炭地下气化生产高品质合成气的重要工艺方法。煤炭地下气化作为一种煤炭原位化学开采方法，主要提取煤中的含能组分，而将气化灰渣等污染物留在地下，煤中有害微量元素随地下气化过程的进行，富集在煤气、飞灰及灰渣中，气化后地下气化灰渣经过地下水长期浸出作用，其中有害微量元素可能进入到地下水体中，造成地下水污染风险。研究煤炭地下气化灰渣的浸出特性对于理解灰渣中有害微量元素的迁移行为以及保护地下水具有重要的意义。以乌兰察布褐煤为研究对象，通过不同体积分数的富氧地下气化模拟实验制备了富氧气化灰渣，采用XRD检定了灰渣中的特征矿物质，利用SEM-EDS表征了灰渣的形貌。采用ICP-MS和全自动测汞仪(DMA 80)测定了不同富氧气化灰渣中有害微量元素Hg,As,Se,Cd,Pb,Ni,Be,Cr,Cu,Zn,Ba,Ag的含量以及在不同pH浸出液中的浸出质量浓度。研究结果表明，Hg在气化灰渣中的富集系数极低，地下气化过程中主要迁移到气相中，而Pb,Be,As和Se经历了富氧地下气化后在灰渣中发生了明显的富集。不同体积分数的富氧气化灰渣中有害微量元素的浸出水平均低于我国颁布的关于固体废弃物毒性浸出标准(GB5085.3—2007)规定值，这表明富氧地下气化灰渣不具备浸出毒性。此外，灰渣中有害微量元素在去离子水中的浸出质量浓度远低于危废浸出毒性标准规定值，而且能够达到灌溉用水的标准。

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煤炭学报

2020年第12期

1030

691
煤炭地下气化技术进展与工程科技

作者(Author)：梁杰, 王喆, 梁鲲, 李玉龙

摘要：介绍了国内外煤炭地下气化的研究历程，总结了煤炭地下气化的技术特点及研究成果，并指出了其工程科技问题及应用前景。结果表明，在100多年的开发研究过程中，形成了3种类型的煤炭地下气化技术:① 长壁式气流法气化技术，进气点和出气点固定，分别位于气化通道的两端，一个井进气，另一个井出气，利用气流流动速度控制气化工作面的移动;② 渗透式气化技术，利用煤层自然裂隙或人造裂隙作为气化通道;③ 控制后退注气点气化技术，在气化通道中设置注气管，利用注气管连续或间断后撤，实现注气点连续或间断后退移动。国内外煤炭地下气化技术还没有实现大规模产业化，需要进一步加强基础研究和工程技术开发，基础研究包括地质评价，实体煤层燃烧、热解、气化、贯通特性及气化过程特征场的演化规律，煤层上覆岩在高温作用下的热物性变化及冒落规律，地下煤气化污染物在燃空区的富集、迁移规律;工程技术开发包括规模化生产地下气化炉结构及构建技术，地下气化连续稳定控制技术，注气点移动控制装备，煤炭地下气化安全技术，污染物监控及燃空区管理技术，低成本的火区探测及气化过程分析技术，煤炭地下气化多联产技术。煤炭地下气化技术可以回收老矿井遗弃煤炭资源和开采深部煤炭资源，对保障我国能源安全具有重要的战略意义。

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煤炭学报

2020年第01期

1753

4445
无井式煤炭地下气化岩层及地表移动与控制

作者(Author)：郭广礼, 李怀展, 查剑锋, 刘潇鹏, 徐友友

摘要：煤炭地下气化是我国先进能源领域重要的研究方向之一，也是我国煤炭资源“流态化”开采技术体系的重要组成部分。目前已完成的煤炭地下气化工业性实验由于实验规模较小没有引起显著的裂隙发育和明显的地表沉降发生。但随着煤炭地下气化实验规模的扩大及推广应用，如何面向不同地质条件进行地下气化生产设计控制裂隙发育及地表沉降是目前亟待解决的瓶颈问题，极大的限制了煤炭地下气化的选址及规模化生产。为了解决这个难题，利用数值模拟方法研究了无井式煤炭地下气化岩层与地表移动规律以及导水裂隙发育高度与气化炉参数的关系，同时利用理论方法提出了“双曲线”型焦化隔离煤柱稳定性评价方法。研究得出:① 无井式煤炭地下气化岩层和地表移动曲线与常规条带开采岩层和地表移动曲线形态相似，可参考条带开采地表沉陷预测方法进行无井式煤炭地下气化岩层和地表沉陷计算，但预测参数需修正;② “双曲线”型煤柱评价可分为弯曲和矩形两部分进行，并在此基础上建立了“双曲线”型煤柱稳定性评价方法，可为不同地质条件下地下气化生产设计提供技术支撑;③ 无井式煤炭地下气化引起的导水裂隙发育高度与气化炉参数直接相关。当气化炉高度一定且隔离煤柱稳定时，气化炉宽度与导水裂隙发育高度呈线性正相关;当气化炉宽度和隔离煤柱宽度一定时，气化炉高度与导水裂隙发育高度也呈线性正相关，故在覆岩含水层下进行地下气化生产时，要兼顾导水裂隙与气化炉参数的关系。

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煤炭学报

2019年第08期

1611

784
煤炭地下气化地质选址原则与案例评价

作者(Author)：刘淑琴, 师素珍, 冯国旭, 冯健, 李明轩, 郭巍

摘要：21世纪以来，煤炭地下气化技术水平快速发展，以煤层水平井和移动注气技术应用为基础的现代煤炭地下气化技术日益成熟，具备了产业化示范的技术基础。煤炭地下气化的技术流程包括气化炉选址、气化炉建炉、气化炉点火、气化过程测量与控制、地下水污染防治与控制、气化炉闭炉，而地质选址是煤炭地下气化项目规划、规模化稳定生产及地下水污染防治的保障条件和先决条件。首先概述了煤炭地下气化的3种主要技术路线。依据现代煤炭地下气化技术路线，提出了地质选址评价的基本原则。地质选址需从煤炭储量、煤层条件、地质构造、水文地质条件、顶底岩层稳定性、煤种、煤质等多个角度，围绕气化炉建设、稳定气化和环境影响进行全面评价。在此基础上，以内蒙古哈日高毕矿区为例，进行了煤炭地下气化地质选址案例分析。基于三维地震解释成果和波阻抗反演数据体，研究了目的煤层的空间展布及断层发育特征。通过对拟声波反演结果进行分析，获得了目的煤层顶底板岩性的分布特征。基于地震属性和视电阻率测井曲线，采用多属性神经网络反演对目的煤层及顶底板的富水性进行了研究。基于蚂蚁体属性技术对目标层段的裂隙发育特征进行了分析。最后，从煤层展布及构造特征、岩性分布特征、富水情况、裂隙发育规律方面对案例研究区进行了地质选址综合评价，以此作为科学选址的决策依据。

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煤炭学报

2019年第08期

1842

5706
煤炭地下气化中的地质问题

作者(Author)：秦勇, 王作棠, 韩磊

摘要：煤炭地下气化是弥补我国天然气供需缺口的多元化途径之一。然而，该项技术历经80余年现场试验目前仍未产业化应用。煤炭地下气化炉的载体为地质体，煤矿床地质禀赋约束了特定地下气化项目的可行性，推进这一过程必须跨越地质风险瓶颈。立足于这一战略需求和基本认识，简要回顾历史并提出问题，从资源禀赋、选址评价、环境安全3个方面评述了国内外关于煤炭地下气化地质因素的认识与进展，提出了推进煤炭地下气化产业化的地质工作建议。分析认为，煤炭地下气化地质工作贯穿于规划布局、炉址选择、气化生产、燃后处理整个过程，系统性地质工作尚不到位是煤炭地下气化长期未能实现产业化的重要原因，需要从战略高度上充分理解我国煤炭资源禀赋对当前地下气化技术的适应性，国外严格的选址“标准”启示我们加大对难采、劣质、零散煤炭资源原位规模性气化技术研究探索的力度，高温因素与静态地质体叠加所潜在环境地质安全问题需要正视并积极应对。基于上述地质思考，建议对煤炭地下气化技术应持谨慎的乐观态度，不宜保守，更不宜盲目，鼓励选择适宜地质条件开展工业性试验探索。将煤炭地下气化作为一项保障国家长远能源安全的战略措施，围绕煤炭地下气化资源评价选区与战略规划、气化炉勘查与选址评价技术、高安全广适性地下气化工艺技术、生产地质动态监测预警技术、地下气化地质保障系列规范5个方面，推进并组织论证和实施“煤炭地下气化地质风险评价与预测关键技术”计划。其中，煤炭地下气化资源评价选区与战略规划是打破目前“难以产业化”僵局的基础，需要立足于我国煤炭资源特性及赋存条件实际，总结国内外地下气化工业性试验经验，建立全国统一的煤炭地下气化资源评价技术准则，评价全国或大区煤炭资源对当前地下气化技术的适应性程度。然后，提出可供分步实施的典型地质条件国家级先导性试验区建议。

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煤炭学报

2019年第08期

1455

924
煤炭地下气化特征污染物迁移行为探测

作者(Author)：刘淑琴, 牛茂斐, 齐凯丽, 宋笑非, 李金刚, 贺岩, 王志海, 高保平

摘要：煤炭地下气化潜在的地下水污染风险,是煤炭地下气化产业化的关键技术及瓶颈技术。采用直接钻探法对我国首个钻孔式地下气化炉进行了燃空区探测,并对不同气化区域的煤、岩、半焦、灰渣样品进行了取样。开展了探测样品的浸出实验,研究了浸出液中特征气化污染物及污染指标挥发酚、氨氮及COD的迁移范围及迁移特征,探讨了污染物的迁移路径。研究结果表明,特征污染物的迁移主要发生在中心气化区内,挥发酚及氨气在煤层顶板内发生了垂直向上的迁移,煤层顶板垮落带及裂隙带是污染物迁移的主要通道。污染物向底板岩层渗透迁移的倾向极低。在气化边界区域,煤层顶板内没有形成污染物迁移通道,未发现污染物向围岩的迁移。气化煤田的科学选址是煤炭地下气化地下水污染防治的重要环节。

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煤炭学报

2018年第09期

1428

704
煤炭地下气化气化工作面径向扩展探测研究

作者(Author)：刘淑琴, 牛茂斐, 闫艳, 金鑫, 贺岩, 高宝平, 王志海, 李金刚

摘要：地球物理方法可以实现燃空区的间接探测,而钻孔探测可以更直接地获得燃空区样品,深入了解地下气化工况及燃空区形貌。依托煤炭地下气化现场试验工程,采用直接钻孔探测及取样,对获取的煤、岩、焦、渣样品进行了元素分析及灰分分析,采用XRD,SEM-EDS对其矿物质组成进行了表征。研究结果表明,高活性褐煤煤层空气气化,气化面的径向扩展宽度小于17 m。在沿主气化通道径向扩展4 m附近,煤层经历了高温气化反应并伴随高温特征矿物质的生成,气化后煤层残炭约为10%,煤层的气化引起了上覆盖岩层的松动与坍塌;距离气化通道径向扩展17 m位置,接近气化传热的边缘,只有上部煤层受到热的影响,煤层顶板未发生变形;在此基础上绘制了燃空区综合形貌图。

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煤炭学报

2018年第07期

1210

559

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