CN115306368A - 一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤炭地下气化技术领域，公开了一种注气点后退式煤炭地下气化***，包括：注气管和与之相连的进气管，进气管的顶部设有多个进气孔，进气孔的内部转动连接进气板，进气管的内壁滑动连接进气挡板，进气管上方设有出气管，出气管位于地面上部分的端面连接注浆管，通过在进气管中设置进气挡板，通过可移动的进气挡板，通过进气挡板的移动，依次将进气板顶开，将气化剂通入到煤层中，保证气化剂在气化反应的区域供应充足，防止煤气与空气进行反应，影响煤气品质，并通过进气挡板以及注浆管，可有效隔绝气化完成的区域，控制气化剂的运动范围，保证未燃烧煤层气化剂供应充足，提高煤气品质，并通过注浆，可对煤层进行填充，防止地表塌陷。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭地下气化技术领域，特别涉及一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺。
背景技术
煤炭地下气化是将煤直接在地下变为煤气的一种利用方法。煤的地下气化是用坑道或钻孔通到煤层，压入空气，点燃煤层，使煤气导出地面。所得煤气的成分，主要是氮、氢、一氧化碳、二氧化碳，以及少量甲烷等，可以作为气体燃料和化工原料，地下气化可从根本上消除煤炭开采的地下作业危险性，将煤层所含的能量以清结的方式输出地面，而残渣和废液则留在地下，从而大大减轻采煤和制气对环境造成的污染。
现有的煤炭气化无法稳定的控制气化过程，一是气化剂在气化通道内肆意流动，气化通道两侧所有煤壁都暴露在空气中，气化产生的部分煤气和通道中流动的空气接触燃烧，使出口煤气品质变坏，气化率低，二是没有很好的办法对燃空区进行填充，导致地表塌陷，同时，气化通道内的大量气流直接从塌落处通过，而不接触气化通道两侧未燃烧煤层，使得地下气化过程恶化，气化效率低下。
因此，有必要提供一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺。
本发明提供的一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺，包括：注气孔道，注气管放置在注气孔道的内部，注气管的外壁上焊接有引燃管，引燃管的顶部通过阀门连接燃气管，引燃管的端面设有引燃装置，注气孔道的端面连接进气孔道，注气孔道位于煤层的一侧，进气孔道深入到煤层中，进气孔道内部安放有进气管，进气管与注气管相连，进气管的顶部设有多个进气孔，进气孔的内部转动连接进气板，进气板与进气孔连接处设有回复弹簧，进气管的内壁滑动连接进气挡板，进气挡板的端面固定连接缆绳、缆绳的中部缠绕在转向滚轮上，转向滚轮放置在与注气管外壁相连的滚轮盒，缆绳的一端缠绕在位于地面上的上滚轮上，上滚轮与安装在支架上的上电机相连，进气孔道的上部设有多个出气孔道，出气孔道位于煤层的上部，出气孔道的内壁设有出气管，出气管的顶部位于地面上，出气管的顶部固定连接可将出气管中的气体排出的抽气机进气端，抽气机的出气端连接检测箱，检测箱的端面通过切换机构连接多根收集管，收集管与收集罐和净化装置相连，出气管位于地面上部分的端面连接注浆管，注浆管一端连接注浆装置。
优选的，进气挡板包括中部的板体，板体的的顶部与底部分别设有长方形的上凸起与下凸起，下凸起与上凸起分别滑动连接上滑槽与下滑槽，上滑槽与下滑槽设置在进气管的上端与下端。
优选的，进气孔道的上方设有多个第二进气孔道，第二进气孔道内部设有第二进气管，第二进气管与注气管之间通过单向阀相连。
优选的，所述出气孔道包括导气部与输气部，输气部位于导气部的上端，导气部的尺寸小于输气部的尺寸，出气管的底部安放在导气部与输气部的连接处，出气管的内径大于导气部的直径。
优选的，所述切换机构包括切换板，切换板的端面固定连接转动轴，转动轴的一端穿过收集管与小型电机相连，小型电机放置在集气箱中，集气的的端面开设有进气孔，集气设有进气孔的端面与收集管固定连接，转动轴位于进气孔的内侧。
优选的，所述导气部的内部安装有导气管，导气管深入到煤层中，导气管的端面设有多个从上到下排列的出气孔。
优选的，所述引燃管包括位于地面上的上管体以及位于地面下的下管体，上管体与下管体之间通过可燃材质制成的连接管相连。
一种注气点后退式煤炭地下气化***工艺，所述工艺的步骤顺序为：
步骤一：向注气管内部通入气化剂，气化剂通过进气管进入到进气管的内侧，并随着进气管中气化剂逐渐通入，进而增加进气管内部的气压，将内侧的进气板顶起，将气化剂通入到煤层中：
步骤二：在注气管通入气化剂的同时，同步启动抽气机，将煤层中的气体进行抽取，并通过检测箱进行检测，当检测到气化剂的浓度达到设定值后，关闭抽气机；
步骤三：通过引燃管向内侧的煤层通入燃气，接着通过引燃装置将燃气进行引燃，进而将煤层引燃，与此同时启动所有的抽气机进行抽气；
步骤四：通过抽气机对引燃的气体进行抽气，当检测到抽上来的气体中煤气的浓度达到设定值后，通过切换机构打开相应的收集管，将煤气送入到净化装置中进行处理；
步骤五：通过上电机带动进气挡板向进气管的外侧移动，停止向煤层的内侧通入气化剂，气化剂顶开相邻的进气板，向内侧的煤层通入气化剂，
步骤六：当检测箱检测到抽上来气体中煤气含量低于设定值后，打开注浆装置，通过注浆管将浆液进入到出气管中，并向煤层中进行注浆，可对煤层进行填充，防止地表塌陷。
优选的，步骤五中，当进气挡板进行移动时，依次从下到上打开单向阀，通过第二进气管向煤层内部通入气化剂。
需要说明的是，由于煤层在燃烧时，火焰逐渐向上运动，因此，通过依次从下到上打开单向阀，开启第二进气管，向上方的煤层通入气化剂，可更好使煤层进行气化反应。
与相关技术相比较，本发明提供的一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺具有如下有益效果：
1、本发明通过在进气管中设置进气挡板以及与回复弹簧相连的进气板，通过可移动的进气挡板，通过进气挡板的移动，进而从内到外依次将进气板顶开，将气化剂通入到煤层中，保证气化剂在气化反应的区域供应充足，防止煤气与空气进行反应，影响煤气品质，并通过进气挡板以及注浆管，可有效隔绝气化完成的区域，控制气化剂的运动范围，保证未燃烧煤层气化剂供应充足，提高煤气品质，并通过注浆，可对煤层进行填充，防止地表塌陷；
2、本发明通过将出气孔道设为上大下小的结构，并在上方的输气部中安放有出气管，可在进气煤气收集时，出气管可将通过导气部流入到煤气完全收集，并通过出气管输送到检测箱中，通过设置带有多个出气孔的导气管，可将产生的煤气更好的引入到导气部中，防止上层煤层的堆积，影响煤气气体的流动以及引出；
3、本发明通过在出气孔道的上方设有多个第二出气孔道，当煤层向上燃烧时，依次从下到上打开单向阀，通过第二进气管向煤层内部通入气化剂，可提前在上层的煤层中冲入气化剂，防止上层煤层中气化剂的含量过低，影响后续的气化反应。
附图说明
图1为本发明提供的注气管、进气管以及出气管的结构示意图；
图2为图1所示的出气管的结构示意图；
图3为图1所示的进气挡板的连接的结构示意图；
图4为图3所示的A点的局部放大图；
图5为图3所示的B点的局部放大图；
图6为图1所示的切换机构的结构示意图；
图中标号：1、注气孔道；2、注气管；3、进气孔道；4、进气管；5、第二进气孔道；6、第二进气管；7、出气孔道；71、输气部；72、导气部；8、出气管；9、导气管；10、出气孔；11、抽气机；12、检测箱；13、收集管； 131、切换板；132、转动轴；133、小型电机；14、注浆管；15、缆绳；16、引燃管；161、下管体；162、上管体；163、连接管；17、滚轮盒；18、上电机；19、上滚轮；20、进气挡板；21、上滑槽；22、下滑槽；23、进气孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
参考图1至图6，本发明提供的一种注气点后退式煤炭地下气化***，包括：注气孔道1，注气孔道1的内部放置有注气管2，注气孔道1的端面连接进气孔道3，注气孔道1位于煤层的一侧，进气孔道3深入到煤层中，进气孔道3内部安放有进气管4，进气管4与注气管2相连，进气管4的顶部设有多个进气孔23，进气孔23的内部转动连接进气板，进气板与进气孔23连接处设有回复弹簧，进气管4的内壁滑动连接进气挡板20，进气挡板20的端面固定连接缆绳15、缆绳15的中部缠绕在转向滚轮上，转向滚轮放置在与注气管 2外壁相连的滚轮盒17，缆绳15的一端缠绕在位于地面上的上滚轮19上，上滚轮19与安装在支架上的上电机18相连，进气孔道3的上部设有多个出气孔道7，出气孔道7位于煤层的上部，出气孔道7的内壁设有出气管8，出气管8 的顶部位于地面上，出气管8的顶部固定连接可将出气管8中的气体排出的抽气机11进气端，抽气机11的出气端连接检测箱12，检测箱12的端面通过切换机构连接多根收集管13，收集管13与收集罐和净化装置相连，出气管8位于地面上部分的端面连接注浆管14，注浆管14一端连接注浆装置，注气管2 的外壁上焊接有引燃管16，引燃管16的顶部通过阀门连接燃气管，引燃管16 的端面设有引燃装置。
需要说明的是：注气孔道1的内壁通过注浆形成隔热层，注气管2被注浆固定在注气孔道1中，注气管2的材料与进气板的材料采用耐高温的材质，通过注气管2向进气管4中通气，并在通气的过程中，通过缆绳15拉动进气挡板20，进而改变进气挡板20位置，将进气管4的进气位置进行改变，并通过设置回复弹簧，远离注气管2的回复弹簧的弹性系数小于靠近注气管2的回复弹簧的弹性系数，进而可保证通入气化剂时，可先将内侧的进气孔23顶起，进而保证气化剂先进入到内侧的煤层，将内侧的煤层进行反应，并通过缆绳15 进行移动进气挡板20，并且缆绳15在设置时将其设为金属材质，便于缆绳15 在高温下进行工作，当进气挡板20在移动时，气化剂的运动空间变短，进而将相邻的进气板顶起，将气化剂送入到相邻的煤层中，便于煤层燃烧到相邻的煤层时，气化剂可以提前注入，提高气化的效率，出气管8在气化剂注入的同时，可同步启动抽气机11进行抽气作业，通过检测箱12对抽出的气体进行检测，并开启相应的切换机构，将不同的气体送入到不同的收集罐中，并当煤层以及燃烧过一端时间后，检测箱12检测到收集上的气体中煤气部分含量过低，打开注浆装置，通过出气管8向煤层内部进行注浆，可对煤层进行填充，防止地表塌陷。
在本发明的实施例中，参考图3所示，进气挡板20包括中部的板体，板体的的顶部与底部分别设有长方形的上凸起与下凸起，下凸起与上凸起分别滑动连接上滑槽21与下滑槽22，上滑槽21与下滑槽22设置在进气管4的上端与下端。
需要说明的是：通过设置上滑槽21与下滑槽22，可对进气挡板20进行限位，进而保证进气挡板20在移动过程中，不会受力不均，出现进气挡板20 的偏移，导致不能对进气管4进行封闭，气化剂流入到后方；
在本发明的实施例中，参考图1所示，进气孔道3的上方设有多个第二进气孔道5，第二进气孔道5内部设有第二进气管6，第二进气管6与注气管2 之间通过单向阀相连。
需要说明的是：通过在进气孔道3的上方设有多个第二进气孔道5，当煤层向上燃烧时，可提前在煤层中冲入气化剂，防止上层煤层中气化剂的含量过低，影响后续的气化反应；
在本发明的实施例中，参考图2所示，所述出气孔道7包括导气部72与输气部71，输气部71位于导气部72的上端，导气部72的尺寸小于输气部71 的尺寸，出气管8的底部安放在导气部72与输气部71的连接处，出气管8的内径大于导气部72的直径。
需要说明的是：通过将出气孔道7设为上大下小的结构，并在上方的输气部71中安放有出气管8，可在进气煤气收集时，出气管8可将通过导气部72 流入到煤气完全收集，并通过出气管8输送到检测箱12中；
在本发明的实施例中，参考图6所示，所述切换机构包括切换板131，切换板131的端面固定连接转动轴132，转动轴132的一端穿过收集管13与小型电机133相连，小型电机133放置在集气箱中，集气箱的的端面开设有进气孔，集气箱设有进气孔的端面与收集管13固定连接，转动轴132位于进气孔的内侧。
需要说明的是：通过设置纯机械结构的切换机构，并将切换板131与转动轴132的材质设为耐高温的材质，防止收集管13在输送高温煤气时，不会因为高温影响切换机构的运行；
在本发明的实施例中，参考图2所示，所述导气部72的内部安装有导气管9，导气管9深入到煤层中，导气管9的端面设有多个从上到下排列的出气孔10。
需要说明的是：导气管9的底部位于煤层的下方，通过设置带有多个出气孔10的导气管9，可将产生的煤气更好的引入到导气部72中，防止上层煤层的堆积，影响煤气气体的流动以及引出；
在本发明的实施例中，参考图4所示，所述引燃管16包括位于地面上的上管体162以及位于地面下的下管体161，上管体162与下管体161之间通过可燃材质制成的连接管163相连。
需要说明的是：当燃气点燃后，通过燃烧将连接管163烧断，及时的将下管体161与上管体162断开，进而防止未及时断开，将燃气管引燃，造成险情。
一种注气点后退式煤炭地下气化***工艺，所述工艺的步骤顺序为：
步骤一：向注气管2内部通入气化剂，气化剂通过进气管4进入到进气管 4的内侧，并随着进气管4中气化剂逐渐通入，进而增加进气管4内部的气压，将内侧的进气板顶起，将气化剂通入到煤层中：
步骤二：在注气管2通入气化剂的同时，同步启动抽气机11，将煤层中的气体进行抽取，并通过检测箱12进行检测，当检测到气化剂的浓度达到设定值后，关闭抽气机11；
步骤三：通过引燃管16向内侧的煤层通入燃气，接着通过引燃装置将燃气进行引燃，进而将煤层引燃，与此同时启动所有的抽气机11进行抽气；
步骤四：通过抽气机11对引燃的气体进行抽气，当检测到抽上来的气体中煤气的浓度达到设定值后，通过切换机构打开相应的收集管13，将煤气送入到净化装置中进行处理；
步骤五：通过上电机18带动进气挡板20向进气管4的外侧移动，停止向煤层的内侧通入气化剂，气化剂顶开相邻的进气板，向内侧的煤层通入气化剂，
步骤六：当检测箱12检测到抽上来气体中煤气含量低于设定值后，打开注浆装置，通过注浆管14将浆液进入到出气管8中，并向煤层中进行注浆，可对煤层进行填充，防止地表塌陷。
在本发明的实施例中，参考图1所示，步骤五中，当进气挡板20进行移动时，依次从下到上打开单向阀，通过第二进气管6向煤层内部通入气化剂。
需要说明的是，由于煤层在燃烧时，火焰逐渐向上运动，因此，通过依次从下到上打开单向阀，开启第二进气管6，向上方的煤层通入气化剂，可更好使煤层进行气化反应：
本发明提供的一种注气点后退式煤炭地下气化***及工艺的工作原理如下：
通过在进气管4中设置进气挡板20以及与回复弹簧相连的进气板，通过可移动的进气挡板20，通过进气挡板20的移动，进而从内到外依次将进气板顶开，将气化剂通入到煤层中，保证气化剂在气化反应的区域供应充足，防止煤气与空气进行反应，影响煤气品质，并通过进气挡板20以及注浆管14，可有效隔绝气化完成的区域，控制气化剂的运动范围，保证未燃烧煤层气化剂供应充足，提高煤气品质，并通过注浆，可对煤层进行填充，防止地表塌陷。
本发明中涉及的电路以及控制均为现有技术，在此不进行过多赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种注气点后退式煤炭地下气化***，其特征在于，包括：注气孔道(1)，注气孔道(1)的内部放置有注气管(2)，注气孔道(1)的端面连接进气孔道(3)，注气孔道(1)位于煤层的一侧，进气孔道(3)深入到煤层中，进气孔道(3)内部安放有进气管(4)，进气管(4)与注气管(2)相连，进气管(4)的顶部设有多个进气孔(23)，进气孔(23)的内部转动连接进气板，进气板与进气孔(23)连接处设有回复弹簧，进气管(4)的内壁滑动连接进气挡板(20)，进气挡板(20)的端面固定连接缆绳(15)、缆绳(15)的中部缠绕在转向滚轮上，转向滚轮放置在与注气管(2)外壁相连的滚轮盒(17)，缆绳(15)的一端缠绕在位于地面上的上滚轮(19)上，上滚轮(19)与安装在支架上的上电机(18)相连，进气孔道(3)的上部设有多个出气孔道(7)，出气孔道(7)位于煤层的上部，出气孔道(7)的内壁设有出气管(8)，出气管(8)的顶部位于地面上，出气管(8)的顶部固定连接可将出气管(8)中的气体排出的抽气机(11)进气端，抽气机(11)的出气端连接检测箱(12)，检测箱(12)的端面通过切换机构连接多根收集管(13)，收集管(13)与收集罐和净化装置相连，出气管(8)位于地面上部分的端面连接注浆管(14)，注浆管(14)一端连接注浆装置，注气管(2)的外壁上焊接有引燃管(16)，引燃管(16)的顶部通过阀门连接燃气管，引燃管(16)的端面设有引燃装置。
2.根据权利要求1所述的一种注气点后退式煤炭地下气化***，其特征在于，进气挡板(20)包括中部的板体，板体的的顶部与底部分别设有长方形的上凸起与下凸起，下凸起与上凸起分别滑动连接上滑槽(21)与下滑槽(22)，上滑槽(21)与下滑槽(22)设置在进气管(4)的上端与下端。
3.根据权利要求2所述的一种注气点后退式煤炭地下气化***，其特征在于，进气孔道(3)的上方设有多个第二进气孔道(5)，第二进气孔道(5)内部设有第二进气管(6)，第二进气管(6)与注气管(2)之间通过单向阀相连。
4.根据权利要求1所述的一种注气点后退式煤炭地下气化***，其特征在于，所述出气孔道(7)包括导气部(72)与输气部(71)，输气部(71)位于导气部(72)的上端，导气部(72)的尺寸小于输气部(71)的尺寸，出气管(8)的底部安放在导气部(72)与输气部(71)的连接处，出气管(8)的内径大于导气部(72)的直径。
5.根据权利要求1所述的一种注气点后退式煤炭地下气化***，其特征在于，所述切换机构包括切换板(131)，切换板(131)的端面固定连接转动轴(132)，转动轴(132)的一端穿过收集管(13)与小型电机(133)相连，小型电机(133)放置在集气箱中，集气箱的的端面开设有进气孔，集气箱设有进气孔的端面与收集管(13)固定连接，转动轴(132)位于进气孔的内侧。
6.根据权利要求4所述的一种注气点后退式煤炭地下气化***，其特征在于，所述导气部(72)的内部安装有导气管(9)，导气管(9)深入到煤层中，导气管(9)的端面设有多个从上到下排列的出气孔(10)。
7.根据权利要求1所述的一种注气点后退式煤炭地下气化***，其特征在于，所述引燃管(16)包括位于地面上的上管体(162)以及位于地面下的下管体(161)，上管体(162)与下管体(161)之间通过可燃材质制成的连接管(163)相连。
8.根据权利要求1所述的一种注气点后退式煤炭地下气化***的工艺，其特征在于，工艺的步骤顺序为：
步骤一：向注气管(2)内部通入气化剂，气化剂通过进气管(4)进入到进气管(4)的内侧，并随着进气管(4)中气化剂逐渐通入，进而增加进气管(4)内部的气压，将内侧的进气板顶起，将气化剂通入到煤层中；
步骤二：在注气管(2)通入气化剂的同时，同步启动抽气机(11)，将煤层中的气体进行抽取，并通过检测箱(12)进行检测，当检测到气化剂的浓度达到设定值后，关闭抽气机(11)；
步骤三：通过引燃管(16)向内侧的煤层通入燃气，接着通过引燃装置将燃气进行引燃，进而将煤层引燃，与此同时启动所有的抽气机(11)进行抽气；
步骤四：通过抽气机(11)对引燃的气体进行抽气，当检测到抽上来的气体中煤气的浓度达到设定值后，通过切换机构打开相应的收集管(13)，将煤气送入到净化装置中进行处理；
步骤五：通过上电机(18)带动进气挡板(20)向进气管(4)的外侧移动，停止向煤层的内侧通入气化剂，气化剂顶开相邻的进气板，向内侧的煤层通入气化剂；
步骤六：当检测箱(12)检测到抽上来气体中煤气含量低于设定值后，打开注浆装置，通过注浆管(14)将浆液进入到出气管(8)中，并向煤层中进行注浆，可对煤层进行填充，防止地表塌陷。
9.根据权利要求8所述的一种注气点后退式煤炭地下气化***的工艺，其特征在于，步骤五中，当进气挡板(20)进行移动时，依次从下到上打开单向阀，通过第二进气管(6)向煤层内部通入气化剂。
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