[發明專利]噴頭及煤炭地下氣化方法

有效

• 申請號: 201310529895.3
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103541714A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 陳峰;潘霞
• 申請（專利權）人: 新奧氣化采煤有限公司
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本發明涉及一種噴頭和使用該噴頭的煤炭地下氣化方法。

背景技術

煤炭地下氣化是借助鉆孔在煤層中形成氣化通道，向氣化通道中注入氣化劑并點燃煤層，在熱作用和化學作用下將煤在地下轉化為煤氣，并輸送至地面的過程。在煤炭地下氣化過程中，為了避免大量煤炭被氣化掉后，燃空區頂板因無支撐而冒落造成的地下氣化通道堵塞，或者煤層的燃燒不沿已有的通道進行，目前較多采用后退式氣化或者逆向燃燒，即燃燒擴展的方向與氣化劑的注入方向相對。

美國早期提出的受控后退式注入點（CRIP）氣化工藝只能調控注氣點的位置，即沿著氣化通道移動注氣點的位置，氣化劑沿氣化通道的軸向流動，如此，氣化通道燃燒的寬度和高度不能人為控制，只有靠煤層的滲透性和氣化劑擴散強度來決定。

US4479540公布了一種煤炭地下氣化方法，給出了在地下氣化通道中，通過同心管噴頭向煤壁噴射氣化劑。噴頭設計成如下圖所示結構，通過連桿傳遞扭力可以使噴頭水平旋轉，調整氣化劑在通道內的噴射方向。使用該噴頭不能同時向兩側和前方噴入氣化劑，會造成地下通道氣化不均勻，進而造成煤炭資源的回采率低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于煤炭地下氣化的、可以選擇地交替或同時向前端和側方噴射氣體或液體的噴頭，以及一種利用該噴頭向氣化通道注入氣化劑的煤炭地下氣化方法。

為實現上述目的，本發明一方面提供一種噴頭，包括：殼體；殼體包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分通過前孔流體連通，在第二部分的側壁上設置有側孔；可在殼體內滑動地開啟和關閉前孔和側孔的密封組件；設置于殼體和密封組件之間的彈簧。

根據本發明，密封組件包括與前孔構成第一密封副的第一密封件、與側孔構成第二密封副的第二密封件和連接于第一密封件和第二密封件的連接件。

根據本發明，前孔為圓孔，第一密封件為圓球或板件，尤其是矩形板件。

根據本發明，第二部分的側壁上設置有對置的兩個側孔；第二密封件為可形狀配合地在殼體中滑動的、相對設置的拱形件或中空圓柱體。

根據本發明，第一部分的內徑小于第二部分的內徑。

根據本發明，在第一部分和第二部分的連接處設置有隔板，隔板上設置有前孔。

根據本發明，在殼體的第二部分的側壁上設置有螺紋。

另一方面提供一種使用上述任一項噴頭的煤炭地下氣化方法，包括以下依次步驟：a.建立進氣通道、出氣通道以及連接進氣通道和出氣通道的氣化通道；b.將注氣管的第一端連接噴頭，將注氣管的第一端通過進氣通道送入氣化通道中；c.將注氣管的第二端與氣化劑輸送設備連接；d.通過注氣管向氣化通道中注入氣化劑；e.點燃噴頭所在位置的煤層；f.調節氣化劑的注入流量、注入壓力和出氣通道口的壓力，控制殼體的前孔和側孔的開啟和關閉。

根據本發明，在執行步驟f后，執行步驟g：通過牽拉注氣管向后移動噴頭以繼續氣化噴頭前方和側方的煤炭；重復步驟f和步驟g，直至噴頭后撤至距離進氣通道底部1m至3m的范圍內。

根據本發明，在執行步驟b前，根據目標煤層的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力范圍和氣化劑流量范圍，選擇合適的噴頭內部彈簧，明確前孔開啟且側孔關閉時的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力和氣化劑流量的范圍，以及前孔關閉且側孔開啟時的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力和氣化劑流量的范圍。

根據本發明，在步驟f中，依次執行如下步驟：開啟前孔，關閉側孔；當煤氣中氫氣、一氧化碳和甲烷的總體積比下降15%時或當煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%時，關閉前孔、開啟側孔；當再次出現煤氣中氫氣、一氧化碳和甲烷的總體積比下降15%或煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%時，移動注氣管，開啟前孔，關閉側孔。

根據本發明，在步驟f中，依次執行如下步驟：同時開啟前孔和半開側孔；當煤氣中氫氣、一氧化碳和甲烷的總體積比下降15%時或當煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%時，移動注氣管。

相比于現有技術，本發明的有益效果為：

通過密封組件在殼體中的滑動，該噴頭可以選擇地交替或同時開啟前孔和側孔，從而使殼體中的流體可以有選擇的沿殼體的軸向從前孔向前噴出，或者通過側孔向殼體的側方噴出。并且，密封組件在殼體中的滑動行程通過控制流體的流量和壓力確定，由此無需手動開啟前孔和側孔，使得該噴頭可以用于人無法到達的區域，例如煤炭地下氣化時的氣化通道中。