[發明專利]煤炭地下氣化同軸管道裝置及其氣化方法

有效

• 申請號: 201710991341.3
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107558983B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 蘇發強;張文艷;南華;劉少偉;張輝;郭健卿
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295;E21B7/20;E21B43/243
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

1.煤炭地下氣化同軸管道裝置，其特征在于：包括設置在地面上并位于鉆孔周圍的支架，鉆孔的下端伸入到煤層內部，鉆孔內設置有沖孔管，沖孔管下端伸入到煤層上部邊緣，沖孔管上端同軸向連接有下外管，下外管的下端伸入到鉆孔上端口內并與沖孔管上端螺紋連接，下外管上端同軸向設置有上外管，下外管上部和上外管下部套設有管箍，管箍內圈均與下外管上部及上外管下部的外圓螺紋連接，上外管上端口固定設置有上堵板，上堵板的中心處開設有圓孔，圓孔內穿設有內管，內管下端伸入到距離煤層底部10-20cm的位置，內管下端低于沖孔管下端，內管上螺紋連接有位于上堵板上的螺母，螺母下端面與上堵板上表面之間設置有環形的密封墊板，下外管固定設置在支架上，上外管的側部沿徑向方向連接有產氣管接頭。

2.根據權利要求1所述的煤炭地下氣化同軸管道裝置，其特征在于：內管的下端口固定設置有下堵板，下堵板上開設有下注氣孔，內管下端側部沿圓周方向開設有若干個均位于煤層內的側注氣孔。

3.根據權利要求2所述的煤炭地下氣化同軸管道裝置，其特征在于：產氣管接頭的內側設置有溫度傳感器。

4.根據權利要求3所述的煤炭地下氣化同軸管道裝置，其特征在于：沖孔管下端緊挨目標煤層的上表面。

5.根據權利要求4所述的煤炭地下氣化同軸管道裝置，其特征在于：下外管與沖孔管之間的螺紋連接處、管箍內圈與下外管上部及上外管下部的外圓的螺紋連接處均設置有螺紋密封膠。

6.根據權利要求5所述的煤炭地下氣化同軸管道裝置，其特征在于：內管和沖孔管均由多節同軸向螺紋連接而成。

7.如權利要求6所述的煤炭地下氣化同軸管道裝置的氣化方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）在地面垂直或一定傾角向下鉆孔，鉆到煤層底部后，即到達目標深度后停止鉆進；

（2）向鉆孔內下入沖孔管，沖孔管的外徑與鉆孔的內徑相當，沖孔管下端伸入到煤層上表面后停止下沖孔管，然后將下外管的下端擰到最上一節下沖孔管的上端，螺紋連接擰緊后，將下外管固定到支架上；

（3）將上外管同軸向放置到下外管上，將內管穿過上堵板上的圓孔向下下入到下外管和沖孔管內，當內管的下端低于沖孔管下端并距離煤層底部10-20cm后停止下外管，并將最上一節內管上套上密封墊板，然后擰上螺母，將圓孔密封，并限定內管的位置；

（4）將上外管和內管向上抬起，通過內管與沖孔管之間的環形空腔下入抽水管將煤層底部暫存的水抽出，然后再對煤層底部進行干燥，干燥后在下外管上方將遠距離電子打火器送入到內管下端側部的側注氣孔附近的上方；

（5）通過內管上端口向內管內源源不斷地注入空氣和純氧混合氣體，空氣和純氧混合氣體通過側出注氣孔和下注氣孔排到煤層內部時，啟動電子打火器，點燃煤層，然后撤收遠距離電子打火器；

（6）煤層點燃后，通過產氣管接頭處的溫度傳感器若氣體溫度上升并保持不再下降說明點火成功，同時用氣相測譜儀分析產氣管接頭氣體成分，若氣體中的氫氣，一氧化碳，甲烷含量符合要求也說明點火成功；點火不成功就重復步驟（5）再次啟動遠距離電子打火器點火，直到點燃為止；

（7）然后將上外管放置到下外管上并用管箍螺紋連接緊固，在產氣管接頭的外端連接上煤氣收集管道，煤炭氣化燃燒后產生的含有氫氣、一氧化碳、甲烷氣體的可燃氣體由內管與沖孔管之間向上經上外管側部設置的產氣管接頭和煤氣收集管道后收集起來；

（8）當本次氣化區域的煤炭已經完全氣化之后，擰動螺母，使內管向上移動一定長度后對煤層上部區域進行氣化，直到將內管下端周圍的煤層自下而上依次氣化完全。

8.根據權利要求7所述的煤炭地下氣化同軸管道裝置的氣化方法，其特征在于：空氣和純氧混合氣體的流速為20-50升每分鐘，確保煤炭在氧氣不足的情況下一直氣化燃燒，并且不會熄火，從而使煤炭在氣化過程中產生更多的氫氣、一氧化碳、甲烷氣體。

9.根據權利要求7所述的煤炭地下氣化同軸管道裝置的氣化方法，其特征在于：步驟（２）中將下外管固定到支架上后，先使用螺紋密封膠將下外管內壁與沖孔管上端外壁之間進行密封，然后在下外管的外壁與鉆孔上端口之間的間隙填充水泥砂漿進行密封。

10.根據權利要求7所述的煤炭地下氣化同軸管道裝置的氣化方法，其特征在于：步驟（７）中上外管放置到下外管上并用管箍螺紋連接緊固后，再使用螺紋密封膠將管箍內壁分別與上外管和下外管的外壁之間進行密封。