[發(fā)明專利]一種適用于地下煤氣化的移動注氣裝置及其工作方法

有效

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• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112593909B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 畢彩芹;胡志方;張家強(qiáng);唐躍;袁遠(yuǎn);單衍勝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295;E21B34/14
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

1.一種適用于地下煤氣化的移動注氣裝置，其特征在于：包括透氣篩管、組合式可伸縮注氣管和全向輪推拉機(jī)器人，透氣篩管沿煤氣開采井的長度方向設(shè)置用于支撐煤層鉆孔的孔壁，組合式可伸縮注氣管同軸線安裝在透氣篩管內(nèi)；全向輪推拉機(jī)器人沿組合式可伸縮注氣管的內(nèi)部移動，根據(jù)井下煤層燃燒情況自動控制組合式可伸縮注氣管需要注氣的位置軸向伸長產(chǎn)生透氣間隙，使可伸縮注氣管與透氣篩管的篩孔連通后注入氣化劑，注氣完成后全向輪推拉機(jī)器人再將組合式可伸縮注氣管伸長的部分壓縮恢復(fù)到密封狀態(tài)；

組合式可伸縮注氣管包括交替設(shè)置的若干節(jié)剛性管和波紋管，波紋管包括兩端的直管連接部和中間的波紋部，一節(jié)波紋管兩端的直管連接部分別與兩節(jié)剛性管同軸線連接，波紋部的左右兩側(cè)分別一體設(shè)有一個定位環(huán)，定位環(huán)的內(nèi)圈與直管連接部的外圓固定連接，定位環(huán)沿左右方向的厚度大于波紋部的厚度，定位環(huán)和波紋部上沿圓周方向均勻開設(shè)有若干條注氣孔，每條注氣孔均平行于波紋管的軸線，同一條注氣孔內(nèi)插設(shè)有兩根T型銷，T型銷包括頭部和桿部，頭部外徑大于桿部外徑，桿部的直徑等于注氣孔的內(nèi)徑，桿部長度大于頭部長度，T型銷的頭部與定位環(huán)固定連接，左側(cè)一根T型銷桿部的右端與右側(cè)一根T型銷桿部的左端部均為圓錐形結(jié)構(gòu)，左側(cè)的直管連接部的左端口內(nèi)壁和右側(cè)的直管連接部的右端口內(nèi)壁均設(shè)有三個定位塊，同側(cè)的三個定位塊沿直管連接部的圓周方向均勻布置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于地下煤氣化的移動注氣裝置，其特征在于：全向輪推拉機(jī)器人包括左輪架、右輪架、推拉電機(jī)、推拉減速器、絲杠、攝像機(jī)、溫度傳感器和超聲測距傳感器，左輪架和右輪架均成Y型結(jié)構(gòu)，左輪架和右輪架的中心處分別設(shè)有左內(nèi)螺紋套管和右內(nèi)螺紋套管，左內(nèi)螺紋套管和右內(nèi)螺紋套管的中心線重合，絲杠左側(cè)部的外螺紋與右側(cè)部的外螺紋的旋向相反，絲杠左側(cè)部伸入并螺紋連接在左內(nèi)螺紋套管內(nèi)，絲杠右側(cè)部伸入并螺紋連接在右內(nèi)螺紋套管內(nèi)，右輪架上固定設(shè)有平行于絲杠的三根導(dǎo)桿，左輪架上開設(shè)有沿三根導(dǎo)桿滑動的導(dǎo)孔；

推拉電機(jī)通過推拉減速器與絲杠的一端傳動連接，左輪架上和右輪架上均轉(zhuǎn)動設(shè)有三個全向輪，六個全向輪均滾動連接在組合式可伸縮注氣管的內(nèi)壁，左輪架上的三個全向輪與右輪架上的全向輪左右一一對應(yīng)，每個全向輪均通過一個行走電機(jī)和一個行走減速器驅(qū)動，攝像機(jī)和溫度傳感器集成為一體設(shè)置在左輪架的左側(cè)，左輪架上在三個全向輪的側(cè)部設(shè)有一個左固定盒，三個左固定盒沿圓周方向均勻布置，右輪架上在三個全向輪的側(cè)部均設(shè)有一個右固定盒，三個右固定盒沿圓周方向均勻布置，三個左固定盒與三個右固定盒左右一一對應(yīng)，左固定盒和右固定盒的右側(cè)均設(shè)有一個凹槽，每個凹槽內(nèi)均設(shè)有一個所述的超聲測距傳感器，左固定盒和右固定盒內(nèi)均設(shè)有為對應(yīng)鄰近的推拉電機(jī)供電的第一可充電電池；

右輪架上設(shè)有控制器和為行走電機(jī)供電的第二可充電電池，攝像機(jī)、溫度傳感器和超聲測距傳感器的信號輸出端均與控制器的信號輸入端連接，控制器的信號輸出端分別與行走電機(jī)和六個推拉電機(jī)的信號輸入端連接。

3.采用如權(quán)利要求2所述的一種適用于地下煤氣化的移動注氣裝置的工作方法，其特征在于：包括以下步驟，

（1）在巷道內(nèi)沿著煤層鉆孔，鉆孔完成后下入透氣篩管防護(hù)孔壁坍塌；

（2）在透氣篩管內(nèi)下入組合式可伸縮注氣管；

（3）將全向輪推拉機(jī)器人放到組合式可伸縮注氣管的孔口處，同時啟動六個行走電機(jī)，六個全向輪沿組合式可伸縮注氣管的內(nèi)壁行進(jìn)；

（4）在全向輪推拉機(jī)器人行進(jìn)過程中，溫度傳感器實時采集組合式可伸縮注氣管內(nèi)當(dāng)前位置的溫度，若監(jiān)測到的溫度達(dá)到設(shè)計的溫度極限時，說明此處煤炭燃燒面溫度較高，需要增加注氣量，溫度傳感器將溫度信號傳輸給控制器，控制器再發(fā)出控制信號給攝像機(jī)，攝像機(jī)監(jiān)控當(dāng)前行駛路徑并尋找距離最近的一節(jié)波紋管，全向輪推拉機(jī)器人移動到該節(jié)波紋管左側(cè)的三個定位塊和右側(cè)的三個定位塊之間的位置，全向輪推拉機(jī)器人控制該節(jié)波紋管先向伸展，注氣孔被打開，氣化劑通過組合式可伸縮注氣管的管口注入后，再通過注氣孔注入到透氣篩管內(nèi)，再通過透氣篩管上的篩孔進(jìn)入到煤炭的燃燒面；注氣完成后，全向輪推拉機(jī)器人控制該節(jié)波紋管收縮，注氣孔被封堵；

（5）全向輪推拉機(jī)器人繼續(xù)沿著組合式可伸縮注氣管的內(nèi)壁行進(jìn)，若溫度傳感器監(jiān)測的某處溫度達(dá)到設(shè)計的溫度極限時，重復(fù)步驟（4）中全向輪推拉機(jī)器人控制鄰近的波紋管先伸展打開注氣孔，注氣完成后再收縮關(guān)閉注氣孔。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工作方法，其特征在于：步驟（4）中全向輪推拉機(jī)器人控制波紋管先伸展注氣、再收縮關(guān)閉注氣孔的具體過程為：控制器對六個行走電機(jī)發(fā)出信號指令，行走電機(jī)通過行走減速器驅(qū)動對應(yīng)的全向輪轉(zhuǎn)動，六個行走電機(jī)的轉(zhuǎn)速有所差異，利用全向輪可以全向移動的原理，全向輪沿波紋管左右兩側(cè)的直管連接部的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動，直到三個左固定盒位于左側(cè)的三個定位塊的右側(cè)且左右一一對應(yīng)，三個右固定盒位于右側(cè)的三個定位塊的左側(cè)且左右一一對應(yīng)后，六個行走電機(jī)停止，控制器對推拉電機(jī)發(fā)出啟動的信號，推拉電機(jī)通過推拉減速器驅(qū)動絲杠正向旋轉(zhuǎn)，由于絲杠左側(cè)部和右側(cè)部的螺旋方向相反，與絲杠螺紋連接的左內(nèi)螺紋套管和外螺紋套管相背移動，三個左固定盒向左推左側(cè)的三個定位塊，三個右固定盒向右推右側(cè)的三個定位塊，波紋管的波紋部被軸向撐開，左側(cè)的T型銷右端部和右側(cè)的T型銷左端部的圓錐形結(jié)構(gòu)與波紋部的注氣孔對應(yīng)后，圓錐形結(jié)構(gòu)的外圓與注氣孔的之間形成環(huán)形的透氣間隙，推拉電機(jī)暫停，這樣就使透氣篩管上的篩孔通過透氣間隙與組合式可伸縮注氣管內(nèi)部連通；當(dāng)注氣結(jié)束后，六個行走電機(jī)啟動并以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，使全向輪沿圓周方向移動，使左固定盒與左側(cè)的定位塊錯開，右固定盒與右側(cè)的定位塊錯開；再啟動推拉電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，左固定盒向左移動到左側(cè)定位塊的左側(cè)，右固定盒向右移動到右側(cè)定位塊的右側(cè)，然后推拉電機(jī)暫停；再啟動六個行走電機(jī)并以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，使全向輪沿圓周方向移動，使左固定盒與左側(cè)的定位塊左右對應(yīng)，右固定盒與右側(cè)的定位塊左右對應(yīng)，然后再啟動推拉電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，左固定盒向右驅(qū)動左側(cè)定位塊向右移動，右固定盒向左驅(qū)動右側(cè)的定位塊向左移動，這樣就使波紋管的波紋部相對收縮，透氣間隙被消除，注氣孔被T型銷封堵；接著六個行走電機(jī)啟動并以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，使全向輪沿圓周方向移動，使左固定盒與左側(cè)的定位塊錯開，右固定盒與右側(cè)的定位塊錯開，然后六個行走電機(jī)以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，即可繼續(xù)沿組合式可伸縮注氣管的內(nèi)壁行進(jìn)。