一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)。主要包括置于地下的排氣管，該排氣管的上端凸出于地面；所述排氣管的外側(cè)，與外套管密閉連接，外套管與排氣管之間形成用于容納冷卻水的冷卻室；所述排氣管的下端位于煤層下巖石內(nèi)，且為封閉結(jié)構(gòu)；排氣管的管體部分具有集氣口；位于地下的煤氣經(jīng)集氣口進(jìn)入管體內(nèi)部，然后從排氣管的上端流出，煤氣在流經(jīng)集氣管的過(guò)程中，傳遞至管體及焊縫的熱量被冷卻水冷卻。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)計(jì)全新的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ΜF(xiàn)有埋地輸氣管道進(jìn)行降溫，保證管道整體及管道焊縫處不會(huì)因高溫造成損壞。
【專利說(shuō)明】
一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及礦井地下煤炭氣化和工程鉆探相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]地下煤炭氣化技術(shù)是將采煤工作面布置成封閉的氣化工作面(相當(dāng)于氣化爐)，通過(guò)點(diǎn)火燃燒地下煤炭，產(chǎn)生主要含一氧化碳的可燃煤氣，供給工業(yè)和居民使用。地下煤炭氣化技術(shù)可充分利用煤炭資源，減少環(huán)境污染。不僅提高安全質(zhì)量，還優(yōu)于地面氣化設(shè)備所產(chǎn)生煤氣的成本。
[0003]地下煤炭燃燒所需的氧氣和產(chǎn)生的煤氣都要通過(guò)連接地下和地面之間的管道輸送。這些管道都是通過(guò)鉆孔安裝的，即下入鉆孔內(nèi)的鋼質(zhì)套管。
[0004]煤氣排氣管在使用中，高溫煤氣會(huì)使排氣管道溫度升高，促使其膨脹延展，排氣管道的熱脹冷縮對(duì)其質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，會(huì)使焊縫破裂，一旦造成煤氣泄漏，就會(huì)出現(xiàn)安全事故。
[0005]因此，如何設(shè)計(jì)一種能夠?qū)ΜF(xiàn)有進(jìn)行燃?xì)馀艢夤艿肋M(jìn)行降溫或溫度控制的裝置，使輸氣管道的焊縫保持良好的密封性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)全新的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ΜF(xiàn)有埋地輸氣管道進(jìn)行降溫，保證管道整體及管道焊縫處不會(huì)因高溫造成損壞。
[0007]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括:
[0009]置于地下的排氣管，該排氣管的上端凸出于地面；
[0010]所述排氣管的外側(cè)，與外套管密閉連接，外套管與排氣管之間形成用于容納冷卻水的冷卻室；
[0011]所述排氣管的下端位于煤層下的巖石內(nèi)，且為封閉結(jié)構(gòu)；
[0012]排氣管的管體部分具有集氣口；
[0013]位于地下的煤氣經(jīng)集氣口進(jìn)入管體內(nèi)部，然后從排氣管的上端流出，煤氣在流經(jīng)集氣管的過(guò)程中，傳遞至管體及焊縫的熱量被冷卻水冷卻。
[0014]優(yōu)選的，所述外套管與排氣管形成完全密閉的冷卻室，以防止水沸騰飛濺。
[0015]優(yōu)選的，所述巖石內(nèi)設(shè)有伸縮腔，伸縮腔內(nèi)填充有密封物，密封物將排氣管的下端密封。
[0016]優(yōu)選的，所述密封物包括細(xì)沙層，細(xì)沙層上部具有黏土層。
[0017]優(yōu)選的，所述排氣管與地下巖體之間具有密封體。
[0018]優(yōu)選的，所述外套管底部通過(guò)止水墊與排氣管密閉連接。
[0019]優(yōu)選的，所述冷卻室內(nèi)具有溫度傳感器，溫度傳感器將信號(hào)傳遞位于冷卻室外部的溫度顯示儀進(jìn)行顯示。
[0020]優(yōu)選的，所述冷卻室分別與給水管和排水管連通，冷卻水從給水管進(jìn)水，熱水從排水管排出。
[0021 ]優(yōu)選的，所述給水管和排水管通過(guò)水栗形成水循環(huán)系統(tǒng)。
[0022]優(yōu)選的，所述排氣管為多根鋼管焊接而成，至少一個(gè)焊縫位于所述冷卻室當(dāng)中。
[0023]在提供上述結(jié)構(gòu)方案的同時(shí)，本發(fā)明還提供了上述溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工藝，主要包括如下步驟:
[0024]A、進(jìn)行鉆孔至設(shè)計(jì)深度，然后安裝外套管，密封外套管與巖石之間空隙；
[0025]B、在外套管內(nèi)繼續(xù)鉆孔，在煤層下巖石內(nèi)形成伸縮腔，在伸縮腔內(nèi)填充密封物；
[0026]C、安裝排氣管，令排氣管的下端被密封物密封，同時(shí)將外套管與排氣管的結(jié)合處以及排氣管與巖石之間空隙密封；
[0027]D、在排氣管上開(kāi)設(shè)集氣口。
[0028]上述方法中，優(yōu)選的是，在完成步驟D后，在冷卻室內(nèi)安裝給水管、排水管及溫度傳感器。
[0029]上述方法中，優(yōu)選的是，排水管安裝完成后，清理內(nèi)部的殘留物。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:
[0031]通過(guò)對(duì)排水管上部的水循環(huán)冷卻，實(shí)現(xiàn)了對(duì)排水管上部的溫度控制，下端設(shè)置伸縮腔，能實(shí)現(xiàn)排水管下部的自由伸縮，防止了排水管溫度升高后管體本身應(yīng)力的分布不均而引發(fā)的排水管的變形，尤其是在焊縫處出現(xiàn)裂縫，造成煤氣的泄露而引發(fā)安全事故。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1鉆孔后安裝外套管后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2施工鉆孔后安裝排氣管、伸縮腔及其內(nèi)充填密封材料、封固排氣管示意圖；
[0034]圖3在對(duì)應(yīng)煤層處的排氣管上割集氣口示意圖；
[0035]圖4排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)安裝完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]其中:1、給水管，2、溫度顯示儀，3、密封蓋，4、外套管，5、溫度傳感器，6、圍巖，7、密封體，8、排氣管，9、密封物，10、集氣口，11、煤氣，12、燃燒的煤層，13、止水墊，14、冷卻室，15、地面，16、排水管，17、伸縮腔。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0038]實(shí)施例:一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，包括:
[0039]置于地下的排氣管8，該排氣管8的上端凸出于地面，與集氣裝置或用戶側(cè)連通。
[0040]排氣管8的外側(cè)，具有外套管4;二者的頂部，通過(guò)密封蓋3密閉連接，底部通過(guò)止水墊13密閉連接。該結(jié)構(gòu)使得外套管4與排氣管8之間形成用于容納冷卻水的冷卻室14。
[0041]所述排氣管8的下端位于煤層下的巖石內(nèi)；排氣管8的管體部分位于燃燒的煤層12中。煤層底部的巖石內(nèi)，具有凹陷的伸縮腔17，伸縮腔17內(nèi)填充有密封物9，密封物9包括細(xì)沙層及位于細(xì)沙層上面的黏土層。
[0042]因?yàn)榕艢夤?位于地下，因此排氣管8的外側(cè)為圍巖6。所述排氣管8與地下圍巖6之間具有密封體7。
[0043]在冷卻室14的內(nèi)部具有溫度傳感器5，溫度傳感器5將信號(hào)傳遞位于冷卻室14外部的溫度顯示儀2進(jìn)行顯示。
[0044]所述密封蓋3上安裝有給水管I和排水管16，冷卻水從給水管I進(jìn)水，熱水從排水管16排出。給水管I和排水管16在具有水栗的情況下即可形成水循環(huán)系統(tǒng)。
[0045]所述排氣管8為多根鋼管焊接而成，至少一個(gè)焊縫位于所述冷卻室14當(dāng)中。
[0046]在提供上述結(jié)構(gòu)方案的同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種形成上述結(jié)構(gòu)的施工方法，主要步驟為:
[0047]1、施工鉆孔，安裝外套管4。先施工大口徑鉆孔，到設(shè)計(jì)深度后，下入外套管4，對(duì)外套管4與圍巖6之間的間隙進(jìn)行封固，候凝。外套管4封固漿液采用42.5R普通硅酸鹽水泥漿，水泥楽水灰比為0.8:1。
[0048]2、施工鉆孔形成伸縮腔17。候凝結(jié)束后，在外套管4內(nèi)施工鉆孔，鉆孔深度超過(guò)煤層底板5m。在煤層底板以下形成深度5m的伸縮腔17。然后在伸縮腔17內(nèi)充填細(xì)沙，充填厚度為2m，在細(xì)沙上面再充填粘土 lm。充填的細(xì)沙和粘土作為排氣管8下端的密封材料。
[0049]3、安裝排氣管8。在鉆孔內(nèi)下入排氣管8，排氣管8下端插入伸縮腔內(nèi)17的黏土層上。對(duì)排氣管8外與圍巖6之間的間隙進(jìn)行注漿封固，形成排氣管外的密封體7。
[0050]該密封體7即為冷卻室底部的止水墊13和排氣管8與巖石之間的密封體，防止冷卻室14里面的水沿管壁滲漏。要求止水墊高度為3m。封固后候凝。
[0051]4、在排水管內(nèi)重新下鉆頭，掃除排水管內(nèi)因?yàn)榉夤膛潘軞埩舻乃嗟入s物。
[0052]5、在煤層工作面內(nèi)找到排氣管8后，在排氣管8相應(yīng)位置開(kāi)口，形成集氣口 10。
[0053]6、外套管4、排氣管8和止水墊13共同形成冷卻室。在冷卻室內(nèi)下入給水管I，給水管I下端口距離止水墊上表面不超過(guò)2m。
[0054]7、在冷卻室14內(nèi)安裝溫度傳感器5，溫度傳感器5和溫度顯示儀2連接。
[0055]8、安裝排水管16，安裝密封蓋3。
[0056]本發(fā)明中:
[0057]1、在外套管4內(nèi)施工鉆孔時(shí)，要保證鉆孔軸心和外套管4的軸心重合。也就是保證施工的鉆孔在外套管4的中心線上。
[0058]2、外套管4與巖石之間的間隙的封固漿液采用42.5R普通硅酸鹽水泥漿，水泥漿水灰比為0.8:1。排水管16外與圍巖6之間的間隙的封固漿液為水泥-粘土漿液。水泥采用425#復(fù)合水泥，水泥漿水灰比0.8:1，配漿時(shí)，按照水泥重量比的20%添加粘土，并充分?jǐn)嚢?，水泥中加入一定量的粘土可以改善水泥漿漿液的粘度、可塑性和微膨脹性。該漿液固結(jié)后比普通硅酸鹽水泥漿液固結(jié)后的收縮率明顯減少，滲透性明顯降低。
[0059]3、采用伸縮腔17的設(shè)計(jì)以及伸縮腔內(nèi)充填細(xì)沙和粘土，主要目的是當(dāng)高溫煤氣通過(guò)集氣口 10經(jīng)排氣管內(nèi)向上運(yùn)行時(shí)，其高溫會(huì)使排氣管升溫，排氣管8出現(xiàn)熱漲現(xiàn)象。排氣管8下端設(shè)計(jì)為自由端，能滿足排氣管8下端部會(huì)向下伸長(zhǎng)，排氣管8降溫后又會(huì)收縮。伸縮腔17就是提供排氣管8下端伸縮的空間。伸縮腔內(nèi)充填細(xì)沙和粘土就是保持伸縮腔內(nèi)排氣管伸縮后仍能保持密封。
[0060]4、冷卻室14的作用是給上部處于冷卻室位置的排氣管升溫后降溫。工作原理是通過(guò)給水管向冷卻室14內(nèi)注入冷水，冷水充滿冷卻室后沿排水管排出，冷卻室14內(nèi)循環(huán)的水能攜帶排水管升溫后產(chǎn)生的熱量，保持該部分排水管的溫度在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。當(dāng)溫度探測(cè)儀探測(cè)到冷卻室內(nèi)水溫達(dá)到一定限度后，開(kāi)動(dòng)給水栗通過(guò)給水管向冷卻室內(nèi)給冷水，冷水就會(huì)通過(guò)給水管進(jìn)入冷卻室底部，上部熱水通過(guò)排水管排出，冷熱水的循環(huán)形成一個(gè)交換作用，保持排水管溫度的相對(duì)恒定。當(dāng)水循環(huán)較慢難以快速降溫時(shí)，可以使用吸水栗通過(guò)排水管吸水，給水栗通過(guò)給水管給水，以增加冷卻室內(nèi)熱交換的速度。
[0061]5、密封蓋的作用是防止冷卻室內(nèi)一旦形成高溫水，高溫水濺出傷人。
[0062]6、對(duì)排水管16上部冷卻，下端留有伸縮腔的目的是防止排水管溫度升高后管體本身應(yīng)力分布不均，會(huì)引起排水管的變形，尤其是在焊縫處出現(xiàn)裂縫，造成煤氣的泄露而引發(fā)安全事故。
[0063]應(yīng)用例:原曹莊煤礦在某個(gè)采煤工作面內(nèi)實(shí)施了地下煤炭氣化工程，設(shè)計(jì)施工了2對(duì)進(jìn)排氣鉆孔(2進(jìn)氣孔為輸氧孔，向煤層工作面內(nèi)輸送空氣中的氧氣；2個(gè)排氣孔，套管作為排氣管，排出煤炭燃燒后產(chǎn)生的煤氣)，排氣孔中的煤氣溫度對(duì)排氣管影響較大，排氣管的熱脹冷縮會(huì)產(chǎn)生管體變形甚至出現(xiàn)在焊縫連接處的開(kāi)裂現(xiàn)象，造成煤氣的泄漏，不僅破壞周圍環(huán)境，還會(huì)引發(fā)安全事故。
[0064]為較好解決排氣管在升溫后變形及開(kāi)裂問(wèn)題，發(fā)明并實(shí)施了地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)裝置，取得較好效果。
[0065]結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0066]1、施工鉆孔，安裝外套管4。先施工直徑為500mm的鉆孔，到設(shè)計(jì)深度后，下入規(guī)格為425 X 4.5_的外套管4，對(duì)外套管4與圍巖6之間的間隙進(jìn)行封固，候凝。外套管4封固漿液采用42.5R普通娃酸鹽水泥楽，水泥楽水灰比為0.8:1。
[0067]2、施工鉆孔形成伸縮腔17。候凝結(jié)束后，在外套管4內(nèi)施工鉆孔，鉆孔深度超過(guò)煤層底板5m。在煤層底板以下形成深度5m的伸縮腔17。然后在伸縮腔17內(nèi)充填細(xì)沙，充填厚度為2m，在細(xì)沙上面再充填粘土 lm。充填的密封物9(即細(xì)沙層和粘土層)作為排氣管8下端的密封材料。在外套管4內(nèi)施工鉆孔時(shí)，要保證鉆孔軸心和外套管4的軸心重合。也就是保證施工的鉆孔在外套管4的中心線上。
[0068]3、安裝排氣管8。在鉆孔內(nèi)下入排氣管8，排氣管8下端座在伸縮腔內(nèi)的密封沙和粘土上。對(duì)排氣管8外與圍巖6之間的間隙進(jìn)行注漿封固，形成排氣管8外的封固體。該封固體即為冷卻室14底部的止水墊13和排氣管8與圍巖6之間的密封體7，防止冷卻室14里面的水沿排氣管8壁滲漏。要求止水墊13高度為3m。封固后候凝。排水管16外與圍巖6之間的間隙的封固漿液為水泥-粘土漿液。水泥采用425#復(fù)合水泥，水泥漿水灰比0.8:1，配漿時(shí)，按照水泥重量比的20%添加粘土，并充分?jǐn)嚢?，水泥中加入一定量的粘土可以改善水泥漿漿液的粘度、可塑性和微膨脹性。該漿液固結(jié)后比普通硅酸鹽水泥漿液固結(jié)后的收縮率明顯減少，滲透性明顯降低。
[0069]4、在排水管16內(nèi)重新下鉆頭，掃除排水管16內(nèi)因?yàn)榉夤膛潘軞埩舻乃嗟入s物。
[0070]5、在煤層工作面內(nèi)找到排氣管8后，在排氣管相應(yīng)位置開(kāi)口，形成集氣口 10。
[0071]6、排水管16、外套管4和止水墊13共同形成冷卻室14。在冷卻室14內(nèi)下入給水管I，給水管I下端口距離止水墊13上表面不超過(guò)2m。
[0072]7、在冷卻室14內(nèi)安裝溫度探測(cè)儀5，溫度探測(cè)儀和溫度顯示儀2連接。
[0073 ] 8、安裝排水管16，安裝密封蓋3，完成整體密封。
[0074]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，未予以詳細(xì)說(shuō)明和局部放大呈現(xiàn)的部分，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不進(jìn)行贅述。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 置于地下的排氣管，該排氣管的上端凸出于地面； 所述排氣管的外側(cè)，與外套管密閉連接，外套管與排氣管之間形成用于容納冷卻水的冷卻室； 所述排氣管的下端位于煤層下的巖石內(nèi)，且為封閉結(jié)構(gòu)； 排氣管的管體部分具有集氣口； 位于地下的煤氣經(jīng)集氣口進(jìn)入管體內(nèi)部，然后從排氣管的上端流出，煤氣在流經(jīng)集氣管的過(guò)程中，傳遞至管體及焊縫的熱量被冷卻水冷卻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外套管與排氣管形成完全密閉的冷卻室。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述巖石內(nèi)設(shè)有伸縮腔，伸縮腔內(nèi)填充有密封物，密封物將排氣管的下端密封。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述密封物包括細(xì)沙層，細(xì)沙層上部具有黏土層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述排氣管與地下巖體之間具有密封體。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外套管底部通過(guò)止水墊與排氣管密閉連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述冷卻室內(nèi)具有溫度傳感器，溫度傳感器將信號(hào)傳遞位于冷卻室外部的溫度顯示儀進(jìn)行顯示。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述冷卻室分別與給水管和排水管連通，冷卻水從給水管進(jìn)水，熱水從排水管排出。
【文檔編號(hào)】E21B17/00GK205677598SQ201620564850
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日 公開(kāi)號(hào)201620564850.9, CN 201620564850, CN 205677598 U, CN 205677598U, CN-U-205677598, CN201620564850, CN201620564850.9, CN205677598 U, CN205677598U
【發(fā)明人】徐志強(qiáng), 潘光明, 曹相東, 周小生, 王偉, 張海勇, 宋旭
【申請(qǐng)人】山東魯濰機(jī)械廠