一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構及施工工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構及施工工藝。結構部分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，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，且為封閉結構；排氣管的管體部分具有集氣口；位于地下的煤氣經集氣口進入管體內部，然后從排氣管的上端流出，煤氣在流經集氣管的過程中，傳遞至管體及焊縫的熱量被冷卻水冷卻。本發(fā)明通過設計全新的結構，能夠對現(xiàn)有埋地輸氣管道進行降溫，保證管道整體及管道焊縫處不會因高溫造成損壞。
【專利說明】
一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構及施工工藝
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及礦井地下煤炭氣化和工程鉆探相關技術領域，具體的說，是涉及一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構及施工工藝。
【背景技術】
[0002]地下煤炭氣化技術是將采煤工作面布置成封閉的氣化工作面(相當于氣化爐)，通過點火燃燒地下煤炭，產生主要含一氧化碳的可燃煤氣，供給工業(yè)和居民使用。地下煤炭氣化技術可充分利用煤炭資源，減少環(huán)境污染。不僅提高安全質量，還優(yōu)于地面氣化設備所產生煤氣的成本。
[0003]地下煤炭燃燒所需的氧氣和產生的煤氣都要通過連接地下和地面之間的管道輸送。這些管道都是通過鉆孔安裝的，即下入鉆孔內的鋼質套管。
[0004]煤氣排氣管在使用中，高溫煤氣會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其質量產生嚴重影響，會使焊縫破裂，一旦造成煤氣泄漏，就會出現(xiàn)安全事故。
[0005]因此，如何設計一種能夠對現(xiàn)有進行燃氣排氣管道進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，是本領域技術人員亟需解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構。本發(fā)明通過設計全新的結構，能夠對現(xiàn)有埋地輸氣管道進行降溫，保證管道整體及管道焊縫處不會因高溫造成損壞。
[0007]為了達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]—種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，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，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，且為封閉結構；
[0012]排氣管的管體部分具有集氣口；
[0013]位于地下的煤氣經集氣口進入管體內部，然后從排氣管的上端流出，煤氣在流經集氣管的過程中，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，所述巖石內設有伸縮腔，伸縮腔內填充有密封物，密封物將排氣管的下端密封。
[0016]優(yōu)選的，所述密封物包括細沙層，細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止水墊與排氣管密閉連接。
[0019]優(yōu)選的，所述冷卻室內具有溫度傳感器，溫度傳感器將信號傳遞位于冷卻室外部的溫度顯示儀進行顯示。
[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，至少一個焊縫位于所述冷卻室當中。
[0023]在提供上述結構方案的同時，本發(fā)明還提供了上述溫升保護結構的施工工藝，主要包括如下步驟:
[0024]A、進行鉆孔至設計深度，然后安裝外套管，密封外套管與巖石之間空隙；
[0025]B、在外套管內繼續(xù)鉆孔，在煤層下巖石內形成伸縮腔，在伸縮腔內填充密封物；
[0026]C、安裝排氣管，令排氣管的下端被密封物密封，同時將外套管與排氣管的結合處以及排氣管與巖石之間空隙密封；
[0027]D、在排氣管上開設集氣口。
[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，清理內部的殘留物。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:
[0031]通過對排水管上部的水循環(huán)冷卻，實現(xiàn)了對排水管上部的溫度控制，下端設置伸縮腔，能實現(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。
【附圖說明】
[0032]圖1鉆孔后安裝外套管后結構示意圖；
[0033]圖2施工鉆孔后安裝排氣管、伸縮腔及其內充填密封材料、封固排氣管示意圖；
[0034]圖3在對應煤層處的排氣管上割集氣口示意圖；
[0035]圖4排氣管道溫升保護結構安裝完成后的結構示意圖；
[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。
【具體實施方式】
[0037]下面將結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0038]實施例:一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，其結構如圖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連通。
[0040]排氣管8的外側，具有外套管4;二者的頂部，通過密封蓋3密閉連接，底部通過止水墊13密閉連接。該結構使得外套管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；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，具有凹陷的伸縮腔17，伸縮腔17內填充有密封物9，密封物9包括細沙層及位于細沙層上面的黏土層。
[0042]因為排氣管8位于地下，因此排氣管8的外側為圍巖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的內部具有溫度傳感器5，溫度傳感器5將信號傳遞位于冷卻室14外部的溫度顯示儀2進行顯示。
[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，至少一個焊縫位于所述冷卻室14當中。
[0046]在提供上述結構方案的同時，本發(fā)明還提供了一種形成上述結構的施工方法，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，到設計深度后，下入外套管4，對外套管4與圍巖6之間的間隙進行封固，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。候凝結束后，在外套管4內施工鉆孔，鉆孔深度超過煤層底板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內充填細沙，充填厚度為2m，在細沙上面再充填粘土 lm。充填的細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。在鉆孔內下入排氣管8，排氣管8下端插入伸縮腔內17的黏土層上。對排氣管8外與圍巖6之間的間隙進行注漿封固，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、在排水管內重新下鉆頭，掃除排水管內因為封固排水管殘留的水泥等雜物。
[0052]5、在煤層工作面內找到排氣管8后，在排氣管8相應位置開口，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。在冷卻室內下入給水管I，給水管I下端口距離止水墊上表面不超過2m。
[0054]7、在冷卻室14內安裝溫度傳感器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內施工鉆孔時，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#復合水泥，水泥漿水灰比0.8:1，配漿時，按照水泥重量比的20%添加粘土，并充分攪拌，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。該漿液固結后比普通硅酸鹽水泥漿液固結后的收縮率明顯減少，滲透性明顯降低。
[0059]3、采用伸縮腔17的設計以及伸縮腔內充填細沙和粘土，主要目的是當高溫煤氣通過集氣口 10經排氣管內向上運行時，其高溫會使排氣管升溫，排氣管8出現(xiàn)熱漲現(xiàn)象。排氣管8下端設計為自由端，能滿足排氣管8下端部會向下伸長，排氣管8降溫后又會收縮。伸縮腔17就是提供排氣管8下端伸縮的空間。伸縮腔內充填細沙和粘土就是保持伸縮腔內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。工作原理是通過給水管向冷卻室14內注入冷水，冷水充滿冷卻室后沿排水管排出，冷卻室14內循環(huán)的水能攜帶排水管升溫后產生的熱量，保持該部分排水管的溫度在一個合理的范圍內。當溫度探測儀探測到冷卻室內水溫達到一定限度后，開動給水栗通過給水管向冷卻室內給冷水，冷水就會通過給水管進入冷卻室底部，上部熱水通過排水管排出，冷熱水的循環(huán)形成一個交換作用，保持排水管溫度的相對恒定。當水循環(huán)較慢難以快速降溫時，可以使用吸水栗通過排水管吸水，給水栗通過給水管給水，以增加冷卻室內熱交換的速度。
[0061]5、密封蓋的作用是防止冷卻室內一旦形成高溫水，高溫水濺出傷人。
[0062]6、對排水管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力分布不均，會引起排水管的變形，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]應用例:原曹莊煤礦在某個采煤工作面內實施了地下煤炭氣化工程，設計施工了2對進排氣鉆孔(2進氣孔為輸氧孔，向煤層工作面內輸送空氣中的氧氣；2個排氣孔，套管作為排氣管，排出煤炭燃燒后產生的煤氣)，排氣孔中的煤氣溫度對排氣管影響較大，排氣管的熱脹冷縮會產生管體變形甚至出現(xiàn)在焊縫連接處的開裂現(xiàn)象，造成煤氣的泄漏，不僅破壞周圍環(huán)境，還會引發(fā)安全事故。
[0064]為較好解決排氣管在升溫后變形及開裂問題，發(fā)明并實施了地下煤炭氣化排氣管道溫升保護裝置，取得較好效果。
[0065]結合實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0066]1、施工鉆孔，安裝外套管4。先施工直徑為500mm的鉆孔，到設計深度后，下入規(guī)格為425 X 4.5_的外套管4，對外套管4與圍巖6之間的間隙進行封固，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。候凝結束后，在外套管4內施工鉆孔，鉆孔深度超過煤層底板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內充填細沙，充填厚度為2m，在細沙上面再充填粘土 lm。充填的密封物9(即細沙層和粘土層)作為排氣管8下端的密封材料。在外套管4內施工鉆孔時，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。在鉆孔內下入排氣管8，排氣管8下端座在伸縮腔內的密封沙和粘土上。對排氣管8外與圍巖6之間的間隙進行注漿封固，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#復合水泥，水泥漿水灰比0.8:1，配漿時，按照水泥重量比的20%添加粘土，并充分攪拌，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。該漿液固結后比普通硅酸鹽水泥漿液固結后的收縮率明顯減少，滲透性明顯降低。
[0069]4、在排水管16內重新下鉆頭，掃除排水管16內因為封固排水管殘留的水泥等雜物。
[0070]5、在煤層工作面內找到排氣管8后，在排氣管相應位置開口，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2m。
[0072]7、在冷卻室14內安裝溫度探測儀5，溫度探測儀和溫度顯示儀2連接。
[0073 ] 8、安裝排水管16，安裝密封蓋3，完成整體密封。
[0074]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，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，在其它實施例中實現(xiàn)，未予以詳細說明和局部放大呈現(xiàn)的部分，為現(xiàn)有技術，在此不進行贅述。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，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，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，且為封閉結構； 排氣管的管體部分具有集氣口； 位于地下的煤氣經集氣口進入管體內部，然后從排氣管的上端流出，煤氣在流經集氣管的過程中，傳遞至管體及焊縫的熱量被冷卻水冷卻。2.根據權利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，其特征在于，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。3.根據權利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，其特征在于，所述巖石內設有伸縮腔，伸縮腔內填充有密封物，密封物將排氣管的下端密封。4.根據權利要求3所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，其特征在于，所述密封物包括細沙層，細沙層上部具有黏土層。5.根據權利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，其特征在于，所述排氣管與地下巖體之間具有密封體。6.根據權利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，其特征在于，所述外套管底部通過止水墊與排氣管密閉連接。7.根據權利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，其特征在于，所述冷卻室內具有溫度傳感器，溫度傳感器將信號傳遞位于冷卻室外部的溫度顯示儀進行顯示。8.根據權利要求1所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，其特征在于，所述冷卻室分別與給水管和排水管連通，冷卻水從給水管進水，熱水從排水管排出。9.根據權利要求8所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構，其特征在于，所述給水管和排水管通過水栗形成水循環(huán)系統(tǒng)。10.—種實現(xiàn)權利要求1-9任一項所述的地下煤炭氣化排氣管道溫升保護結構的施工工藝，其特征在于，步驟如下: A、進行鉆孔至設計深度，然后安裝外套管;密封外套管與巖石之間空隙。 B、在外套管內繼續(xù)鉆孔，在煤層下巖石內形成伸縮腔，在伸縮腔內填充密封物； C、安裝排氣管，令排氣管的下端被密封物密封，同時將外套管與排氣管的結合處以及排氣管與巖石之間空隙密封； D、在排氣管上開設集氣口。
【文檔編號】E21B43/295GK105863600SQ201610412265
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】徐志強, 潘光明, 曹相東, 周小生, 王偉, 郝振亮, 郭海林
【申請人】山東魯濰機械廠