用于煤炭地下气化的集束管装置及集束管输送装置的制作方法

本发明涉及煤炭地下开采技术，具体涉及一种用于煤炭地下气化的集束管装置及集束管输送装置。

背景技术：

煤炭地下气化技术是将气化剂直接注入到地下原始煤层中进行热化学转化反应产生煤气或合成气的技术。为了完成煤炭的地下气化，需要开钻一系列连接地表和煤层的钻孔，或者在煤层中开钻钻孔，如进气钻孔、出气钻孔和气化通道。通过钻孔需要输送不同类型的物质，或者安装一系列的设备，如输送不同类型的气化剂：空气-氧气、氧气-二氧化碳、氧气-水蒸汽、氧气-氮气、氧气-水等等，安装不同的设备线缆或者传感器线缆等等。

一般的，对于低浓度的富氧气化剂，可以通过钻孔套管直接进行输送；而对于高浓度富氧气化剂，其对管壁洁净度具有较高的要求，安全起见，需要采用经过脱脂处理和光滑度、洁净度符合要求的专门管线进行输送，而对于线缆这一类装置，则有防爆防腐蚀的保护需求。因此，由于钻孔内不同对象具有的不同的输送需求或者安装需求，同一钻孔内不可避免的需要同时设置多个管道，如何将多个管道在钻孔有限的空间内进行合理布置成为煤炭地下开采技术需要解决的问题之一，常见的布置方式有内层管道和外层管道相互嵌套，或者多个管道紧密贴合以并列布置这两种，如申请号为201410016138.0，名称为“地下气化注气装置和方法”的发明专利，就一个外管内设置一个内管和一个信号电缆，通过内管、外管与内管间的环空输送不同的气体，其采用的就是内层管道和外层管道相互嵌套这一方式；又如申请号为201520462545.4，名称为“一种气化剂输送管及其地下燃料气化系统”的发明专利，其包括水输送管和气输送管，其提供了多种设置方式，如其附图3所示的水输送管内套于气输送管中，又或者如其附图5所示的水输送管和气输送管并列固接。

现有技术的不足之处，在使用过程中，由于多个管道的自身性质、管径及受力状况等等因素不同，会使不同管道承受的弯曲、拉伸载荷均不相同，由此使得不同管道的变形幅度不同，导致内层管道磨损外层管道，影响流体输送，或者变形大的管道迫使并列的变形小的管道出现撕裂，这些均给管道的正常作业带来负面影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于煤炭地下气化的集束管装置及集束管输送装置，以解决技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于煤炭地下气化的集束管装置，包括至少两根连续管，还包括固定件，多根所述连续管并列连接于所述固定件上，各所述连续管的轴线平行设置，任意相邻两所述连续管的外壁间具有预定间隙。

上述的集束管装置，多根所述连续管的径向尺寸相同或不完全相同。

上述的集束管装置，各所述连续管活动连接于所述固定件上。

上述的集束管装置，各所述连续管与所述固定件形成一体式结构。

上述的集束管装置，各所述连续管的轴线处于同一平面上。

上述的集束管装置，两所述连续管间的所述预定间隙的大小由该两所述连续管的尺寸、材质、与所述固定件的连接方式决定。

上述的集束管装置，所述固定件有多个，多个所述固定件在所述连续管的轴向上依次间隔布置。

上述的集束管装置，所述固定件沿着所述连续管的轴向延伸，所述固定件包裹所述连续管。

上述的集束管装置，至少一根所述连续管中内套有套管。

上述的集束管装置，还包括第一喷嘴，所述第一喷嘴内设置有混合腔，所述混合腔与至少两根所述连续管相连通。

上述的集束管装置，还包括第二喷嘴，所述第二喷嘴上设置有两个独立腔体，两个独立腔体分别与两根所述连续管一一对应连通。

上述的集束管装置，所述连续管上与所述第二喷嘴相连的部分设置有逆止阀、剪切装置以及封隔器中的一个或多个。

上述的集束管装置，相邻两个所述连续管间的预定间隙的尺寸跟该两根所述连续管的径向尺寸之和成正比。

一种用于煤炭地下气化的集束管输送装置，包括多个输送管、支架以及转动连接于所述支架上的卷筒，还包括上述集束管装置，所述输送管位于所述卷筒的中心孔中，各所述连续管卷绕于所述卷筒上，各所述连续管的尾端位于所述卷筒外侧，各所述连续管的尾端与各所述输送管一一对应连接，所述连续管的尾端通过旋转体与所述输送管连接。

上述的集束管输送装置，各所述连续管的轴线并列的方向与所述卷筒的中心轴线方向平行。

在上述技术方案中，本发明提供的用于煤炭地下气化的集束管装置，多个连续管并列设置且相互之间具有一预定间隙，如此当不同的连续管发生幅度不一的变形时，降低乃至消除对其它连续管的影响，从而降低乃至消除正常作业的负面影响。

由于上述集束管装置具有上述技术效果，包含该集束管装置的集束管输送装置也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a/1b/1c为本发明实施例提供的包括两根连续管的集束管装置的结构示意图；

图2a/2b/2c为本发明实施例提供的包括三根连续管的集束管装置的结构示意图；

图3a/3b为本发明实施例提供的带喷嘴的集束管装置的结构示意图；o2

图4a/4b为本发明实施例提供的带第二喷嘴的集束管装置的结构示意图；

图5a/5b为本发明实施例提供的带第一喷嘴的集束管装置的结构示意图；

图6a/6b/6c为本发明实施例提供的带逆止阀的集束管装置的结构示意图

图7为本发明实施例提供的卷筒的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的集束管输送装置的使用状态图。

附图标记说明：

1、连续管；2、固定件；3、钻孔；4、地面；5、煤层；6、第一喷嘴；6.1、混合腔；7、第二喷嘴；7.1、独立腔体；8、逆止阀；9、卷筒；10、输送管；11、旋转体；12、注入器；13、燃烧腔。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1所示，本发明一种实施例提供的一种用于煤炭地下气化的集束管装置，包括固定件2和两根连续管1，两根连续管1并列连接于固定件2上，两根连续管1的轴线平行设置，两所述连续管1的外壁间具有预定间隙。如图1a和1c所示，两根连续管1的径向尺寸相同，如图1b所示，两根连续管1的径向尺寸不同。相应的，除径向尺寸以外，两根连续管1的壁厚、材质、外形可以相同，也可以不同，固定件2可以与连续管1活动连接，即连续管1套接在固定件2上，可以具有一定的活动幅度，也可以与固定件2固定连接，乃至形成一体式结构，如通过塑料挤注等工艺形成一体式结构。

本实施例中，固定件2可以是夹持结构、卡接结构、或者缠绕结构，如此夹持、卡接或者缠绕于连续管1上。

本实施例中，较为优选的，固定件2具有耐高温、防腐蚀性能，其整体材质或者外表面的材质为相应的阻燃防腐蚀材料，如此以保护连续管1。

本实施例中，固定件2可以是尺寸相对较小的结构，即其仅覆盖连续管1的一段，固定件2有很多个，其沿着连续管1的轴向均匀间隔布置，通过多个固定件2实现对连续管1的固定。固定件2也可以是尺寸较大的结构，其轴向尺寸与连续管1的轴向尺寸相同或者基本相同，固定件2完全覆盖连续管1，除两端漏出外，连续管1整体位于固定件2的内部。

此时进一步的，固定件2包括连接两个连续管1的连接部和连接两个连接部的过渡部，其中，过渡部为弹性部，其具有一定的弹性或者变形能力，如图1c所示，两个连接部为两个圆筒，两个连续管1分别套接在两个圆筒中，过渡部为连接两个圆筒的片状结构，该片状结构具有微幅的变形能力，依靠过渡部的该变形能力降低一个连续管1的变形对另一个连续管1的影响。

本实施例中，两根连续管1的轴线平行设置，若两根连续管1均为圆管，则两个圆管的中心轴线平行设置，若连续管1为椭圆管、方管，相应的其几何中心线即为其中心轴线，若连续管1为没有明确中心线的异形管道，则此处指的是在连续管1的延伸范围内(几十米至几百米不等)，两根连续管1不会直接接触，两连续管1的外壁间的距离完全相同或者基本相同。

本实施例中，两所述连续管1的外壁间具有预定间隙，即两连续管1的外壁间不直接接触，设置该预定间隙的目的在于，当其中一个连续管1因为拉伸、膨胀、压缩以及扭曲速率等等因素发生变形时，其与另一个连续管1的变形幅度几乎势必不同，由于预定间隙的存在，当变形幅度较小时，由于变形间隙的存在，其中一个连续管1的变形几乎影响到另一个连续管1，而当变形幅度较大时，由于变形间隙的存在，也可以降低该连续管1影响另一个连续管1的变形幅度，如此降低对集束管装置的正常作业的负面影响。

本实施例中，预定间隙的大小可以根据两个连续管1的最大变形幅度确定，如一个连续管1在极端工作条件下的变形幅度为5mm，另一个连续管1在极端工作条件下的变形幅度为15mm，则预定间隙大于20mm。作为优选的，两连续管1间的预定间隙的大小由该两所述连续管1的尺寸、材质、与所述固定件2的连接方式决定，如跟尺寸正比，热胀冷缩系数较大的材质的预定间隙较大等等。

如图2所示，本发明另一种实施例提供的一种用于煤炭地下气化的集束管装置，包括固定件2和三根连续管1，三根连续管1并列连接于固定件2上，三根连续管1的轴线平行设置，两所述连续管1的外壁间具有预定间隙。

本实施例提供的集束管装置与前述由两个连续管1组成的集束管装置在各个方面可以完全相同，其额外之处在三个连续管1的布置形式，三个连续管1的三个中心轴线两两之间互相平行，三个连续管1整体呈三角形布置，即三个中心轴线不处在同一平面上，或者三个连续管1的三个中心轴线处于同一平面上，其优点在于，处于同一平面上的三个中心轴线的三个连续管1整体呈扁平状，其可以较好的缠绕于卷筒9上，详见后文卷筒9处的描述。

本发明中，很显然的，除两根、三根连续管1以外，四根、五根乃至更多根的连续管1同样可以以一定的预定间隙连接到固定件2上，其也同样实现上述的技术效果。

本发明中，连续管1可以是管道，用于输送气化剂，也可以是线缆，用于输送电力或者传感器，气化剂可以是由空气、氧气、富氧(氧气浓度大于21％)和其他成分(氮气、二氧化碳、水、水蒸汽)中的任意一种和/或其组合。如集束管装置包括两根独立的连续管1，相应的在集束管另一端设置两根独立的输送管10，其中一根连续管1作为主管用来输送氧气，另一根连续管1作为辅助管道，用来输送水。又或者集束管装置包括三根独立的连续管1，除输送氧气和水的两根管道外，第三根为信号电缆，信号电缆连接传感器，如温度传感器、压力传感器、位移传感器等，用于监测煤层5中、集束管内、喷嘴端的工艺状况。又或者第三根独立的连续管1用于输送其他反应流体，如催化剂、添加剂等，用来催化气化反应提高甲烷含量等。再或者更多的连续管1用来输送硅烷、丙烷等点火燃料，用来点燃煤层5。

本发明中，优选的，多根连续管1中至少一根中内套有套管，即至少一个连续管1为复合管道，如此连续管1可以输送不止一种类型的介质。

如图3所示，本发明的再一个实施例中，连续管1的端部连接有喷嘴和/或燃烧器，每个连续管1的尾部均单独连接一个喷嘴，或者每个输送气化剂的尾部均单独连接一个喷嘴。

如图4所示，本发明的再一个实施例中，连续管1的端部连接有第二喷嘴7，第二喷嘴7为外混式喷嘴，所述第二喷嘴7上设置有两个独立腔体7.1，两个独立腔体7.1分别与两根所述连续管1一一对应连通，连续管1可以是两个，三个或者更多，其中两个输送燃烧介质的管道分别连接第二喷嘴7上的两个独立腔体7.1，两个独立腔体7.1分别向外输送燃烧介质，两种燃烧介质在第二喷嘴7的外侧混合以进行燃烧。

如图5所示，本发明的再一个实施例中，连续管1的端部连接有第一喷嘴6，第一喷嘴6为内混式喷嘴，所述第一喷嘴6内设置有混合腔6.1，所述混合腔6.1与至少两根所述连续管1相连通，连续管1可以是两个，三个或者更多，其中两个输送燃烧介质的管道均与混合腔6.1相连，如此两种燃烧介质先在混合腔6.1中进行混合，混合后再输出进行燃烧。

如图6所示，本发明的再一个实施例中，所述连续管1上与所述第二喷嘴7相连的部分设置有逆止阀8、剪切装置以及封隔器中的一个或多个，逆止阀8为单向阀门，其用于防止燃烧腔13内的气体逆向进入连续管1中，剪切装置为手动剪切机构或者自动剪切机构，其用于在喷嘴因故障被卡住后，剪断连续管1，方便集束管装置的取出；封隔器用于封隔连续管1与钻孔3之间的环空，避免停止注气后，煤气进入环空与气化剂混合发生爆炸。

本发明中，当连续管1的端部连接的不是第二喷嘴7，而连接的是单独喷嘴或者第一喷嘴6时，其同样可以设置有逆止阀8、剪切装置以及封隔器中的一个或多个，可以实现相同的技术效果。

如图7-8所示，本发明还提供一种用于煤炭地下气化的集束管输送装置，包括多个输送管10、支架以及转动连接于所述支架上的卷筒9，还包括上述集束管装置，所述输送管10位于所述卷筒9的中心孔中，各所述连续管1卷绕于所述卷筒9上，各所述连续管1的尾端位于所述卷筒9外侧，各所述连续管1的尾端与各所述输送管10一一对应连接，所述连续管1的尾端通过旋转体11与所述输送管10连接。

具体的，输送管10与连接管一一对应，其用于向连接管输送气化剂或者其它流体，或者连接信号电缆，连续管1整体卷绕于卷筒9上，如此通过卷筒9的转动以将连续管1伸入钻孔3中，连续管1的尾端位于卷筒9的外侧且通过旋转体11与输送管10相连，输送管10位于卷筒9的中心孔中，如此卷筒9转动时输送管10不会转动，而连续管1会整体跟随卷筒9绕动，旋转体11用于匹配连续管1和输送管10的不同运动状态，旋转体11包括一筒体，其两端分别与连续管1和输送管10连通，但其与连续管1转动连接，或者与输送管10转动连接，或者同时与连续管1和输送管10转动连接，如此当连续管1转动时而输送管10可以保持不转动。

本实施例中，如图7所示，进一步的，各所述连续管1的轴线并列的方向与所述卷筒9的中心轴线方向平行，当连续管1有两个时，两个中心轴线处于同一平面上，而当连续管1有三个以上时，其连续管1的三个以上的轴线也处于同一平面上，该平面的延伸方向即为个轴线并列的方向，图7中，多个轴线所处的平面环绕卷筒9设置，如此设置的作用在于，各所述连续管1呈扁平状，以扁平状较大的平面铺于卷筒9上，如此在卷筒9上缠绕更为紧实，较为充分的利用空间。

由于上述集束管装置具有上述技术效果，包含该集束管装置的集束管输送装置也应具有相应的技术效果。

本发明还提供一种用于煤炭地下气化的集束管输送装置，作业时包括以下步骤：

a)在进气钻孔3孔口安装集束管防喷器、集束管注入器12，将卷绕在卷筒9上的集束管装置穿入集束管注入器12、集束管防喷器，由集束管注入器12夹持集束管装置，将连接在集束管端头的喷嘴，送入进气钻孔3中，并下放到煤层5预定位置。

b)将集束管装置与卷筒9中心轴上的集束管端头连接，并将各传感器控制信号、电动阀门、仪表的信号接入控制装置，根据作业过程的需要，向连续管1内注入所需的流体。当执行点火作业时，先将一定流量空气通过集束管装置中的连续管1送入放置在煤层5预定位置中的燃烧器中，再将一定量的硅烷通过连续管1送入燃烧器中，与此同时将丙烷也通过连续管1送入，硅烷遇到空气自燃从而引燃丙烷，丙烷燃烧再将煤层5点燃。煤层5点燃后，在煤层5中形成燃烧腔13，可将连续管1中送入氧气，连续管1中送入水，进行气化生产(或气化采煤作业)，气化过程产生的煤气通过出气钻孔3排出到地面4以供后续利用。

c)在流体注入过程中，通过设置喷嘴端的传感器测煤层5燃烧、气化状态，并通过控制装置进行监测，同时将出口煤气组分数据接入控制装置，通过对传感器、煤气组分等数据的分析，并通过自动控制阀门等，自动调整各流体的流量，从而控制氧气浓度、水氧比、汽氧比等工艺参数，来对出口煤气组分进行调节，实现生产过程的稳定控制。

d)当气化采煤作业过程结束后，通过集束管注入器12、集束管防喷器、卷筒9的协同控制，通过将集束管上提，将喷嘴移动至煤层5下一预定位置处。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。