噴頭及煤炭地下氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明一方面涉及一種噴頭，其包括殼體，殼體包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分通過前孔流體連通，在第二部分的側(cè)壁上設(shè)置有側(cè)孔。所述噴頭還包括可在殼體內(nèi)滑動(dòng)地開啟和關(guān)閉前孔和側(cè)孔的密封組件和設(shè)置于殼體和密封組件之間的彈簧。另一方面涉及一種使用上述噴頭的煤炭地下氣化方法，其包括調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量、注入壓力和出氣通道口的壓力，控制殼體的前孔和側(cè)孔的開啟和關(guān)閉的步驟。該噴頭可以選擇地交替或同時(shí)開啟前孔和側(cè)孔且無需手動(dòng)操作。在煤炭地下氣化過程中，通過噴頭的前孔的開啟可引導(dǎo)氣化工作面移動(dòng)，側(cè)孔的開啟可對(duì)氣化通道兩側(cè)的煤層進(jìn)行強(qiáng)化氣化，使向氣化通道兩側(cè)擴(kuò)展更均勻，提高煤炭資源的回采率。
【專利說明】噴頭及煤炭地下氣化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種噴頭和使用該噴頭的煤炭地下氣化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭地下氣化是借助鉆孔在煤層中形成氣化通道，向氣化通道中注入氣化劑并點(diǎn)燃煤層，在熱作用和化學(xué)作用下將煤在地下轉(zhuǎn)化為煤氣，并輸送至地面的過程。在煤炭地下氣化過程中，為了避免大量煤炭被氣化掉后，燃空區(qū)頂板因無支撐而冒落造成的地下氣化通道堵塞，或者煤層的燃燒不沿已有的通道進(jìn)行，目前較多采用后退式氣化或者逆向燃燒，即燃燒擴(kuò)展的方向與氣化劑的注入方向相對(duì)。
[0003]美國(guó)早期提出的受控后退式注入點(diǎn)(CRIP)氣化工藝只能調(diào)控注氣點(diǎn)的位置，即沿著氣化通道移動(dòng)注氣點(diǎn)的位置，氣化劑沿氣化通道的軸向流動(dòng)，如此，氣化通道燃燒的寬度和高度不能人為控制，只有靠煤層的滲透性和氣化劑擴(kuò)散強(qiáng)度來決定。
[0004]US4479540公布了一種煤炭地下氣化方法，給出了在地下氣化通道中，通過同心管噴頭向煤壁噴射氣化劑。噴頭設(shè)計(jì)成如下圖所示結(jié)構(gòu)，通過連桿傳遞扭力可以使噴頭水平旋轉(zhuǎn)，調(diào)整氣化劑在通道內(nèi)的噴射方向。使用該噴頭不能同時(shí)向兩側(cè)和前方噴入氣化劑，會(huì)造成地下通道氣化不均勻，進(jìn)而造成煤炭資源的回采率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于煤炭地下氣化的、可以選擇地交替或同時(shí)向前端和側(cè)方噴射氣體或液體的噴頭，以及一種利用該噴頭向氣化通道注入氣化劑的煤炭地下氣
化方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種噴頭，包括:殼體；殼體包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分通過前孔流體連通，在第二部分的側(cè)壁上設(shè)置有側(cè)孔；可在殼體內(nèi)滑動(dòng)地開啟和關(guān)閉前孔和側(cè)孔的密封組件；設(shè)置于殼體和密封組件之間的彈簧。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，密封組件包括與前孔構(gòu)成第一密封副的第一密封件、與側(cè)孔構(gòu)成第二密封副的第二密封件和連接于第一密封件和第二密封件的連接件。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，前孔為圓孔，第一密封件為圓球或板件，尤其是矩形板件。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，第二部分的側(cè)壁上設(shè)置有對(duì)置的兩個(gè)側(cè)孔；第二密封件為可形狀配合地在殼體中滑動(dòng)的、相對(duì)設(shè)置的拱形件或中空?qǐng)A柱體。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，第一部分的內(nèi)徑小于第二部分的內(nèi)徑。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，在第一部分和第二部分的連接處設(shè)置有隔板，隔板上設(shè)置有前孔。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，在殼體的第二部分的側(cè)壁上設(shè)置有螺紋。
[0013]另一方面提供一種使用上述任一項(xiàng)噴頭的煤炭地下氣化方法，包括以下依次步驟:a.建立進(jìn)氣通道、出氣通道以及連接進(jìn)氣通道和出氣通道的氣化通道；b.將注氣管的第一端連接噴頭，將注氣管的第一端通過進(jìn)氣通道送入氣化通道中；c.將注氣管的第二端與氣化劑輸送設(shè)備連接；d.通過注氣管向氣化通道中注入氣化劑；e.點(diǎn)燃噴頭所在位置的煤層；f.調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量、注入壓力和出氣通道口的壓力，控制殼體的前孔和側(cè)孔的開啟和關(guān)閉。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，在執(zhí)行步驟f后，執(zhí)行步驟g:通過牽拉注氣管向后移動(dòng)噴頭以繼續(xù)氣化噴頭前方和側(cè)方的煤炭；重復(fù)步驟f和步驟g，直至噴頭后撤至距離進(jìn)氣通道底部Im至3m的范圍內(nèi)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，在執(zhí)行步驟b前，根據(jù)目標(biāo)煤層的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力范圍和氣化劑流量范圍，選擇合適的噴頭內(nèi)部彈簧，明確前孔開啟且側(cè)孔關(guān)閉時(shí)的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力和氣化劑流量的范圍，以及前孔關(guān)閉且側(cè)孔開啟時(shí)的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力和氣化劑流量的范圍。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，在步驟f中，依次執(zhí)行如下步驟:開啟前孔，關(guān)閉側(cè)孔；當(dāng)煤氣中氫氣、一氧化碳和甲烷的總體積比下降15%時(shí)或當(dāng)煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%時(shí)，關(guān)閉前孔、開啟側(cè)孔；當(dāng)再次出現(xiàn)煤氣中氫氣、一氧化碳和甲烷的總體積比下降15%或煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%時(shí)，移動(dòng)注氣管，開啟前孔，關(guān)閉側(cè)孔。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，在步驟f中，依次執(zhí)行如下步驟:同時(shí)開啟前孔和半開側(cè)孔；當(dāng)煤氣中氫氣、一氧化碳和甲烷的總體積比下降15%時(shí)或當(dāng)煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%時(shí)，移動(dòng)注氣管。
[0018]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0019]通過密封組件在殼體中的滑動(dòng)，該噴頭可以選擇地交替或同時(shí)開啟前孔和側(cè)孔，從而使殼體中的流體可以有選擇的沿殼體的軸向從前孔向前噴出，或者通過側(cè)孔向殼體的側(cè)方噴出。并且，密封組件在殼體中的滑動(dòng)行程通過控制流體的流量和壓力確定，由此無需手動(dòng)開啟前孔和側(cè)孔，使得該噴頭可以用于人無法到達(dá)的區(qū)域，例如煤炭地下氣化時(shí)的氣化通道中。
[0020]在煤炭地下氣化過程中，選擇地交替或同時(shí)開啟前孔和側(cè)孔，通過前孔的開啟可有效地引導(dǎo)氣化工作面的移動(dòng)，通過側(cè)孔的開啟可有效的對(duì)氣化通道兩側(cè)的煤層進(jìn)行強(qiáng)化氣化，使向氣化通道兩側(cè)擴(kuò)展更均勻，提高煤炭資源的回采率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的噴頭的第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的噴頭的第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的噴頭的第三個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖4是本發(fā)明的煤炭地下氣化方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述。
[0026]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的噴頭，其包括:殼體1，其中殼體I包括第一部分8和第二部分9，第一部分8和第二部分9通過前孔10流體連通，在第二部分9的側(cè)壁上設(shè)置有側(cè)孔6。進(jìn)一步參照?qǐng)D1，噴頭還包括可在殼體I內(nèi)滑動(dòng)地開啟和關(guān)閉前孔10和側(cè)孔6的密封組件3、設(shè)置于殼體I和密封組件3之間的彈簧2。[0027]具體而言，在殼體I的第一部分8的一個(gè)端口設(shè)置有支承件7，該端口為遠(yuǎn)離第二部分9的端口，彈簧2的一端連接于支承件7，彈簧2的另一端連接于密封組件3。換言之，彈簧2在自由狀態(tài)時(shí)穿過前孔(10)，位于第一部分8和第二部分9中。由此，當(dāng)流體推動(dòng)密封組件3向靠近支承件7 (也為靠近前孔10)的方向滑動(dòng)時(shí)，彈簧2壓縮變形；當(dāng)流體對(duì)密封組件3的推動(dòng)力減小時(shí)，彈簧2的回復(fù)力推動(dòng)密封組件3向遠(yuǎn)離支承件7的方向滑動(dòng)。優(yōu)選地，支承件7包括交叉設(shè)置的兩個(gè)長(zhǎng)度等于第一部分8的直徑的第一支承片14和第二支承片15，第一支承片14和第二支承片15的兩端分別固定于殼體I的側(cè)壁上，彈簧2固定于第一支承片14和第二支承片15的交叉點(diǎn)上，可選地，彈簧2焊接于上述交叉點(diǎn)上。
[0028]在本實(shí)施例中，殼體I是圓柱狀的，密封組件3包括與前孔10構(gòu)成第一密封副的第一密封件11、與側(cè)孔6構(gòu)成第二密封副的第二密封件12和連接于第一密封件11和第二密封件12的連接件4。其中，殼體I的第一部分8的內(nèi)徑小于第二部分9的內(nèi)徑，換言之，第一部分8相對(duì)第二部分9向殼體I的內(nèi)部縮進(jìn)，在縮進(jìn)的位置形成前孔10。進(jìn)一步，前孔10為圓孔，第一密封件11為圓球。上述圓球的直徑大于或等于上述圓孔的直徑，以實(shí)現(xiàn)第一密封件11和前孔10形成第一密封副，即在此處為圓球抵靠圓孔形成的線密封，從而關(guān)閉前孔10 ;而上述圓球的直徑小于殼體I的第二部分9的直徑，以使流體經(jīng)第一密封件11與殼體I的內(nèi)壁之間的間隙流過，從而開啟前孔10。
[0029]連接件4在本實(shí)施例中為如圖1所示的由兩個(gè)交叉的門型框架組成的支架，可選地第一密封件11固定于支架的交叉點(diǎn)上，支架的四個(gè)端部固定于第二密封件12上。
[0030]進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，第二部分9的側(cè)壁上設(shè)置有對(duì)置的兩個(gè)側(cè)孔6，第二密封件12為可形狀配合地在殼體I中滑動(dòng)的中空?qǐng)A柱體。具體而言，第二密封件12與殼體I的內(nèi)壁形狀配合，即中空?qǐng)A柱體的外徑等于殼體I的第二部分9的內(nèi)徑，而中空?qǐng)A柱體的軸向長(zhǎng)度大于側(cè)孔6沿殼體I的軸向的長(zhǎng)度，由于中空?qǐng)A柱體與殼體I的第二部分9形狀配合，所以上述中空?qǐng)A柱體的軸向和殼體I的軸向是相同的方向，即圖中的L方向。由此，當(dāng)彈簧2未被壓縮或僅小幅度壓縮時(shí)，中空?qǐng)A柱體的側(cè)壁完全覆蓋側(cè)孔6，以實(shí)現(xiàn)第二密封件12與側(cè)孔6構(gòu)成第二密封副，此處為中空?qǐng)A柱體的側(cè)壁覆蓋側(cè)孔6所形成的面密封，從而關(guān)閉側(cè)孔6，使全部流體流入中空?qǐng)A柱體并經(jīng)前孔10噴出。當(dāng)?shù)谝幻芊饧?1未關(guān)閉前孔10、但彈簧2被大幅度壓縮時(shí)，中空?qǐng)A柱體隨著彈簧2的壓縮向靠近前孔10的方向滑動(dòng)，由此中空?qǐng)A柱體的后端面(遠(yuǎn)離前孔10的端面)向靠近前孔10的方向移動(dòng)，使得中空?qǐng)A柱體的側(cè)壁部分覆蓋側(cè)孔6，將側(cè)孔6的一部分打開，即此時(shí)部分還未進(jìn)入中空?qǐng)A柱體的流體可由側(cè)孔6噴出，部分流體進(jìn)入中空?qǐng)A柱體并經(jīng)前孔10噴出。當(dāng)?shù)谝幻芊饧?1關(guān)閉前孔10時(shí)，中空?qǐng)A柱體的側(cè)壁脫離側(cè)孔6 (即側(cè)孔6不被中空?qǐng)A柱體的側(cè)壁覆蓋)，則側(cè)孔6完全打開，流體僅由側(cè)孔6噴出。
[0031]當(dāng)然，參照?qǐng)D2，在第二個(gè)實(shí)施例中，殼體I是圓柱狀的，第二密封件12為中空?qǐng)A柱體，在中空?qǐng)A柱體的側(cè)壁上開設(shè)有導(dǎo)通孔16，導(dǎo)通孔16的前端孔壁至中空?qǐng)A柱體的前端面(靠近前孔10的端面)的距離大于側(cè)孔6沿所述殼體I的軸向的最大長(zhǎng)度。由此，當(dāng)彈簧2未被壓縮或僅小幅度壓縮時(shí)，中空?qǐng)A柱體上位于其前端面至導(dǎo)通孔16前端孔壁之間的側(cè)壁完全覆蓋側(cè)孔6，以實(shí)現(xiàn)第二密封件12與側(cè)孔6構(gòu)成第二密封副，從而關(guān)閉側(cè)孔6，使全部流體流入中空?qǐng)A柱體并經(jīng)前孔10噴出。當(dāng)?shù)谝幻芊饧?1未關(guān)閉前孔10、但彈簧2被大幅度壓縮時(shí)，中空?qǐng)A柱體隨著彈簧2的壓縮向靠近前孔10的方向滑動(dòng)，使得中空?qǐng)A柱體的導(dǎo)通孔16的孔口與側(cè)孔6的孔口部分重合，將側(cè)孔6的一部分打開，即此時(shí)部分還未進(jìn)入中空?qǐng)A柱體的流體可由側(cè)孔6噴出，部分流體進(jìn)入中空?qǐng)A柱體并經(jīng)前孔10噴出。當(dāng)?shù)谝幻芊饧?1關(guān)閉前孔10時(shí)，中空?qǐng)A柱體的導(dǎo)通孔16的孔口與側(cè)孔6的孔口重合，則側(cè)孔6完全打開，流體僅由側(cè)孔6噴出。
[0032]優(yōu)選地，在殼體I的第二部分的側(cè)壁上設(shè)置有螺紋。
[0033]參照?qǐng)D3，本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的噴頭，在其殼體I的第一部分8和第二部分9的連接處設(shè)置有隔板19，隔板19上設(shè)置有前孔10。其中，前孔10為圓孔，第一密封件11為矩形板件。上述矩形板件的寬大于圓孔的直徑，以實(shí)現(xiàn)第一密封件11和前孔10構(gòu)成第一密封副，此處為矩形板件覆蓋圓孔所形成的面密封，從而關(guān)閉前孔10。第二密封件12為可形狀配合地在殼體I中滑動(dòng)的、相對(duì)設(shè)置的拱形件13。該拱形件與殼體I的內(nèi)壁形狀配合，即拱形件的表面貼合殼體I的內(nèi)壁滑動(dòng)，拱形件的長(zhǎng)度(沿殼體I的軸向L的長(zhǎng)度)大于側(cè)孔6沿殼體I的軸向的最大長(zhǎng)度。由此，當(dāng)彈簧2未被壓縮或僅小幅度壓縮時(shí)，拱形件的側(cè)壁完全覆蓋側(cè)孔6，以實(shí)現(xiàn)第二密封件12與側(cè)孔6第二密封副，此處為拱形件的側(cè)壁覆蓋側(cè)孔6所形成的面密封，從而關(guān)閉側(cè)孔6，使全部流體流入中空?qǐng)A柱體并經(jīng)前孔10噴出。當(dāng)?shù)谝幻芊饧?1未關(guān)閉前孔10、但彈簧2被大幅度壓縮時(shí)，拱形件隨著彈簧2的壓縮向靠近前孔10的方向滑動(dòng)，由此拱形件的后端面(遠(yuǎn)離前孔10的端面)向靠近前孔10的方向移動(dòng)，使得拱形件的側(cè)壁部分地覆蓋側(cè)孔6，將側(cè)孔6的一部分打開，即此時(shí)部分流體由側(cè)孔6噴出，部分流體經(jīng)前孔10噴出。當(dāng)?shù)谝幻芊饧?1關(guān)閉前孔10時(shí)，拱形件的側(cè)壁脫離側(cè)孔6 (即側(cè)孔6不被拱形件的側(cè)壁覆蓋)，則側(cè)孔6完全打開，流體僅由側(cè)孔6噴出。
[0034]在本實(shí)施例中，連接件4為一門型框架，該門型框架的橫梁17連接于第一密封件11，該門型框架的兩個(gè)支承梁18分別連接于拱形件。
[0035]當(dāng)然，前孔10、側(cè)孔6、第一密封件11和第二密封件12的形狀和大小不局限于上述三個(gè)實(shí)施例，例如，前孔10為圓孔，第一密封件11還可為圓椎體，其最大圓的直徑大于前孔10的直徑，從而第一密封件11可與前孔10構(gòu)成第一密封副。由此，只要能夠?qū)崿F(xiàn)前孔10和第一密封件11構(gòu)成第一密封副、第一密封件11與殼體10的內(nèi)壁存在間隙、第二密封件12和側(cè)孔6可以構(gòu)成第二密封副以及第二密封件12可以選擇部分的和全部的開啟側(cè)孔
6、第二密封件12與殼體I流體連通即可。
[0036]參照?qǐng)D4，一種使用上述任一項(xiàng)噴頭的煤炭地下氣化方法，包括以下依次步驟:
[0037]a.建立進(jìn)氣通道20、出氣通道21以及連接進(jìn)氣通道20和出氣通道21的氣化通道22 ；
[0038]b.將注氣管23的第一端連接噴頭24，將注氣管23的第一端通過進(jìn)氣通道20送入氣化通道22中；
[0039]c.將注氣管23的第二端與氣化劑輸送設(shè)備連接；
[0040]d.通過注氣管23向氣化通道22中注入氣化劑；
[0041]e.點(diǎn)燃噴頭所在位置的煤層；
[0042]f.調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量、注入壓力和出氣通道口的壓力，控制殼體的前孔10和側(cè)孔6的開啟和關(guān)閉，以氣化噴頭前方及側(cè)方的煤炭。
[0043]在本實(shí)施例中，在執(zhí)行步驟b前，根據(jù)目標(biāo)煤層的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力范圍和氣化劑流量范圍，選擇合適的噴頭內(nèi)部彈簧，明確前孔開啟且側(cè)孔關(guān)閉時(shí)的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力和氣化劑流量的范圍，以及前孔關(guān)閉且側(cè)孔開啟時(shí)的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力和氣化劑流量的范圍。由此，可將開啟或關(guān)閉前孔和側(cè)孔的動(dòng)作轉(zhuǎn)化為控制氣化劑的注入壓力、出氣通道口壓力和氣化劑流量的動(dòng)作。具體在本實(shí)施例中，能使前孔開啟且側(cè)孔關(guān)閉的條件為:氣化劑的注入壓力在0.5-0.7MPa范圍內(nèi)、出氣通道21 口的壓力在0.05MPa-0.08MPa范圍內(nèi)、氣化劑的注入流量為2000Nm3/h，能使前孔關(guān)閉且側(cè)孔開啟的條件為:氣化劑的注入壓力在0.5-0.7MPa范圍內(nèi)、出氣通道21 口的壓力在0.05MPa-0.08MPa范圍內(nèi)、氣化劑的注入流量大于3000Nm3/h。
[0044]在本實(shí)施例中，注氣管23的第一端通過進(jìn)氣通道20送入氣化通道22中并移動(dòng)其直至第一端出氣通道下方的氣化通道22中，點(diǎn)燃煤層后，氣化工作面在注氣管的引導(dǎo)下會(huì)在氣化通道22中由出氣通道向進(jìn)氣通道的方向移動(dòng)，移動(dòng)注氣管的動(dòng)作為向后牽拉注氣管，其中，可理解，由噴頭遠(yuǎn)離與其連接的注氣管的方向?yàn)榍胺?，由噴頭靠近與其連接的注氣管的方向?yàn)楹蠓?。換言之，氣化劑由前孔噴出的方向是由后方指向前方的方向。噴頭的側(cè)方意為噴頭由側(cè)壁垂直向噴頭外部指向的方向。
[0045]具體而言，在步驟f中，執(zhí)行下述步驟:
[0046]fl.調(diào)節(jié)氣化劑的注入壓力在0.5-0.7MPa范圍內(nèi)、調(diào)節(jié)出氣通道21 口的壓力在0.05MPa-0.08MPa 范圍內(nèi)。
[0047]f2.通過調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量為2000Nm3/h，開啟前孔10、關(guān)閉側(cè)孔6。由此可以為氣化通道22前方的煤層輸送氣化劑，促進(jìn)煤層的燃燒。
[0048]f3.由出氣通道21采集煤氣。
[0049]f4.分析煤氣組分。
[0050]f5.若煤氣中氫氣、一氧化碳和甲燒的總體積比下降15%或煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%，通過調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量大于3000Nm3/h，關(guān)閉前孔10、開啟側(cè)孔6。由于煤氣中的有效組分(氫氣、一氧化碳和甲烷)的含量下降，所以可以判斷氣化通道22中注氣管23前方的煤層的燃燒已基本完成，所以開啟側(cè)孔6，向注氣管23的兩側(cè)注入氣化劑，由此可以使氣化通道22兩側(cè)的煤層進(jìn)一步燃燒，從而提高回采率。
[0051]在本實(shí)施例中，在執(zhí)行步驟f后，執(zhí)行步驟g:通過牽拉注氣管向后移動(dòng)噴頭以繼續(xù)氣化噴頭前方和側(cè)方的煤炭；重復(fù)步驟f和步驟g，直至噴頭后撤至距離進(jìn)氣通道底部Im至3m的范圍內(nèi)，進(jìn)氣通道底部為進(jìn)氣通道與氣化通道的連接處。具體為:在執(zhí)行步驟f5后，繼續(xù)采集煤氣，若再次出現(xiàn)煤氣中氫氣、一氧化碳和甲烷的總體積比下降15%或煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%，向后移動(dòng)注氣管23并調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量為2000Nm3/h以開啟前孔10和關(guān)閉側(cè)孔6。再次出現(xiàn)煤氣的有效組分含量下降的情況，說明氣化通道22兩側(cè)的煤層的燃燒已基本完成，所以移動(dòng)注氣管23并開啟前孔10以引導(dǎo)氣化工作面的移動(dòng)，并在移動(dòng)后首先將氣化劑由前孔10噴出。循環(huán)完成步驟f至步驟g，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)氣化通道22的煤層的充分的燃燒，在執(zhí)行上述步驟中，需保持注入壓力在0.5-0.7MPa范圍內(nèi)、調(diào)節(jié)出氣通道21 口的壓力在0.05MPa-0.08MPa范圍內(nèi)。
[0052]下面詳細(xì)描述例如使用圖1所示的噴頭在上述步驟中開啟和關(guān)閉前孔10和側(cè)孔6的原理:
[0053]當(dāng)調(diào)節(jié)氣化劑的注入壓力在0.5-0.7MPa范圍內(nèi)、調(diào)節(jié)出氣通道口的壓力在0.05MPa-0.08MPa范圍內(nèi)且調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量為2000Nm3/h時(shí)，氣化劑作用于密封組件3上的作用力等于或略大于殼體I中位于前孔10到密封件3之間的氣體對(duì)于密封組件3的壓力，所以密封件3靜止不動(dòng)或向靠近前孔10的方向做少量移動(dòng)。此時(shí)，密封件3的第一密封件11未覆蓋前孔10，所以前孔10處于開啟狀態(tài)，而第二密封件12與側(cè)孔6構(gòu)成第二密封副，所以側(cè)孔6關(guān)閉。當(dāng)保持注入壓力在0.5-0.7MPa范圍內(nèi)、調(diào)節(jié)出氣通道口的壓力在0.05MPa-0.08MPa范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量大于3000Nm3/h，此時(shí)，氣化劑作用于密封組件3上的作用力明顯大于殼體I中位于前孔10到密封件3之間的氣體對(duì)于密封組件3的壓力與彈簧2的回復(fù)力的和，所以密封件3向靠近前孔10的方向大幅度移動(dòng)并壓縮彈簧2。此時(shí)，密封件3的第一密封件11完全覆蓋前孔10，第一密封件11與前孔10構(gòu)成第一密封副，所以前孔10處于關(guān)閉狀態(tài)，而第二密封件12由于密封組件3的大幅度移動(dòng)而不覆蓋側(cè)孔6，所以側(cè)孔6開啟。當(dāng)移動(dòng)注氣管23并需再次開啟前孔10和關(guān)閉側(cè)孔6時(shí)，調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量為2000Nm3/h，此時(shí)氣化劑作用于密封組件3上的作用力小于殼體I中位于前孔10到密封件3之間的氣體對(duì)于密封組件3的壓力與彈簧的回復(fù)力的和，由此密封組件3向遠(yuǎn)離前孔10的方向移動(dòng)，由此第一密封件11與前孔10脫離而將其打開，第二密封件12再次覆蓋側(cè)孔6以將其關(guān)閉。
[0054]當(dāng)然在一個(gè)可選的實(shí)施例中，在步驟f中可進(jìn)行如下步驟:
[0055]通過調(diào)節(jié)氣化劑的注入壓力在0.5-0.7MPa范圍內(nèi)、調(diào)節(jié)出氣通道口的壓力在
0.05MPa-0.08MPa范圍內(nèi)且調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量大于2300Nm3/h且小于2700Nm3/h，開啟前孔10和開啟側(cè)孔6的一部分。優(yōu)選地，調(diào)節(jié)化劑的注入流量等于2500Nm3/h以同時(shí)開啟前孔10和半開側(cè)孔6。由此可同時(shí)將氣化劑由注氣管23的前端和側(cè)方噴出，以使注氣管23前端的煤層和側(cè)方的煤層同時(shí)均勻地燃燒。
[0056]之后采集煤氣并分析煤氣組分；當(dāng)煤氣中氫氣、一氧化碳和甲烷的總體積比下降15%時(shí)或當(dāng)煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%時(shí)，移動(dòng)注氣管23。當(dāng)出現(xiàn)煤氣中的有效成分含量下降時(shí)，說明此處注氣管23前端和側(cè)方的煤層的燃燒已基本完成，移動(dòng)注氣管23,引導(dǎo)氣化工作面移動(dòng)。
[0057]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種噴頭，包括: 殼體(1); 其特征在于， 所述殼體(1)包括第一部分(8)和第二部分(9)，所述第一部分(8)和所述第二部分(9)通過前孔(10)流體連通，在所述第二部分(9)的側(cè)壁上設(shè)置有側(cè)孔(6)； 可在殼體(1)內(nèi)滑動(dòng)地開啟和關(guān)閉所述前孔(10)和所述側(cè)孔(6)的密封組件(3)； 設(shè)置于所述殼體(1)和所述密封組件(3 )之間的彈簧(2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭，其特征在于，所述密封組件(3)包括與所述前孔(10)構(gòu)成第一密封副的第一密封件(11 )、與所述側(cè)孔(6)構(gòu)成第二密封副的第二密封件(12)和連接于所述第一密封件(11)和所述第二密封件(12)的連接件(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴頭，其特征在于，所述前孔(10)為圓孔，所述第一密封件(11)為圓球或板件，尤其是矩形板件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的噴頭，其特征在于， 所述第二部分(9)的側(cè)壁上設(shè)置有對(duì)置的兩個(gè)側(cè)孔(6)； 所述第二密封件(12)為可形狀配合地在所述殼體(1)中滑動(dòng)的、相對(duì)設(shè)置的拱形件或中空?qǐng)A柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭，其特征在于， 所述第一部分(8)的內(nèi)徑小于所述第二部分(9)的內(nèi)徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭，其特征在于， 在所述第一部分(8)和所述第二部分(9)的連接處設(shè)置有隔板(19)，所述隔板(19)上設(shè)置有前孔(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭，其特征在于， 在殼體(1)的第二部分(9)的側(cè)壁上設(shè)置有螺紋。
8.一種使用上述權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)噴頭的煤炭地下氣化方法，包括以下依次步驟: a.建立進(jìn)氣通道、出氣通道以及連接所述進(jìn)氣通道和所述出氣通道的氣化通道； b.將注氣管的第一端連接所述噴頭，將注氣管的第一端通過所述進(jìn)氣通道送入所述氣化通道中； c.將注氣管的第二端與氣化劑輸送設(shè)備連接； d.通過注氣管向氣化通道中注入氣化劑； e.點(diǎn)燃噴頭所在位置的煤層； f.調(diào)節(jié)氣化劑的注入流量、注入壓力和出氣通道口的壓力，控制殼體的前孔(10)和側(cè)孔(6)的開啟和關(guān)閉，以氣化噴頭前方及側(cè)方的煤炭。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤炭地下氣化方法，其特征在于， 在執(zhí)行步驟f后，執(zhí)行步驟g:通過牽拉注氣管向后移動(dòng)噴頭以繼續(xù)氣化噴頭前方和側(cè)面的煤炭； 重復(fù)步驟f和步驟g，直至噴頭后撤至距離進(jìn)氣通道底部Im至3m的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤炭地下氣化方法，其特征在于， 在執(zhí)行步驟b前，根據(jù)目標(biāo)煤層的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力范圍和氣化劑流量范圍，選擇合適的噴頭內(nèi)部彈簧(2)，明確前孔開啟且側(cè)孔關(guān)閉時(shí)的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力和氣化劑流量的范圍，以及前孔關(guān)閉且側(cè)孔開啟時(shí)的氣化劑注入壓力、出氣通道口壓力和氣化劑流量的范圍。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤炭地下氣化方法，其特征在于， 在步驟f中，依次執(zhí)行如下步驟: 開啟前孔(10)，關(guān)閉側(cè)孔(6); 當(dāng)煤氣中氫氣、一氧化碳和甲燒的總體積比下降15%時(shí)或當(dāng)煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%時(shí)，關(guān)閉前孔(10)、開啟側(cè)孔(6)； 當(dāng)再次出現(xiàn)煤氣中氫氣、一氧化碳和甲烷的總體積比下降15%或煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%時(shí)，移動(dòng)注氣管，開啟前孔(10)，關(guān)閉側(cè)孔(6)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤炭地下氣化方法，其特征在于， 在步驟f中，依次執(zhí)行如下步驟: 同時(shí)開啟前孔(10)和半開側(cè)孔(6)； 當(dāng)煤氣中氫氣、一氧化碳和甲燒的總體積比下降15%時(shí)或當(dāng)煤氣中氫氣、一氧化碳或甲烷的體積比下降20%時(shí)，移動(dòng)注氣管。
【文檔編號(hào)】E21B43/295GK103541714SQ201310529895
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】陳 峰, 潘霞 申請(qǐng)人:新奧氣化采煤有限公司