CN111101920B - 无井地下煤气化点火装置 - Google Patents
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Abstract
无井地下煤气化点火装置，包括输气管道、引气筒、燃烧筒、第一卷扬机、第二卷扬机、电源和控制器，输气管道固定支护在进气钻孔内，引气筒在输气管道内升降滑动，燃烧筒在引气筒内升降滑动，第一卷扬机上缠绕有第一钢丝绳，第一钢丝绳与引气筒的顶部固定连接，第二卷扬机上缠绕有第二钢丝绳，第二钢丝绳与燃烧筒的顶部固定连接，燃烧筒内设置有电火花系统和固体燃料，燃烧筒的外圆周侧壁圆周阵列设置有若干个喷火组件，电源分别与控制器、电火花系统和喷火组件电连接，控制器分别与电火花系统和喷火组件信号连接。本发明通过向煤层巷道输送助燃气体，借助固体燃料点燃煤层，点火成功率高，并能控制助燃气体流动方向，煤层燃烧效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及地下煤气化技术领域，具体地说，涉及一种无井地下煤气化点火装置。
背景技术
煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程。地下气化煤气不仅可作为燃气直接民用和发电，而且还可以用于提取纯氢或作为合成油、二甲醚、氨、甲醇的原料气。因此，煤炭地下气化技术具有较好的经济效益和环境效益，大大提高了煤炭资源的利用率和利用水平，是我国洁净煤技术的重要研究和发展方向。
地下煤气化分为无井式和有井式两种，在煤气化过程中，稳定高效地点火是重中之重，目前常用的点火方法包括焦炭点火、电点火和硅烷点火等，但都存在着一些问题。在无井式地下煤气化中由于钻井底部煤层含水量增高和无气化通道排烟等因素，点火更为困难。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种的无井地下煤气化点火装置，本发明通过向煤层巷道输送助燃气体，借助固体燃料点燃煤层，点火成功率高，并能控制助燃气体流动方向，煤层燃烧效率更高。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
无井地下煤气化点火装置，包括输气管道、引气筒、燃烧筒、第一卷扬机、第二卷扬机、电源和控制器，输气管道固定支护在竖向钻设在地层中的进气钻孔内，输气管道的外壁与进气钻孔的内壁紧压接触，输气管道的底部与煤层巷道连通，引气筒的底部敞口，引气筒在输气管道内升降滑动，燃烧筒在引气筒内升降滑动，第一卷扬机、第二卷扬机、电源和控制器均设置在地面上，第一卷扬机上缠绕有第一钢丝绳，第一钢丝绳的下端固定连接在引气筒的顶部，第二卷扬机上缠绕有第二钢丝绳，第二钢丝绳的下端穿过引气筒的顶部固定连接在燃烧筒的顶部，燃烧筒内设置有电火花系统和固体燃料，燃烧筒的外圆周侧壁圆周阵列设置有若干个喷火组件，电源分别与控制器、电火花系统和喷火组件电连接，控制器分别与电火花系统和喷火组件信号连接。
引气筒包括上下通透的第一圆筒，第一圆筒的顶部内圆螺纹连接有上限位套筒，上限位套筒的顶部内圆设有向下折弯的第一圆环折边，第一圆环折边的垂直段外圆与上限位套筒的内圆之间形成下部敞口的第一环形卡槽，第一圆筒的底部内圆螺纹连接有下限位套筒，下限位套筒的中部内圆设有向上折弯的第二圆环折边，第二圆环折边的垂直段外圆和下限位套筒的内圆之间形成上部敞口的第二环形卡槽，上限位套筒的底部内圆直径和第一圆筒的内径相等，第一圆环折边的垂直段内圆螺纹连接有底部敞口的导引盖，导引盖呈上小下大的中空圆台结构，导引盖的顶部中心开设有第一螺纹通孔，第一螺纹通孔中螺纹连接有密封堵盖，密封堵盖的顶部设有第一耳板，第一钢丝绳的下端固定连接在第一耳板上，第一圆筒的外圆周沿周向设置有若干块导流板，各块导流板所在平面均沿第一圆筒的径向设置，各块导流板的内侧边分别固定连接在第一圆筒的外圆周侧面上，各块导流板的外侧边与输气管道的内壁滑动接触，相邻两块导流板、第一圆筒的外部和输气管道的内壁之间形成引气通道，下限位套筒的底部内圆螺纹连接有柔性筒，下限位套筒的外圆周上圆周阵列固定连接有若干块铰接板，各块铰接板所在平面均沿第一圆筒的径向设置，各块铰接板的上侧边分别与各块导流板的下侧边对接，柔性筒的外圆周上侧部圆周阵列固定连接有若干块第一连接板，柔性筒的外圆周下侧部圆周阵列固定连接有若干块第二连接板，各块第一连接板所在平面和各块第二连接板所在平面均沿柔性筒的径向设置，各块第一连接板的上侧部分别通过一根第一销轴转动连接在各块铰接板上，各块第一连接板的下侧部分别通过一根第二销轴与各块第二连接板的上侧部转动连接，其中左右径向对称的两块铰接板上均固定安装有一个第一舵机，左右径向对称的两块第一连接板上均固定安装有一个第二舵机，两个第一舵机的摇臂分别通过一根第一连杆与左右径向对称的两块第一连接板连接，各根第一连杆的两端分别与相应侧的第一舵机的摇臂和第一连接板铰接，两个第二舵机的摇臂分别通过一根第二连杆与左右径向对称的两块第二连接板连接，各根第二连杆的两端分别与相应侧的第二舵机的摇臂和第二连接板铰接，电源分别与两个第一舵机和两个第二舵机电连接，控制器分别与两个第一舵机和两个第二舵机信号连接。
燃烧筒包括底部敞口的上壳体、上下通透的中间壳体和顶部敞口的下壳体，上壳体、中间壳体和下壳体均同中心竖向设置，上壳体的底部边沿设有向外凸起且水平设置的上圆环法兰板，下壳体的顶部边沿均设有向外凸起且水平设置的下圆环法兰板，上壳体的内径和下壳体的内径相等并大于中间壳体的内径，上圆环法兰板和下圆环法兰板的外径均与中间壳体的外径相等，上圆环法兰板的下表面与中间壳体的顶部表面外边缘对接，下圆环法兰板的上表面与中间壳体的底部表面外边缘对接，上圆环法兰板和下圆环法兰板之间通过若干根竖向穿过中间壳体的紧固螺栓固定连接，各根紧固螺栓圆周阵列设置，中间壳体的外圆周中部圆周阵列开设有若干个安装通孔，各个安装通孔的中心线均沿中间壳体的径向方向设置，各个安装通孔的内端均与中间壳体的内部连通，上壳体的顶部外圆一体成型有圆环导向板，圆环导向板上开设有若干个扇形通孔，圆环导向板的外圆一体成型有第二圆筒，圆环导向板的外圆侧边与第二圆筒的内圆中部固定连接，第二圆筒的外圆周直径和第一圆筒的内径相等，第二圆筒的外圆周和第一圆筒的内壁滑动接触，第二圆筒、第一卡槽和第二卡槽在竖向上的投影重合，下壳体的底部中心固定连接有一块圆形封板，圆形封板水平设置且与下壳体的中心线重合，圆形封板的直径与第二圆环折边的垂直段内圆的直径相等，圆形封板的外圆侧边与第二圆环折边的垂直段内圆滑动接触，上壳体的顶部中心一体成型有连接柱，连接柱的外圆周设有外螺纹，连接柱的中心开设有上下通透且与上壳体内部连通的第二螺纹通孔。
电火花系统包括顶部敞口的点火筒、电打火丝和密封端盖，点火筒的外圆周螺纹连接在第二螺纹通孔中，点火筒的底部伸入到上壳体内部，电打火丝固定安装在点火筒的内中心下侧部，点火筒的内底部固化设有火药块，点火筒的内底部中心开设有火花孔，密封端盖的内圆螺纹连接在连接柱的外圆周上，密封端盖的顶部设有第二耳板，第二钢丝绳的下端穿过密封堵盖并固定连接在第二耳板上，电源通过一根穿过密封堵盖和密封端盖的导线与电打火丝连接，导线上设有点火开关，控制器与点火开关信号连接；
固体燃料包括上药柱和下药柱，上药柱和下药柱均由硝化纤维素、硝化甘油（NG）和防止挥发的添加剂制成，上药柱和下药柱均为圆柱型结构且竖向设置，上药柱和下药柱的中心线均与上壳体的中心线重合，上药柱设置在上壳体中，下药柱设置在下壳体中，上药柱与上壳体之间以及下药柱与下壳体之间均设有一层隔热层，上药柱和下药柱的中心均开设有上下通透的中心圆孔，两个中心圆孔的内壁上均附着有磷粉，点火筒的底部伸入到上药柱的顶部中心圆孔内，上药柱的底部外边缘与中间壳体的顶部表面内边缘紧压接触，下药柱的顶部外边缘与中间壳体的底部表面内边缘紧压接触，中心圆孔的内径小于中间壳体的内径。
各个喷火组件的结构相同，每个喷火组件均包括一根喷管，各根喷管分别对应固定安装在各个安装通孔中，各根喷管的外端均伸出中间壳体并固定安装有外大内小的喇叭形喷嘴，各个喇叭形喷嘴的最外端与中间壳体的中心线的距离小于第一圆筒的内圆半径，各根喷管上均设有位于喇叭形喷嘴和中间壳体外部之间的阀门，上圆环法兰板的上表面上圆周阵列固定安装有若干个第三舵机，各个第三舵机的摇臂分别通过一根第三连杆与各个阀门的旋转启闭件连接，各根第三连杆的一端分别与相应的第三舵机的摇臂铰接，各根第三连杆的另一端分别与各个阀门的旋转启闭件固定连接，各个第三舵机的摇臂通过各根第三连杆分别驱动各个阀门的旋转启闭件旋转以控制各个阀门的开启大小，电源与各个第三舵机电连接，控制器与各个第三舵机信号连接。
其中一块导流板的侧面上固定设置有风速感应片，控制器与风速感应片信号连接。
输气管道的顶部螺纹连接有盖板，盖板上连接有与输气管道连通的进气管，盖板的顶部固定安装有位于盖板上方的第一定滑轮和第二定滑轮，第一钢丝绳绕在第一定滑轮上并竖直向下穿过盖板，第二钢丝绳绕在第二定滑轮上并竖直向下穿过盖板。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明采用在进气钻孔内设置输气管道，输气管道的底部与煤层巷道连通，输气管道内滑动设置引气筒，引气筒内滑动设置燃烧筒，在地面上设置第一卷扬机、第二卷扬机、电源和控制器，第一卷扬机通过第一钢丝绳连接引气筒，第二卷扬机通过第二钢丝绳连接燃烧筒，燃烧筒内设置电火花系统，电源与电火花系统的电打火丝电连接，引气筒包括第一圆筒，第一圆筒的外圆周沿周向设置有若干块导流板，各块导流板所在平面均沿第一圆筒的径向设置，各块导流板的内侧边分别固定连接在第一圆筒的外圆周侧面上，各块导流板的外侧边与输气管道的内壁滑动接触，相邻两块导流板、第一圆筒的外部和输气管道的内壁之间形成引气通道，其中一块导流板的侧面上固定设置有风速感应片，控制器与风速感应片信号连接，工作时，首先通过第一卷扬机和第二卷扬机同步将引气筒和燃烧筒沿输气管道下降至输气管道的底部，引气筒的底部与输气管道的底部齐平，柔性筒位于煤层巷道内，第一卷扬机和第二卷扬机保持固定不动，然后，通过进气管向输气管道中输送助燃气体（氧气），助燃气体便沿着输气管道向下流动，助燃气体在导引盖的作用下向下通过各个引气通道进入到煤层巷道中与煤层接触，当风速感应片检测到助燃气体的流动速度达到规定值时，第二卷扬机启动通过第二钢丝绳继续将燃烧筒向下降落至第二圆筒与第二卡槽卡接，各个喇叭形喷嘴伸出柔性筒的底部位于煤层巷道中，控制器通过点火开关使电源和电打火丝接通，从而电打火丝点燃点火筒内的火药块，火药块燃烧后通过火花孔点燃上药柱和下药柱，同时，控制器控制各个第三舵机启动，各个第三舵机的摇臂便推动各根第三连杆转动，使各个阀门的旋转启闭件旋转，将各个阀门开启，上药柱和下药柱燃烧后便通过各根喷管和各个喇叭形喷嘴向外喷火，进而点燃煤层，煤层点燃成功后，第二卷扬机通过第二钢丝绳将燃烧筒向上拉至第二圆筒与第一卡槽卡接，整个燃烧筒便被提升至引气筒内，圆形封板将引气筒的底部封闭，避免助燃气体、煤气和燃烧的烟气进入引气筒内，然后，控制器分别控制两个第一舵机和两个第二舵机启动，两个第一舵机和两个第二舵机的摇臂均沿柔性筒的径向向外转动，从而使各块第一连接板和各块第二连接板连续沿柔性筒的径向向外转动，使柔性筒整体向外展开变形，通过引气通道的助燃气体的流动方向发生改变，控制煤层的燃烧方向，使煤层的燃烧效率更高。
本发明采用固体燃料点燃煤层，固体燃料包括上药柱和下药柱，上药柱和下药柱均由硝化纤维素、硝化甘油（NG）和防止挥发的添加剂制成，而且上药柱和下药柱中心开设有中心圆孔，中心圆孔内壁附着有磷粉，硝化甘油（NG）本身为氧化剂，使得上药柱和下药柱容易点燃，相比于气体燃料，固体燃料无爆燃的可能性，而且固体燃料产生的热量更多，安全高效，使通入煤层巷道中的助燃气体能够完全用于燃烧煤层，提高点火的成功率。本发明通过向煤层巷道输送助燃气体，借助固体燃料点燃煤层，点火成功率高，并能控制助燃气体流动方向，煤层燃烧效率更高。
附图说明
图1是本发明的工作结构示意图。
图2是图1中A处局部放大图。
图3是本发明的引气筒的轴测图。
图4是本发明的燃烧筒的轴测图。
图5是本发明的电火花系统的结构示意图。
图6是图3中B处局部放大图。
图7是图1中C处局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1-7所示，无井地下煤气化点火装置，包括输气管道1、引气筒2、燃烧筒3、第一卷扬机4、第二卷扬机5、电源6和控制器7，输气管道1固定支护在竖向钻设在地层8中的进气钻孔内，输气管道1的外壁与进气钻孔的内壁紧压接触，输气管道1的底部与煤层巷道9连通，引气筒2的底部敞口，引气筒2在输气管道1内升降滑动，燃烧筒3在引气筒2内升降滑动，第一卷扬机4、第二卷扬机5、电源6和控制器7均设置在地面上，第一卷扬机4上缠绕有第一钢丝绳10，第一钢丝绳10的下端固定连接在引气筒2的顶部，第二卷扬机5上缠绕有第二钢丝绳11，第二钢丝绳11的下端穿过引气筒2的顶部固定连接在燃烧筒3的顶部，燃烧筒3内设置有电火花系统和固体燃料，燃烧筒3的外圆周侧壁圆周阵列设置有若干个喷火组件，电源6分别与控制器7、电火花系统和喷火组件电连接，控制器7分别与电火花系统和喷火组件信号连接。
引气筒2包括上下通透的第一圆筒2-1，第一圆筒2-1的顶部内圆螺纹连接有上限位套筒2-2，上限位套筒2-2的顶部内圆设有向下折弯的第一圆环折边2-3，第一圆环折边2-3的垂直段外圆与上限位套筒2-2的内圆之间形成下部敞口的第一环形卡槽，第一圆筒2-1的底部内圆螺纹连接有下限位套筒2-4，下限位套筒2-4的中部内圆设有向上折弯的第二圆环折边2-5，第二圆环折边2-5的垂直段外圆和下限位套筒2-4的内圆之间形成上部敞口的第二环形卡槽，上限位套筒2-2的底部内圆直径和第一圆筒2-1的内径相等，第一圆环折边2-3的垂直段内圆螺纹连接有底部敞口的导引盖2-6，导引盖2-6呈上小下大的中空圆台结构，导引盖2-6的顶部中心开设有第一螺纹通孔（图未示），第一螺纹通孔中螺纹连接有密封堵盖2-7，密封堵盖2-7的顶部设有第一耳板2-8，第一钢丝绳10的下端固定连接在第一耳板2-8上，第一圆筒2-1的外圆周沿周向设置有若干块导流板2-9，各块导流板2-9所在平面均沿第一圆筒2-1的径向设置，各块导流板2-9的内侧边分别固定连接在第一圆筒2-1的外圆周侧面上，各块导流板2-9的外侧边与输气管道1的内壁滑动接触，相邻两块导流板2-9、第一圆筒2-1的外部和输气管道1的内壁之间形成引气通道，下限位套筒2-4的底部内圆螺纹连接有柔性筒2-10，下限位套筒2-4的外圆周上圆周阵列固定连接有若干块铰接板2-11，各块铰接板2-11所在平面均沿第一圆筒2-1的径向设置，各块铰接板2-11的上侧边分别与各块导流板2-9的下侧边对接，柔性筒2-10的外圆周上侧部圆周阵列固定连接有若干块第一连接板2-12，柔性筒2-10的外圆周下侧部圆周阵列固定连接有若干块第二连接板2-13，各块第一连接板2-12所在平面和各块第二连接板2-13所在平面均沿柔性筒2-10的径向设置，各块第一连接板2-12的上侧部分别通过一根第一销轴2-14转动连接在各块铰接板2-11上，各块第一连接板2-12的下侧部分别通过一根第二销轴2-15与各块第二连接板2-13的上侧部转动连接，其中左右径向对称的两块铰接板2-11上均固定安装有一个第一舵机2-16，左右径向对称的两块第一连接板2-12上均固定安装有一个第二舵机2-17，两个第一舵机2-16的摇臂分别通过一根第一连杆2-18与左右径向对称的两块第一连接板2-12连接，各根第一连杆2-18的两端分别与相应侧的第一舵机2-16的摇臂和第一连接板2-12铰接，两个第二舵机2-17的摇臂分别通过一根第二连杆2-19与左右径向对称的两块第二连接板2-13连接，各根第二连杆2-19的两端分别与相应侧的第二舵机2-17的摇臂和第二连接板2-13铰接，电源6分别与两个第一舵机2-16和两个第二舵机2-17电连接，控制器7分别与两个第一舵机2-16和两个第二舵机2-17信号连接。
燃烧筒3包括底部敞口的上壳体3-1、上下通透的中间壳体3-2和顶部敞口的下壳体3-3，上壳体3-1、中间壳体3-2和下壳体3-3均同中心竖向设置，上壳体3-1的底部边沿设有向外凸起且水平设置的上圆环法兰板3-4，下壳体3-3的顶部边沿均设有向外凸起且水平设置的下圆环法兰板3-5，上壳体3-1的内径和下壳体3-3的内径相等并大于中间壳体3-2的内径，上圆环法兰板3-4和下圆环法兰板3-5的外径均与中间壳体3-2的外径相等，上圆环法兰板3-4的下表面与中间壳体3-2的顶部表面外边缘对接，下圆环法兰板3-5的上表面与中间壳体3-2的底部表面外边缘对接，上圆环法兰板3-4和下圆环法兰板3-5之间通过若干根竖向穿过中间壳体3-2的紧固螺栓3-6固定连接，各根紧固螺栓3-6圆周阵列设置，中间壳体3-2的外圆周中部圆周阵列开设有若干个安装通孔3-7，各个安装通孔3-7的中心线均沿中间壳体3-2的径向方向设置，各个安装通孔3-7的内端均与中间壳体3-2的内部连通，上壳体3-1的顶部外圆一体成型有圆环导向板3-8，圆环导向板3-8上开设有若干个扇形通孔3-9，圆环导向板3-8的外圆一体成型有第二圆筒3-10，圆环导向板3-8的外圆侧边与第二圆筒3-10的内圆中部固定连接，第二圆筒3-10的外圆周直径和第一圆筒2-1的内径相等，第二圆筒3-10的外圆周和第一圆筒2-1的内壁滑动接触，第二圆筒3-10、第一卡槽和第二卡槽在竖向上的投影重合，下壳体3-3的底部中心固定连接有一块圆形封板3-11，圆形封板3-11水平设置且与下壳体3-3的中心线重合，圆形封板3-11的直径与第二圆环折边2-5的垂直段内圆的直径相等，圆形封板3-11的外圆侧边与第二圆环折边2-5的垂直段内圆滑动接触，上壳体3-1的顶部中心一体成型有连接柱3-12，连接柱3-12的外圆周设有外螺纹，连接柱3-12的中心开设有上下通透且与上壳体3-1内部连通的第二螺纹通孔。
电火花系统包括顶部敞口的点火筒12、电打火丝13和密封端盖14，点火筒12的外圆周螺纹连接在第二螺纹通孔中，点火筒12的底部伸入到上壳体3-1内部，电打火丝13固定安装在点火筒12的内中心下侧部，点火筒12的内底部固化设有火药块15，点火筒12的内底部中心开设有火花孔16，密封端盖14的内圆螺纹连接在连接柱3-12的外圆周上，密封端盖14的顶部设有第二耳板17，第二钢丝绳11的下端穿过密封堵盖2-7并固定连接在第二耳板17上，电源6通过一根穿过密封堵盖2-7和密封端盖14的导线18与电打火丝13连接，导线18上设有点火开关（图未示，为常规设置），控制器7与点火开关信号连接；
固体燃料包括上药柱19和下药柱20，上药柱19和下药柱20均由硝化纤维素、硝化甘油（NG）和防止挥发的添加剂制成，上药柱19和下药柱20均为圆柱型结构且竖向设置，上药柱19和下药柱20的中心线均与上壳体3-1的中心线重合，上药柱19设置在上壳体3-1中，下药柱20设置在下壳体3-3中，上药柱19与上壳体3-1之间以及下药柱20与下壳体3-3之间均设有一层隔热层21，上药柱19和下药柱20的中心均开设有上下通透的中心圆孔22，两个中心圆孔22的内壁上均附着有磷粉（图未示），点火筒12的底部伸入到上药柱19的顶部中心圆孔22内，上药柱19的底部外边缘与中间壳体3-2的顶部表面内边缘紧压接触，下药柱20的顶部外边缘与中间壳体3-2的底部表面内边缘紧压接触，中心圆孔22的内径小于中间壳体3-2的内径。
各个喷火组件的结构相同，每个喷火组件均包括一根喷管23，各根喷管23分别对应固定安装在各个安装通孔3-7中，各根喷管23的外端均伸出中间壳体3-2并固定安装有外大内小的喇叭形喷嘴24，各个喇叭形喷嘴24的最外端与中间壳体3-2的中心线的距离小于第一圆筒2-1的内圆半径，各根喷管23上均设有位于喇叭形喷嘴24和中间壳体3-2外部之间的阀门25，上圆环法兰板3-4的上表面上圆周阵列固定安装有若干个第三舵机26，各个第三舵机26的摇臂分别通过一根第三连杆27与各个阀门25的旋转启闭件连接，各根第三连杆27的一端分别与相应的第三舵机26的摇臂铰接，各根第三连杆27的另一端分别与各个阀门25的旋转启闭件固定连接，各个第三舵机26的摇臂通过各根第三连杆27分别驱动各个阀门25的旋转启闭件旋转以控制各个阀门25的开启大小，电源6与各个第三舵机26电连接，控制器7与各个第三舵机26信号连接。
其中一块导流板2-9的侧面上固定设置有风速感应片28，控制器7与风速感应片28信号连接。
输气管道1的顶部螺纹连接有盖板29，盖板29上连接有与输气管道1连通的进气管30，盖板29的顶部固定安装有位于盖板29上方的第一定滑轮31和第二定滑轮32，第一钢丝绳10绕在第一定滑轮31上并竖直向下穿过盖板29，第二钢丝绳11绕在第二定滑轮32上并竖直向下穿过盖板29。
控制器7、第一卷扬机4、第二卷扬机5、第一舵机2-16、第二舵机2-17、第三舵机26和风速感应片28均为现有常规设计，具体构造和工作原理不再赘述。
本发明的采用在进气钻孔内设置输气管道1，输气管道1的底部与煤层巷道9连通，输气管道1内滑动设置引气筒2，引气筒2内滑动设置燃烧筒3，在地面上设置第一卷扬机4、第二卷扬机5、电源6和控制器7，第一卷扬机4通过第一钢丝绳10连接引气筒2，第二卷扬机5通过第二钢丝绳11连接燃烧筒3，燃烧筒3内设置电火花系统，电源6与电火花系统的电打火丝13电连接，引气筒2的外圆周侧面圆周阵列固定连接有若干块导流板2-9，各块导流板2-9所在平面均沿引气筒2的径向设置，相邻两块导流板2-9、引气筒2外部和输气管道1的内壁之间形成引气通道，其中一块导流板2-9的侧面上固定设置有风速感应片28，控制器7与风速感应片28信号连接，工作时，首先通过第一卷扬机4和第二卷扬机5同步将引气筒2和燃烧筒3沿输气管道1下降至输气管道1的底部，引气筒2的底部与输气管道1的底部齐平，柔性筒2-10位于煤层巷道9内，第一卷扬机4和第二卷扬机5保持固定不动，然后，通过进气管30向输气管道1中输送助燃气体（氧气），助燃气体便沿着输气管道1向下流动，助燃气体在导引盖2-6的作用下向下通过各个引气通道进入到煤层巷道9中与煤层接触，当风速感应片28检测到助燃气体的流动速度达到规定值时，第二卷扬机5启动通过第二钢丝绳11继续将燃烧筒3向下降落至第二圆筒3-10与第二卡槽卡接，各个喇叭形喷嘴24伸出柔性筒2-10的底部位于煤层巷道9中，控制器7通过点火开关使电源6和电打火丝13接通，从而电打火丝13点燃点火筒12内的火药块15，火药块15燃烧后通过火花孔16点燃上药柱19和下药柱20，同时，控制器7控制各个第三舵机26启动，各个第三舵机26的摇臂便推动各根第三连杆27转动，使各个阀门25的旋转启闭件旋转，将各个阀门25开启，上药柱19和下药柱20燃烧后便通过各根喷管23和各个喇叭形喷嘴24向外喷火，进而点燃煤层33，煤层点燃成功后，第二卷扬机5通过第二钢丝绳11将燃烧筒3向上拉至第二圆筒3-10与第一卡槽卡接，整个燃烧筒3便被提升至引气筒2内，圆形封板3-11将引气筒2的底部封闭，避免助燃气体、煤气和燃烧的烟气进入引气筒2内，然后，控制器7分别控制两个第一舵机2-16和两个第二舵机2-17启动，两个第一舵机2-16和两个第二舵机2-17的摇臂均沿柔性筒2-10的径向向外转动，从而使各块第一连接板2-12和各块第二连接板2-13连续沿柔性筒2-10的径向向外转动，使柔性筒2-10整体向外展开变形，通过引气通道的助燃气体的流动方向发生改变，控制煤层的燃烧方向，使煤层的燃烧效率更高。
本发明采用固体燃料点燃煤层，固体燃料包括上药柱19和下药柱20，上药柱19和下药柱20均由硝化纤维素、硝化甘油（NG）和防止挥发的添加剂制成，而且上药柱19和下药柱20中心开设有中心圆孔22，中心圆孔22内壁附着有磷粉，硝化甘油（NG）本身为氧化剂，使得上药柱19和下药柱20容易点燃，相比于气体燃料，固体燃料无爆燃的可能性，而且固体燃料产生的热量更多，安全高效，使通入煤层巷道9中的助燃气体能够完全用于燃烧煤层，提高点火的成功率。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.无井地下煤气化点火装置，其特征在于：包括输气管道、引气筒、燃烧筒、第一卷扬机、第二卷扬机、电源和控制器，输气管道固定支护在竖向钻设在地层中的进气钻孔内，输气管道的外壁与进气钻孔的内壁紧压接触，输气管道的底部与煤层巷道连通，引气筒的底部敞口，引气筒在输气管道内升降滑动，燃烧筒在引气筒内升降滑动，第一卷扬机、第二卷扬机、电源和控制器均设置在地面上，第一卷扬机上缠绕有第一钢丝绳，第一钢丝绳的下端固定连接在引气筒的顶部，第二卷扬机上缠绕有第二钢丝绳，第二钢丝绳的下端穿过引气筒的顶部固定连接在燃烧筒的顶部，燃烧筒内设置有电火花系统和固体燃料，燃烧筒的外圆周侧壁圆周阵列设置有若干个喷火组件，电源分别与控制器、电火花系统和喷火组件电连接，控制器分别与电火花系统和喷火组件信号连接。
2.根据权利要求1所述的无井地下煤气化点火装置，其特征在于：引气筒包括上下通透的第一圆筒，第一圆筒的顶部内圆螺纹连接有上限位套筒，上限位套筒的顶部内圆设有向下折弯的第一圆环折边，第一圆环折边的垂直段外圆与上限位套筒的内圆之间形成下部敞口的第一环形卡槽，第一圆筒的底部内圆螺纹连接有下限位套筒，下限位套筒的中部内圆设有向上折弯的第二圆环折边，第二圆环折边的垂直段外圆和下限位套筒的内圆之间形成上部敞口的第二环形卡槽，上限位套筒的底部内圆直径和第一圆筒的内径相等，第一圆环折边的垂直段内圆螺纹连接有底部敞口的导引盖，导引盖呈上小下大的中空圆台结构，导引盖的顶部中心开设有第一螺纹通孔，第一螺纹通孔中螺纹连接有密封堵盖，密封堵盖的顶部设有第一耳板，第一钢丝绳的下端固定连接在第一耳板上，第一圆筒的外圆周沿周向设置有若干块导流板，各块导流板所在平面均沿第一圆筒的径向设置，各块导流板的内侧边分别固定连接在第一圆筒的外圆周侧面上，各块导流板的外侧边与输气管道的内壁滑动接触，相邻两块导流板、第一圆筒的外部和输气管道的内壁之间形成引气通道，下限位套筒的底部内圆螺纹连接有柔性筒，下限位套筒的外圆周上圆周阵列固定连接有若干块铰接板，各块铰接板所在平面均沿第一圆筒的径向设置，各块铰接板的上侧边分别与各块导流板的下侧边对接，柔性筒的外圆周上侧部圆周阵列固定连接有若干块第一连接板，柔性筒的外圆周下侧部圆周阵列固定连接有若干块第二连接板，各块第一连接板所在平面和各块第二连接板所在平面均沿柔性筒的径向设置，各块第一连接板的上侧部分别通过一根第一销轴转动连接在各块铰接板上，各块第一连接板的下侧部分别通过一根第二销轴与各块第二连接板的上侧部转动连接，其中左右径向对称的两块铰接板上均固定安装有一个第一舵机，左右径向对称的两块第一连接板上均固定安装有一个第二舵机，两个第一舵机的摇臂分别通过一根第一连杆与左右径向对称的两块第一连接板连接，各根第一连杆的两端分别与相应侧的第一舵机的摇臂和第一连接板铰接，两个第二舵机的摇臂分别通过一根第二连杆与左右径向对称的两块第二连接板连接，各根第二连杆的两端分别与相应侧的第二舵机的摇臂和第二连接板铰接，电源分别与两个第一舵机和两个第二舵机电连接，控制器分别与两个第一舵机和两个第二舵机信号连接。
3.根据权利要求2所述的无井地下煤气化点火装置，其特征在于：燃烧筒包括底部敞口的上壳体、上下通透的中间壳体和顶部敞口的下壳体，上壳体、中间壳体和下壳体均同中心竖向设置，上壳体的底部边沿设有向外凸起且水平设置的上圆环法兰板，下壳体的顶部边沿均设有向外凸起且水平设置的下圆环法兰板，上壳体的内径和下壳体的内径相等并大于中间壳体的内径，上圆环法兰板和下圆环法兰板的外径均与中间壳体的外径相等，上圆环法兰板的下表面与中间壳体的顶部表面外边缘对接，下圆环法兰板的上表面与中间壳体的底部表面外边缘对接，上圆环法兰板和下圆环法兰板之间通过若干根竖向穿过中间壳体的紧固螺栓固定连接，各根紧固螺栓圆周阵列设置，中间壳体的外圆周中部圆周阵列开设有若干个安装通孔，各个安装通孔的中心线均沿中间壳体的径向方向设置，各个安装通孔的内端均与中间壳体的内部连通，上壳体的顶部外圆一体成型有圆环导向板，圆环导向板上开设有若干个扇形通孔，圆环导向板的外圆一体成型有第二圆筒，圆环导向板的外圆侧边与第二圆筒的内圆中部固定连接，第二圆筒的外圆周直径和第一圆筒的内径相等，第二圆筒的外圆周和第一圆筒的内壁滑动接触，第二圆筒、第一卡槽和第二卡槽在竖向上的投影重合，下壳体的底部中心固定连接有一块圆形封板，圆形封板水平设置且与下壳体的中心线重合，圆形封板的直径与第二圆环折边的垂直段内圆的直径相等，圆形封板的外圆侧边与第二圆环折边的垂直段内圆滑动接触，上壳体的顶部中心一体成型有连接柱，连接柱的外圆周设有外螺纹，连接柱的中心开设有上下通透且与上壳体内部连通的第二螺纹通孔。
4.根据权利要求3所述的无井地下煤气化点火装置，其特征在于：电火花系统包括顶部敞口的点火筒、电打火丝和密封端盖，点火筒的外圆周螺纹连接在第二螺纹通孔中，点火筒的底部伸入到上壳体内部，电打火丝固定安装在点火筒的内中心下侧部，点火筒的内底部固化设有火药块，点火筒的内底部中心开设有火花孔，密封端盖的内圆螺纹连接在连接柱的外圆周上，密封端盖的顶部设有第二耳板，第二钢丝绳的下端穿过密封堵盖并固定连接在第二耳板上，电源通过一根穿过密封堵盖和密封端盖的导线与电打火丝连接，导线上设有点火开关，控制器与点火开关信号连接；
固体燃料包括上药柱和下药柱，上药柱和下药柱均由硝化纤维素、硝化甘油和防止挥发的添加剂制成，上药柱和下药柱均为圆柱型结构且竖向设置，上药柱和下药柱的中心线均与上壳体的中心线重合，上药柱设置在上壳体中，下药柱设置在下壳体中，上药柱与上壳体之间以及下药柱与下壳体之间均设有一层隔热层，上药柱和下药柱的中心均开设有上下通透的中心圆孔，两个中心圆孔的内壁上均附着有磷粉，点火筒的底部伸入到上药柱的顶部中心圆孔内，上药柱的底部外边缘与中间壳体的顶部表面内边缘紧压接触，下药柱的顶部外边缘与中间壳体的底部表面内边缘紧压接触，中心圆孔的内径小于中间壳体的内径。
5.根据权利要求4所述的无井地下煤气化点火装置，其特征在于：各个喷火组件的结构相同，每个喷火组件均包括一根喷管，各根喷管分别对应固定安装在各个安装通孔中，各根喷管的外端均伸出中间壳体并固定安装有外大内小的喇叭形喷嘴，各个喇叭形喷嘴的最外端与中间壳体的中心线的距离小于第一圆筒的内圆半径，各根喷管上均设有位于喇叭形喷嘴和中间壳体外部之间的阀门，上圆环法兰板的上表面上圆周阵列固定安装有若干个第三舵机，各个第三舵机的摇臂分别通过一根第三连杆与各个阀门的旋转启闭件连接，各根第三连杆的一端分别与相应的第三舵机的摇臂铰接，各根第三连杆的另一端分别与各个阀门的旋转启闭件固定连接，各个第三舵机的摇臂通过各根第三连杆分别驱动各个阀门的旋转启闭件旋转以控制各个阀门的开启大小，电源与各个第三舵机电连接，控制器与各个第三舵机信号连接。
6.根据权利要求2-5任一项所述的无井地下煤气化点火装置，其特征在于：其中一块导流板的侧面上固定设置有风速感应片，控制器与风速感应片信号连接。
7.根据权利要求6所述的无井地下煤气化点火装置，其特征在于：输气管道的顶部螺纹连接有盖板，盖板上设有与输气管道连通的进气管，盖板的顶部固定安装有位于盖板上方的第一定滑轮和第二定滑轮，第一钢丝绳绕在第一定滑轮上并竖直向下穿过盖板，第二钢丝绳绕在第二定滑轮上并竖直向下穿过盖板。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20210223 Termination date: 20220116 |
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