CN111119822B - 煤层加热及煤粉清除方法 - Google Patents

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Abstract

煤层加热及煤粉清除方法，包括以下步骤：步骤一、待热采的煤层长度为L，将地面控制中心、发电机以及地面卷线车置于煤层上方的地面上，其中地面卷线车上设置有智能电缆绞盘，智能电缆绞盘上缠绕有耐高温抗拉电缆，智能电缆绞盘的出线端设置有第一拉力传感器；装配好n组中空式管道机器人组，耐高温抗拉电缆的一端与发电机相连接，耐高温抗拉电缆的另一端与最后方的中空式管道机器人组相连接；综上所述，本发明自动化程度高、便于操作、煤粉清除效果好、提高了煤层气开采效率。

Description

煤层加热及煤粉清除方法
技术领域
本发明属于煤层气开采技术领域，具体涉及煤层加热及煤粉清除方法。
背景技术
煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。由于我国煤层渗透率普遍较低，瓦斯抽采方式和效果受到极大局限。因此，如何提高煤层渗透率，进而达到强化瓦斯抽采的目的是煤炭行业面临的一个重要问题。国内外专家提出了一些改善煤层渗透率的方法和技术，主要有：水力压裂法、水力割缝法等水力化措施，多元气体驱替方法以及深孔预裂爆破、交叉布孔法等。这些方法对强化煤层瓦斯抽采均起到了一定的作用，但其应用效果却受地质因素、现场因素等条件的限制。
煤层注热强化抽采瓦斯的思路源于石油开采中的热力驱油方法，其增产机理：通过向煤层注入过热水蒸气，使煤体温度升高，促进瓦斯解吸并使煤层渗透率得到提高，从而实现瓦斯强化抽采。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种提高煤层气开采效率的煤层加热及煤粉清除方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤层加热及煤粉清除方法，包括以下步骤，
步骤一、待热采的煤层长度为L，将地面控制中心、发电机以及地面卷线车置于煤层上方的地面上，其中地面卷线车上设置有智能电缆绞盘，智能电缆绞盘上缠绕有耐高温抗拉电缆，智能电缆绞盘的出线端设置有第一拉力传感器；装配好n组中空式管道机器人组，耐高温抗拉电缆的一端与发电机相连接，耐高温抗拉电缆的另一端与最后方的中空式管道机器人组相连接；智能电缆绞盘、第一拉力传感器、发电机以及所有的中空式管道机器人组分别通过控制线路与地面控制中心连接；
步骤二、依次将每组中空式管道机器人组送达煤层气热采通道的指定位置，此时n组中空式管道机器人组并排间隔设置，相邻的两组中空式管道机器人组之间的距离为L1，L1=L/n；
步骤三、启动每组中空式管道机器人组，使得中空式管道机器人组对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷，并且中空式管道机器人组通过电磁对接装置与前方的一组中空式管道机器人组相对接，此时每组的中空式管道机器人组内的复合式螺旋电阻丝完全伸展开；
步骤四、将每组中空式管道机器人组固定于煤层气热采通道壁内，并且封闭中空式管道机器人组与煤层气热采通道壁之间的空隙，使得每组中空式管道机器人组在煤层气热采通道内形成相对密封的空间；
步骤五、启动发电机2，发电机2通过耐高温抗拉电缆5与所有中空式管道机器人组的复合式螺旋电阻丝9电连接，通过发电机2提供加热电阻丝所需的电能，电阻丝加热后的水产生较大的压强并压入煤层里；与此同时启动中空式管道机器人组的煤粉过滤机构，过滤中空式管道机器人组内的煤粉颗粒；
步骤六、加热工作结束后，关闭发电机，操控电磁对接装置，使得中空式管道机器人组与前方的一组中空式管道机器人组相脱离，随后收回每组中空式管道机器人组的复合式螺旋电阻丝，将所有中空式管道机器人组从煤层气热采通道内退出至地面即可。
中空式管道机器人组包括加热管道机器人、煤粉清除管道机器人和子动力装置，加热管道机器人和煤粉清除管道机器人通过两根复合式螺旋电阻丝连接，两根复合式螺旋电阻丝穿过所述的子动力装置，子动力装置可拆卸连接在煤粉清除管道机器人的后部，所述的两根复合式螺旋电阻丝均收纳于加热管道机器人内部。
加热管道机器人包括管道机器装置和两组电阻丝卷线装置；
管道机器装置包括控制单元和圆筒形的外壳，外壳的两端分别通过封堵板封堵，每块封堵板上均开设有圆孔，外壳内固定有圆筒管道，圆筒管道的两端分别固定在两块封堵板的圆孔处；外壳的两端部外周均设有耐高温橡胶气囊组，耐高温橡胶气囊组由若干个耐高温橡胶气囊组成，且若干个耐高温橡胶气囊沿外壳圆周方向呈环形阵列布置，每个耐高温橡胶气囊内部设有独立的安装腔，安装腔内设置有气囊充气机构，耐高温橡胶气囊上设置有自动排气阀；外壳外周设置有若干组行走机构和若干个组固定锚杆件，若干组行走机构沿外壳圆周方向并排间隔设置，若干个组固定锚杆件沿外壳圆周方向并排间隔设置，且每组固定锚杆件位于两组相邻的行走机构之间；位于前侧的封堵板上安装有温度传感器，外壳内壁上安装有定位传感器；控制单元分别与定位传感器、温度传感器、自动排气阀、电动阀、气囊充气机构、行走机构、固定锚杆件和地面控制中心数据连接；
管道机器装置的外壳内壁与圆筒管道外壁之间形成收纳腔，两组电阻丝卷线装置对称位于收纳腔内；圆筒管道内设置有煤粉过滤机构，煤粉过滤机构包括转动轴，转动轴沿圆筒管道的轴线方向转动连接在圆筒管道内，收纳腔内固定有第四伺服电机，第四伺服电机驱动转动轴转动，转动轴的两端均固定有叶轮，叶轮的表面均布设有锥形孔，且位于前侧叶轮上的锥形孔前小后大，位于后侧叶轮上的锥形孔前大后小；圆筒管道前端还安装有电动阀；
煤粉清除管道机器人包括管道机器装置和两组煤粉清除机构，煤粉清除管道机器人与加热管道机器人的管道机器装置结构相同；两组煤粉清除机构对称位于收纳腔内，煤粉清除机构包括集粉盒，前侧的封堵板上开设有喇叭形的集粉口，外壳的前端外周转动连接有煤粉清扫刷，收纳腔内设置有用于驱动煤粉清扫刷转动的空心轴电机，收纳腔内设置有位于集粉盒与集粉口之间的螺杆输送泵。
气囊充气机构包括点火器、点火剂和叠氮化钠，安装腔上设置有与耐高温橡胶气囊内腔连通的充气孔；点火器与控制单元数据连接；
行走机构包括驱动装置和履带轮，履带轮由履带和若干个支撑轮组成，履带位于若干个支撑轮外侧且处于张紧状态，每个支撑轮的轮轴两端分别通过伸缩连接件连接在外壳上，伸缩连接件包括上连杆和下连杆，下连杆的下端铰接在外壳侧壁上，上连杆的上端铰接在支撑轮的轮轴端部，上连杆的下端和下连杆的上端相铰接，下连杆的中部和上连杆中部之间铰接有第一电动伸缩杆；驱动装置与其中一个支撑轮传动连接，控制单元与驱动装置和所有的第一电动伸缩杆数据连接；
固定锚杆件包括固定锚杆和安装架，固定锚杆为电动缸结构，固定锚杆的下端铰接在安装架上，固定锚杆的下部与安装架之间铰接有第二电动伸缩杆；控制单元与固定锚杆和第二电动伸缩杆数据连接；
电阻丝卷线装置包括调直器、缠绕引导盘、驱动电机和电阻丝卷线筒，电阻丝卷线筒转动连接在收纳腔内，调直器和缠绕引导盘均安装在收纳腔内且位于电阻丝卷线筒前端，收纳腔内还设置有第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机与调直器的其中一个轮传动连接，第二伺服电机与缠绕引导盘传动连接，驱动电机与电阻丝卷线筒传动连接；
位于前侧的封堵板上开设有电阻丝穿口，所述的复合式螺旋电阻丝缠绕在电阻丝卷线筒上，复合式螺旋电阻丝的活动端依次通过缠绕引导盘和调直器后经电阻丝穿口向前穿出；复合式螺旋电阻丝的活动端经电阻丝穿口穿出后连接在煤粉清除管道机器人的后部；第一伺服电机、第二伺服电机和驱动电机均与控制单元数据连接；
电阻丝穿口处固定有清刷套，位于前侧的封堵板上固定有位于清刷套下方的水垢收纳仓。
子动力装置包括安装盒，安装盒通过电磁铁与煤粉清除管道机器人 后部可拆卸连接；安装盒的上部和下部对称安装有第三电动伸缩杆，第三电动伸缩杆的推杆部向外穿出安装盒盒壁，第三电动伸缩杆的推杆部套装有耐高温橡胶套；安装盒内设置有两组螺旋推进件，螺旋推进件包括第三伺服电机和螺套，螺套的中心线沿前后方向设置，螺套的两端分别通过轴承转动连接在安装盒上，螺套外壁安装有从齿轮，第三伺服电机的主轴上安装有主齿轮，主齿轮与从齿轮相啮合，所述的复合式螺旋电阻丝外部为螺纹结构，复合式螺旋电阻丝穿设在螺套内且与螺套螺纹配合；第三电动伸缩杆和第三伺服电机均与地面控制中心数据连接；
复合式螺旋电阻丝由电阻丝和抗拉线相互缠绕组成，复合式螺旋电阻丝的外壁设有金属陶瓷涂层。
相邻的两组中空式管道机器人组之间通过三组电磁对接装置连接，每组电磁对接装置包括弹性连接器、对接凹槽、锁紧电机和机械锁轴，弹性连接器的后端固定在煤粉清除管道机器人前侧的封堵板上，弹性连接器的前端安装有对接头，弹性连接器的前端部设置有与对接头相连接的电磁线圈A；对接凹槽安装在加热管道机器人的收纳腔的前端，对接凹槽的后端安装有电磁线圈B，机械锁轴安装在对接凹槽前端，锁紧电机安装在收纳腔前端，锁紧电机与机械锁轴相连；弹性连接器插设在对接凹槽内；
锁紧电机和电磁线圈B与加热管道机器人内的控制单元数据连接，电磁线圈A与煤粉清除管道机器人内的控制单元数据连接。
步骤三的具体过程为：
（1）、通过地面控制中心控制加热管道机器人的控制单元和煤粉清除管道机器人的控制单元，控制单元同时启动加热管道机器人的两组电阻丝卷线装置，使得驱动电机带动电阻丝卷线筒转动，第一伺服电机带动调直器传动，第二伺服电机带动缠绕引导盘转动，在调直器和缠绕引导盘的双重牵引下，电阻丝卷线筒上的复合式螺旋电阻丝缓慢从电阻丝穿口向外穿出；
与此同时，控制单元通过启动煤粉清除管道机器人的行走机构向前移动煤粉清除管道机器人，在到达1/2 L1位置时，将子动力装置固定在煤层气热采通道壁上；在煤粉清除管道机器人向前行进过程中，启动煤粉清除管道机器人的煤粉清除机构，对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷；
（2）、启动子动力装置，使得子动力装置对复合式螺旋电阻丝形成推进力，煤粉清除管道机器人在行走机构的驱动下继续向前行进；
（3）、在煤粉清除管道机器人到达 L1位置时，煤粉清除管道机器人上的弹性连接器弹出并插入前方一组中空式管道机器人组的加热管道机器人的对接凹槽内，启动锁紧电机，机械锁轴锁紧对接头，电磁线圈A与电磁线圈B得电后相互吸引，至此完成中空式管道机器人组与前方的一组中空式管道机器人组的对接过程，在煤粉清除管道机器人和子动力装置双重牵拉下，加热管道机器人内的电阻丝卷线筒上的复合式螺旋电阻丝完全被拉出。
步骤（1）中行走机构驱动煤粉清除管道机器人向前行走的步骤为：启动所有第一电动伸缩杆，第一电动伸缩杆伸长后将履带支撑在煤层气热采通道壁上，接着驱动装置驱动其中一个支撑轮转动，从而支撑轮驱动履带沿煤层气热采通道壁移动，最终煤粉清除管道机器人在履带的带动下向前行走；
将子动力装置固定于煤层气热采通道壁的步骤为：启动所有的第三电动伸缩杆，第三电动伸缩杆伸长后支撑在层气热采通道壁上，完成子动力装置的固定；
煤粉清除管道机器人的煤粉清除机构对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷的步骤为：空心轴电机驱动煤粉清扫刷转动，煤粉清扫刷对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷，落下的煤粉经集粉口进入螺杆输送泵，再由螺杆输送泵输送至集粉盒内；
步骤（2）中子动力装置对复合式螺旋电阻丝形成推进力的步骤为：启动两组螺旋推进件的第三伺服电机，第三伺服电机通过主齿轮和从齿轮带动螺套转动，由于螺套与复合式螺旋电阻丝螺纹配合，螺套转动后对复合式螺旋电阻丝形成向前的推进力。
步骤四将每组中空式管道机器人组固定于煤层气热采通道壁内，并且封闭中空式管道机器人组与煤层气热采通道壁之间的空隙，使得每组中空式管道机器人组在煤层气热采通道内形成相对密封的空间的具体过程为：启动中空式管道机器人组的加热管道机器人和煤粉清除管道机器人所有的固定锚杆件，第二电动伸缩杆伸长，将固定锚杆向外顶起，接着固定锚杆启动并支撑于煤层气热采通道壁上；
然后启动中空式管道机器人组的加热管道机器人和煤粉清除管道机器人所有的气囊充气机构，点火器点燃点火剂后产生大量热量，叠氮化钠受热立即分解释放氮气，氮气从充气孔充入耐高温橡胶气囊内腔，耐高温橡胶气囊充气后膨胀并支撑于煤层气热采通道壁上，最终耐高温橡胶气囊封闭中空式管道机器人组与煤层气热采通道壁之间的空隙，最后在启动电动阀，关闭圆筒管道。
步骤五中，中空式管道机器人组的煤粉过滤机构，过滤中空式管道机器人组内的煤粉颗粒的步骤为：打开电动阀，启动第四伺服电机，转动轴转动驱动两个叶轮转动，叶轮的旋转带动水流从圆筒管道的后端向前端流动，由于位于后侧叶轮上的锥形孔为前大后小，由节流膨胀效应可知，水流中的煤粉通过该锥形孔后不易反向流出，而位于前侧的锥形孔为前小后大，腔室中的大颗粒煤粉不易从该锥形孔中流出，从而将水流中的煤粉留在两个叶轮之间的圆筒管道内。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明该专用于煤层气热采时加热的管道机器人组可由若干组机器人组成，可根据需要加热的矿井长度进行合理组合，且机动性较好；
（2）每组机器人之间设有子动力装置，可对电阻丝提供二次动力，防止长距离单向受力易被拉断；
（3）每组机器人两端均设有耐高温橡胶气囊，且机器人中部中空管道内设有电动阀。耐高温橡胶气囊弹出及中空管道内电动阀关闭后可以形成相对密封的空间，可使密封空间内的热水产生更大的压强压入煤层中；
（4）煤粉清除管道机器人前端设有煤粉清扫刷，可将附着在井壁上的煤粉清除下来，由集粉盒收集掉落的煤粉，每组机器人内部中空管道中设有两组相反的锥形孔的叶轮带动水流从后端向前流动，通过锥形孔的特殊设计及节流膨胀效应将水流中的残存的大颗粒煤粉留在中间的腔室中；
（6）电动伸缩杆的伸缩可驱动上连杆和下连杆向外伸展或缩回，这样可使小型履带式行走装置根据管道的内径进行伸缩调整，小型履带式行走装置的履带与管道内壁顶压接触，驱动整个管道机器人沿管道内壁移动。
本发明采用的多组管道机器人通过电阻丝相连，每组管道机器人通过耐高温气囊、电动阀封闭等形式形成相对密封的空间，利用电阻丝加热压裂水流产生的高温水气混合体压入煤层中，增大瓦斯解吸并使煤层渗透率得到提高，实现煤层气的强化抽采。并且，本发明采用的多组管道机器人具有清除煤粉的功能，提高煤层气井的产气效率与产气量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是加热管道机器人的结构示意图；
图3是图2中H处的放大图；
图4是加热管道机器人的剖视图；
图5是煤粉过滤机构的结构示意图；
图6是煤粉清除管道机器人的结构示意图；
图7是子动力装置与煤粉清除管道机器人连接示意图；
图8是中空式管道机器人组与前方的一组中空式管道机器人组对接示意图；
图9是复合式螺旋电阻丝的结构示意图。
具体实施方式
如图1-9所示，本发明的煤层加热及煤粉清除方法，包括以下步骤:
步骤一、待热采的煤层长度为L，将地面控制中心1、发电机2以及地面卷线车3置于煤层上方的地面上，其中地面卷线车3上设置有智能电缆绞盘4，智能电缆绞盘4上缠绕有耐高温抗拉电缆5，智能电缆绞盘4的出线端设置有第一拉力传感器6；装配好n组中空式管道机器人组，耐高温抗拉电缆5的一端与发电机2相连接，耐高温抗拉电缆5的另一端与最后方的中空式管道机器人组相连接；智能电缆绞盘4、第一拉力传感器6、发电机2以及所有的中空式管道机器人组分别通过控制线路与地面控制中心1连接；
步骤二、依次将每组中空式管道机器人组送达煤层气热采通道8的指定位置，此时n组中空式管道机器人组并排间隔设置，相邻的两组中空式管道机器人组之间的距离为L1，L1=L/n；
步骤三、启动每组中空式管道机器人组，使得中空式管道机器人组对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷，并且中空式管道机器人组通过电磁对接装置与前方的一组中空式管道机器人组相对接，此时每组的中空式管道机器人组内的复合式螺旋电阻丝完全伸展开；
步骤四、将每组中空式管道机器人组固定于煤层气热采通道8壁内，并且封闭中空式管道机器人组与煤层气热采通道8壁之间的空隙，使得每组中空式管道机器人组在煤层气热采通道8内形成相对密封的空间；
步骤五、启动发电机2，发电机2通过耐高温抗拉电缆5与所有中空式管道机器人组的复合式螺旋电阻丝9电连接，通过发电机2提供加热电阻丝所需的电能，电阻丝加热后的水产生较大的压强并压入煤层里；与此同时启动中空式管道机器人组的煤粉过滤机构，过滤中空式管道机器人组内的煤粉颗粒；
步骤六、加热工作结束后，关闭发电机2，操控电磁对接装置，使得中空式管道机器人组与前方的一组中空式管道机器人组相脱离，随后收回每组中空式管道机器人组的复合式螺旋电阻丝9，将所有中空式管道机器人组从煤层气热采通道8内退出至地面即可。
中空式管道机器人组包括加热管道机器人100、煤粉清除管道机器人101和子动力装置10，加热管道机器人100和煤粉清除管道机器人101通过两根复合式螺旋电阻丝9连接，两根复合式螺旋电阻丝9穿过所述的子动力装置10，子动力装置10可拆卸连接在煤粉清除管道机器人101的后部，所述的两根复合式螺旋电阻丝9均收纳于加热管道机器人100内部。
加热管道机器人100包括管道机器装置和两组电阻丝卷线装置；
管道机器装置包括控制单元11和圆筒形的外壳12，外壳12的两端分别通过封堵板13封堵，每块封堵板13上均开设有圆孔，外壳12内固定有圆筒管道14，圆筒管道14的两端分别固定在两块封堵板13的圆孔处；外壳12的两端部外周均设有耐高温橡胶气囊组，耐高温橡胶气囊组由若干个耐高温橡胶气囊15组成，且若干个耐高温橡胶气囊15沿外壳12圆周方向呈环形阵列布置，每个耐高温橡胶气囊15内部设有独立的安装腔，安装腔内设置有气囊充气机构，耐高温橡胶气囊15上设置有自动排气阀；外壳12外周设置有若干组行走机构16和若干个组固定锚杆件17，若干组行走机构16沿外壳12圆周方向并排间隔设置，若干个组固定锚杆件17沿外壳12圆周方向并排间隔设置，且每组固定锚杆件17位于两组相邻的行走机构16之间；位于前侧的封堵板13上安装有温度传感器102，外壳12内壁上安装有定位传感器18，圆筒管道14中部安装有电动阀19；控制单元11分别与定位传感器18、温度传感器102、自动排气阀、电动阀19、气囊充气机构、行走机构16、固定锚杆件17和地面控制中心1数据连接；
管道机器装置的外壳12内壁与圆筒管道14外壁之间形成收纳腔，两组电阻丝卷线装置对称位于收纳腔内；圆筒管道内设置有煤粉过滤机构59，煤粉过滤机构59包括转动轴60，转动轴60沿圆筒管道的轴线方向转动连接在圆筒管道内，收纳腔内固定有第四伺服电机，第四伺服电机驱动转动轴60转动，转动轴60的两端均固定有叶轮62，叶轮62的表面均布设有锥形孔63，且位于前侧叶轮62上的锥形孔63前小后大，位于后侧叶轮62上的锥形孔63前大后小；圆筒管道前端还安装有电动阀19；
煤粉清除管道机器人101包括管道机器装置和两组煤粉清除机构，煤粉清除管道机器人与加热管道机器人的管道机器装置结构相同；两组煤粉清除机构对称位于收纳腔内，煤粉清除机构包括集粉盒64，前侧的封堵板上开设有喇叭形的集粉口65，外壳的前端外周转动连接有煤粉清扫刷66，收纳腔内设置有用于驱动煤粉清扫刷66转动的空心轴电机67，收纳腔内设置有位于集粉盒64与集粉口65之间的螺杆输送泵68。
气囊充气机构包括点火器、点火剂和叠氮化钠，安装腔上设置有与耐高温橡胶气囊15内腔连通的充气孔；点火器与控制单元11数据连接；
行走机构16包括驱动装置21和履带轮22，履带轮22由履带23和若干个支撑轮24组成，履带23位于若干个支撑轮24外侧且处于张紧状态，每个支撑轮24的轮轴两端分别通过伸缩连接件连接在外壳12上，伸缩连接件包括上连杆25和下连杆26，下连杆26的下端铰接在外壳12侧壁上，上连杆25的上端铰接在支撑轮24的轮轴端部，上连杆25的下端和下连杆26的上端相铰接，下连杆26的中部和上连杆25中部之间铰接有第一电动伸缩杆27；驱动装置21与其中一个支撑轮24传动连接，控制单元11与驱动装置21和所有的第一电动伸缩杆27数据连接；
固定锚杆件17包括固定锚杆28和安装架29，固定锚杆28为电动缸结构，固定锚杆28的下端铰接在安装架29上，固定锚杆28的下部与安装架29之间铰接有第二电动伸缩杆30；控制单元11与固定锚杆28和第二电动伸缩杆30数据连接；
电阻丝卷线装置包括调直器31、缠绕引导盘32、驱动电机和电阻丝卷线筒33，电阻丝卷线筒33转动连接在收纳腔内，调直器31和缠绕引导盘32均安装在收纳腔内且位于电阻丝卷线筒33前端，收纳腔内还设置有第一伺服电机103和第二伺服电机104，第一伺服电机103与调直器31的其中一个轮传动连接，第二伺服电机104与缠绕引导盘32传动连接，驱动电机与电阻丝卷线筒33传动连接；
位于前侧的封堵板13上开设有电阻丝穿口，所述的复合式螺旋电阻丝9缠绕在电阻丝卷线筒33上，复合式螺旋电阻丝9的活动端依次通过缠绕引导盘32和调直器31后经电阻丝穿口向前穿出；复合式螺旋电阻丝9的活动端经电阻丝穿口穿出后连接在煤粉清除管道机器人101的后部；第一伺服电机103、第二伺服电机104和驱动电机均与控制单元11数据连接；
电阻丝穿口处固定有清刷套34，位于前侧的封堵板13上固定有位于清刷套34下方的水垢收纳仓35。
子动力装置10包括安装盒36，安装盒36通过电磁铁与煤粉清除管道机器人101 后部可拆卸连接；安装盒36的上部和下部对称安装有第三电动伸缩杆37，第三电动伸缩杆37的推杆部向外穿出安装盒36盒壁，第三电动伸缩杆37的推杆部套装有耐高温橡胶套38；安装盒36内设置有两组螺旋推进件，螺旋推进件包括第三伺服电机39和螺套40，螺套40的中心线沿前后方向设置，螺套40的两端分别通过轴承转动连接在安装盒36上，螺套40外壁安装有从齿轮，第三伺服电机39的主轴上安装有主齿轮，主齿轮与从齿轮相啮合，所述的复合式螺旋电阻丝9外部为螺纹结构，复合式螺旋电阻丝9穿设在螺套40内且与螺套40螺纹配合；第三电动伸缩杆37和第三伺服电机39均与地面控制中心1数据连接；
复合式螺旋电阻丝9由电阻丝41和抗拉线42相互缠绕组成，复合式螺旋电阻丝9的外壁设有金属陶瓷涂层。
相邻的两组中空式管道机器人组之间通过三组电磁对接装置连接，每组电磁对接装置包括弹性连接器43、对接凹槽44、锁紧电机45和机械锁轴46，弹性连接器43的后端固定在煤粉清除管道机器人101前侧的封堵板13上，弹性连接器43的前端安装有对接头47，弹性连接器43的前端部设置有与对接头47相连接的电磁线圈A48；对接凹槽44安装在加热管道机器人100的收纳腔的前端，对接凹槽44的后端安装有电磁线圈B49，机械锁轴46安装在对接凹槽44前端，锁紧电机45安装在收纳腔前端，锁紧电机45与机械锁轴46相连；弹性连接器43插设在对接凹槽44内；
锁紧电机45和电磁线圈B49与加热管道机器人100内的控制单元11数据连接，电磁线圈A48与煤粉清除管道机器人101内的控制单元11数据连接。
步骤三的具体过程为：
（1）、通过地面控制中心1控制加热管道机器人100的控制单元11和煤粉清除管道机器人101的控制单元11，控制单元11同时启动加热管道机器人100的两组电阻丝卷线装置，使得驱动电机带动电阻丝卷线筒33转动，第一伺服电机103带动调直器31传动，第二伺服电机104带动缠绕引导盘32转动，在调直器31和缠绕引导盘32的双重牵引下，电阻丝卷线筒33上的复合式螺旋电阻丝9缓慢从电阻丝穿口向外穿出；
与此同时，控制单元通过启动煤粉清除管道机器人的行走机构向前移动煤粉清除管道机器人，在到达1/2 L1位置时，将子动力装置固定在煤层气热采通道壁上；在煤粉清除管道机器人101向前行进过程中，启动煤粉清除管道机器人101的煤粉清除机构，对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷；
（2）、启动子动力装置10，使得子动力装置10对复合式螺旋电阻丝9形成推进力，煤粉清除管道机器人101在行走机构16的驱动下继续向前行进；
（3）、在煤粉清除管道机器人101到达 L1位置时，煤粉清除管道机器人101上的弹性连接器43弹出并插入前方一组中空式管道机器人组的加热管道机器人100的对接凹槽44内，启动锁紧电机45，机械锁轴46锁紧对接头47，电磁线圈A48与电磁线圈B49得电后相互吸引，至此完成中空式管道机器人组与前方的一组中空式管道机器人组的对接过程，在煤粉清除管道机器人101和子动力装置10双重牵拉下，加热管道机器人100内的电阻丝卷线筒33上的复合式螺旋电阻丝9完全被拉出。
步骤（1）中行走机构16驱动煤粉清除管道机器人101向前行走的步骤为：启动所有第一电动伸缩杆27，第一电动伸缩杆27伸长后将履带23支撑在煤层气热采通道8壁上，接着驱动装置21驱动其中一个支撑轮24转动，从而支撑轮24驱动履带23沿煤层气热采通道8壁移动，最终煤粉清除管道机器人101在履带23的带动下向前行走；
将子动力装置10固定于煤层气热采通道8壁的步骤为：启动所有的第三电动伸缩杆37，第三电动伸缩杆37伸长后支撑在层气热采通道壁上，完成子动力装置10的固定；
煤粉清除管道机器人101的煤粉清除机构对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷的步骤为：空心轴电机67驱动煤粉清扫刷66转动，煤粉清扫刷66对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷，落下的煤粉经集粉口65进入螺杆输送泵68，再由螺杆输送泵68输送至集粉盒64内；
步骤（2）中子动力装置10对复合式螺旋电阻丝9形成推进力的步骤为：启动两组螺旋推进件的第三伺服电机39，第三伺服电机39通过主齿轮和从齿轮带动螺套40转动，由于螺套40与复合式螺旋电阻丝9螺纹配合，螺套40转动后对复合式螺旋电阻丝9形成向前的推进力。
步骤四将每组中空式管道机器人组固定于煤层气热采通道8壁内，并且封闭中空式管道机器人组与煤层气热采通道8壁之间的空隙，使得每组中空式管道机器人组在煤层气热采通道8内形成相对密封的空间的具体过程为：启动中空式管道机器人组的加热管道机器人100和煤粉清除管道机器人101所有的固定锚杆28件17，第二电动伸缩杆30伸长，将固定锚杆28向外顶起，接着固定锚杆28启动并支撑于煤层气热采通道8壁上；
然后启动中空式管道机器人组的加热管道机器人100和煤粉清除管道机器人101所有的气囊充气机构，点火器点燃点火剂后产生大量热量，叠氮化钠受热立即分解释放氮气，氮气从充气孔充入耐高温橡胶气囊15内腔，耐高温橡胶气囊15充气后膨胀并支撑于煤层气热采通道8壁上，最终耐高温橡胶气囊15封闭中空式管道机器人组与煤层气热采通道8壁之间的空隙，最后在启动电动阀19，关闭圆筒管道14。
步骤五中，中空式管道机器人组的煤粉过滤机构，过滤中空式管道机器人组内的煤粉颗粒的步骤为：打开电动阀，启动第四伺服电机，转动轴60转动驱动两个叶轮62转动，叶轮62的旋转带动水流从圆筒管道的后端向前端流动，由于位于后侧叶轮62上的锥形孔63为前大后小，由节流膨胀效应可知，水流中的煤粉通过该锥形孔63后不易反向流出，而位于前侧的锥形孔63为前小后大，腔室中的大颗粒煤粉不易从该锥形孔63中流出，从而将水流中的煤粉留在两个叶轮62之间的圆筒管道内。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.煤层加热及煤粉清除方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、待热采的煤层长度为L，将地面控制中心、发电机以及地面卷线车置于煤层上方的地面上，其中地面卷线车上设置有智能电缆绞盘，智能电缆绞盘上缠绕有耐高温抗拉电缆，智能电缆绞盘的出线端设置有第一拉力传感器；装配好n组中空式管道机器人组，耐高温抗拉电缆的一端与发电机相连接，耐高温抗拉电缆的另一端与最后方的中空式管道机器人组相连接；智能电缆绞盘、第一拉力传感器、发电机以及所有的中空式管道机器人组分别通过控制线路与地面控制中心连接；
步骤二、依次将每组中空式管道机器人组送达煤层气热采通道的指定位置，此时n组中空式管道机器人组并排间隔设置，相邻的两组中空式管道机器人组之间的距离为L1，L1=L/n；
步骤三、启动每组中空式管道机器人组，使得中空式管道机器人组对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷，并且中空式管道机器人组通过电磁对接装置与前方的一组中空式管道机器人组相对接，此时每组的中空式管道机器人组内的复合式螺旋电阻丝完全伸展开；
步骤四、将每组中空式管道机器人组固定于煤层气热采通道壁内，并且封闭中空式管道机器人组与煤层气热采通道壁之间的空隙，使得每组中空式管道机器人组在煤层气热采通道内形成相对密封的空间；
步骤五、启动发电机，发电机通过耐高温抗拉电缆与所有中空式管道机器人组的复合式螺旋电阻丝电连接，通过发电机提供加热电阻丝所需的电能，电阻丝加热后的水产生较大的压强并压入煤层里；与此同时启动中空式管道机器人组的煤粉过滤机构，过滤中空式管道机器人组内的煤粉颗粒；
步骤六、加热工作结束后，关闭发电机，操控电磁对接装置，使得中空式管道机器人组与前方的一组中空式管道机器人组相脱离，随后收回每组中空式管道机器人组的复合式螺旋电阻丝，将所有中空式管道机器人组从煤层气热采通道内退出至地面即可；
中空式管道机器人组包括加热管道机器人、煤粉清除管道机器人和子动力装置，加热管道机器人和煤粉清除管道机器人通过两根复合式螺旋电阻丝连接，两根复合式螺旋电阻丝穿过所述的子动力装置，子动力装置可拆卸连接在煤粉清除管道机器人的后部，所述的两根复合式螺旋电阻丝均收纳于加热管道机器人内部；
加热管道机器人包括管道机器装置和两组电阻丝卷线装置；
管道机器装置包括控制单元和圆筒形的外壳，外壳的两端分别通过封堵板封堵，每块封堵板上均开设有圆孔，外壳内固定有圆筒管道，圆筒管道的两端分别固定在两块封堵板的圆孔处；外壳的两端部外周均设有耐高温橡胶气囊组，耐高温橡胶气囊组由若干个耐高温橡胶气囊组成，且若干个耐高温橡胶气囊沿外壳圆周方向呈环形阵列布置，每个耐高温橡胶气囊内部设有独立的安装腔，安装腔内设置有气囊充气机构，耐高温橡胶气囊上设置有自动排气阀；外壳外周设置有若干组行走机构和若干个组固定锚杆件，若干组行走机构沿外壳圆周方向并排间隔设置，若干个组固定锚杆件沿外壳圆周方向并排间隔设置，且每组固定锚杆件位于两组相邻的行走机构之间；位于前侧的封堵板上安装有温度传感器，外壳内壁上安装有定位传感器；控制单元分别与定位传感器、温度传感器、自动排气阀、电动阀、气囊充气机构、行走机构、固定锚杆件和地面控制中心数据连接；
管道机器装置的外壳内壁与圆筒管道外壁之间形成收纳腔，两组电阻丝卷线装置对称位于收纳腔内；圆筒管道内设置有煤粉过滤机构，煤粉过滤机构包括转动轴，转动轴沿圆筒管道的轴线方向转动连接在圆筒管道内，收纳腔内固定有第四伺服电机，第四伺服电机驱动转动轴转动，转动轴的两端均固定有叶轮，叶轮的表面均布设有锥形孔，且位于前侧叶轮上的锥形孔前小后大，位于后侧叶轮上的锥形孔前大后小；圆筒管道前端还安装有电动阀；
煤粉清除管道机器人包括管道机器装置和两组煤粉清除机构，煤粉清除管道机器人与加热管道机器人的管道机器装置结构相同；两组煤粉清除机构对称位于收纳腔内，煤粉清除机构包括集粉盒，前侧的封堵板上开设有喇叭形的集粉口，外壳的前端外周转动连接有煤粉清扫刷，收纳腔内设置有用于驱动煤粉清扫刷转动的空心轴电机，收纳腔内设置有位于集粉盒与集粉口之间的螺杆输送泵。
2.根据权利要求1所述的煤层加热及煤粉清除方法，其特征在于：气囊充气机构包括点火器、点火剂和叠氮化钠，安装腔上设置有与耐高温橡胶气囊内腔连通的充气孔；点火器与控制单元数据连接；
行走机构包括驱动装置和履带轮，履带轮由履带和若干个支撑轮组成，履带位于若干个支撑轮外侧且处于张紧状态，每个支撑轮的轮轴两端分别通过伸缩连接件连接在外壳上，伸缩连接件包括上连杆和下连杆，下连杆的下端铰接在外壳侧壁上，上连杆的上端铰接在支撑轮的轮轴端部，上连杆的下端和下连杆的上端相铰接，下连杆的中部和上连杆中部之间铰接有第一电动伸缩杆；驱动装置与其中一个支撑轮传动连接，控制单元与驱动装置和所有的第一电动伸缩杆数据连接；
固定锚杆件包括固定锚杆和安装架，固定锚杆为电动缸结构，固定锚杆的下端铰接在安装架上，固定锚杆的下部与安装架之间铰接有第二电动伸缩杆；控制单元与固定锚杆和第二电动伸缩杆数据连接；
电阻丝卷线装置包括调直器、缠绕引导盘、驱动电机和电阻丝卷线筒，电阻丝卷线筒转动连接在收纳腔内，调直器和缠绕引导盘均安装在收纳腔内且位于电阻丝卷线筒前端，收纳腔内还设置有第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机与调直器的其中一个轮传动连接，第二伺服电机与缠绕引导盘传动连接，驱动电机与电阻丝卷线筒传动连接；
位于前侧的封堵板上开设有电阻丝穿口，所述的复合式螺旋电阻丝缠绕在电阻丝卷线筒上，复合式螺旋电阻丝的活动端依次通过缠绕引导盘和调直器后经电阻丝穿口向前穿出；复合式螺旋电阻丝的活动端经电阻丝穿口穿出后连接在煤粉清除管道机器人的后部；第一伺服电机、第二伺服电机和驱动电机均与控制单元数据连接；
电阻丝穿口处固定有清刷套，位于前侧的封堵板上固定有位于清刷套下方的水垢收纳仓。
3.根据权利要求2所述的煤层加热及煤粉清除方法，其特征在于：子动力装置包括安装盒，安装盒通过电磁铁与煤粉清除管道机器人 后部可拆卸连接；安装盒的上部和下部对称安装有第三电动伸缩杆，第三电动伸缩杆的推杆部向外穿出安装盒盒壁，第三电动伸缩杆的推杆部套装有耐高温橡胶套；安装盒内设置有两组螺旋推进件，螺旋推进件包括第三伺服电机和螺套，螺套的中心线沿前后方向设置，螺套的两端分别通过轴承转动连接在安装盒上，螺套外壁安装有从齿轮，第三伺服电机的主轴上安装有主齿轮，主齿轮与从齿轮相啮合，所述的复合式螺旋电阻丝外部为螺纹结构，复合式螺旋电阻丝穿设在螺套内且与螺套螺纹配合；第三电动伸缩杆和第三伺服电机均与地面控制中心数据连接；
复合式螺旋电阻丝由电阻丝和抗拉线相互缠绕组成，复合式螺旋电阻丝的外壁设有金属陶瓷涂层。
4.根据权利要求3所述的煤层加热及煤粉清除方法，其特征在于：相邻的两组中空式管道机器人组之间通过三组电磁对接装置连接，每组电磁对接装置包括弹性连接器、对接凹槽、锁紧电机和机械锁轴，弹性连接器的后端固定在煤粉清除管道机器人前侧的封堵板上，弹性连接器的前端安装有对接头，弹性连接器的前端部设置有与对接头相连接的电磁线圈A；对接凹槽安装在加热管道机器人的收纳腔的前端，对接凹槽的后端安装有电磁线圈B，机械锁轴安装在对接凹槽前端，锁紧电机安装在收纳腔前端，锁紧电机与机械锁轴相连；弹性连接器插设在对接凹槽内；
锁紧电机和电磁线圈B与加热管道机器人内的控制单元数据连接，电磁线圈A与煤粉清除管道机器人内的控制单元数据连接。
5.根据权利要求4所述的煤层加热及煤粉清除方法，其特征在于：步骤三的具体过程为：
（1）、通过地面控制中心控制加热管道机器人的控制单元和煤粉清除管道机器人的控制单元，控制单元同时启动加热管道机器人的两组电阻丝卷线装置，使得驱动电机带动电阻丝卷线筒转动，第一伺服电机带动调直器传动，第二伺服电机带动缠绕引导盘转动，在调直器和缠绕引导盘的双重牵引下，电阻丝卷线筒上的复合式螺旋电阻丝缓慢从电阻丝穿口向外穿出；
与此同时，控制单元通过启动煤粉清除管道机器人的行走机构向前移动煤粉清除管道机器人，在到达1/2 L1位置时，将子动力装置固定在煤层气热采通道壁上；在煤粉清除管道机器人向前行进过程中，启动煤粉清除管道机器人的煤粉清除机构，对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷；
（2）、启动子动力装置，使得子动力装置对复合式螺旋电阻丝形成推进力，煤粉清除管道机器人在行走机构的驱动下继续向前行进；
（3）、在煤粉清除管道机器人到达 L1位置时，煤粉清除管道机器人上的弹性连接器弹出并插入前方一组中空式管道机器人组的加热管道机器人的对接凹槽内，启动锁紧电机，机械锁轴锁紧对接头，电磁线圈A与电磁线圈B得电后相互吸引，至此完成中空式管道机器人组与前方的一组中空式管道机器人组的对接过程，在煤粉清除管道机器人和子动力装置双重牵拉下，加热管道机器人内的电阻丝卷线筒上的复合式螺旋电阻丝完全被拉出。
6.根据权利要求5所述的煤层加热及煤粉清除方法，其特征在于：步骤（1）中行走机构驱动煤粉清除管道机器人向前行走的步骤为：启动所有第一电动伸缩杆，第一电动伸缩杆伸长后将履带支撑在煤层气热采通道壁上，接着驱动装置驱动其中一个支撑轮转动，从而支撑轮驱动履带沿煤层气热采通道壁移动，最终煤粉清除管道机器人在履带的带动下向前行走；
将子动力装置固定于煤层气热采通道壁的步骤为：启动所有的第三电动伸缩杆，第三电动伸缩杆伸长后支撑在层气热采通道壁上，完成子动力装置的固定；
煤粉清除管道机器人的煤粉清除机构对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷的步骤为：空心轴电机驱动煤粉清扫刷转动，煤粉清扫刷对煤层气热采通道壁上的煤粉进行清刷，落下的煤粉经集粉口进入螺杆输送泵，再由螺杆输送泵输送至集粉盒内；
步骤（2）中子动力装置对复合式螺旋电阻丝形成推进力的步骤为：启动两组螺旋推进件的第三伺服电机，第三伺服电机通过主齿轮和从齿轮带动螺套转动，由于螺套与复合式螺旋电阻丝螺纹配合，螺套转动后对复合式螺旋电阻丝形成向前的推进力。
7.根据权利要求5所述的煤层加热及煤粉清除方法，其特征在于：步骤四将每组中空式管道机器人组固定于煤层气热采通道壁内，并且封闭中空式管道机器人组与煤层气热采通道壁之间的空隙，使得每组中空式管道机器人组在煤层气热采通道内形成相对密封的空间的具体过程为：启动中空式管道机器人组的加热管道机器人和煤粉清除管道机器人所有的固定锚杆件，第二电动伸缩杆伸长，将固定锚杆向外顶起，接着固定锚杆启动并支撑于煤层气热采通道壁上；
然后启动中空式管道机器人组的加热管道机器人和煤粉清除管道机器人所有的气囊充气机构，点火器点燃点火剂后产生大量热量，叠氮化钠受热立即分解释放氮气，氮气从充气孔充入耐高温橡胶气囊内腔，耐高温橡胶气囊充气后膨胀并支撑于煤层气热采通道壁上，最终耐高温橡胶气囊封闭中空式管道机器人组与煤层气热采通道壁之间的空隙，最后在启动电动阀，关闭圆筒管道。
8.根据权利要求7所述的煤层加热及煤粉清除方法，其特征在于：步骤五中，中空式管道机器人组的煤粉过滤机构，过滤中空式管道机器人组内的煤粉颗粒的步骤为：打开电动阀，启动第四伺服电机，转动轴转动驱动两个叶轮转动，叶轮的旋转带动水流从圆筒管道的后端向前端流动，由于位于后侧叶轮上的锥形孔为前大后小，由节流膨胀效应可知，水流中的煤粉通过该锥形孔后不易反向流出，而位于前侧的锥形孔为前小后大，腔室中的大颗粒煤粉不易从该锥形孔中流出，从而将水流中的煤粉留在两个叶轮之间的圆筒管道内。
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