CN111963057A - 一种新型地下煤气化开采系统 - Google Patents

Abstract

一种新型地下煤气化开采系统，包括第一导向筒、第二导向筒、钻进破碎装置和燃烧气化装置，第一导向筒的顶部和第二导向筒的底部固定连接，钻进破碎装置同中心安装在第一导向筒的内底部，燃烧气化装置同中心固定安装在第二导向筒内，第一导向筒的顶板上开设有若干个圆周阵列的地层通孔，第一导向筒通过各个地层通孔与第二导向筒和燃烧气化装置之间的环腔连通，第一导向筒的顶板中心开设有煤层通孔，燃烧气化装置的下端固定连接在煤层通孔中，第一导向筒内设置有地层封堵装置，第二导向筒的上侧外圆周设置有若干个变径转向装置。本发明能实现由竖向钻进地层转变为横向钻进煤层，将煤层破碎为煤粉，对煤粉燃烧气化，实现煤层钻采气化的一体化操作。

Description

一种新型地下煤气化开采系统

技术领域

本发明涉及煤炭地下气化技术领域，具体的说，涉及一种新型地下煤气化开采系统。

背景技术

地下煤气化即煤炭地下气化，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，集建井、采煤、气化工艺为一体的多学科开发洁净能源与化工原料的新技术，其实质是只提取煤中含能组分，变物理采煤为化学采煤，因而具有安全性好、投资少、效率高、污染少等优点，被誉为第二代采煤方法。

而目前国内相关地下煤气化开采装置较少，技术仍不是很成熟。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型地下煤气化开采系统，本发明能实现由竖向钻进地层转变为横向钻进煤层，将煤层破碎为煤粉，对煤粉燃烧气化，实现煤层钻采气化的一体化操作。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型地下煤气化开采系统，包括第一导向筒、第二导向筒、钻进破碎装置和燃烧气化装置，第一导向筒和第二导向筒同中心且竖向设置，第一导向筒的下侧、第二导向筒的上侧和下侧均敞口，第一导向筒的顶部和第二导向筒的底部固定连接，钻进破碎装置同中心安装在第一导向筒的内底部，燃烧气化装置同中心固定安装在第二导向筒内，第一导向筒的顶板上开设有若干个圆周阵列的地层通孔，第一导向筒通过各个地层通孔与第二导向筒和燃烧气化装置之间的环腔连通，第一导向筒的顶板中心开设有煤层通孔，燃烧气化装置的下端固定连接在煤层通孔中，第一导向筒内设置有用于封堵各个地层通孔的地层封堵装置，第二导向筒的上侧外圆周设置有若干个变径转向装置，各个变径转向装置的结构相同且圆周阵列设置。

第一导向筒和第二导向筒均为上小下大的阶梯筒结构，第一导向筒的上侧筒外径和第二导向筒的下侧筒外径相等，第一导向筒的上侧筒外圆周上均匀设置有螺旋凸棱；

钻进破碎装置包括旋转筒和从动内齿轮，旋转筒同中心转动设置在第一导向筒的下侧筒内底部，旋转筒的顶部敞口，旋转筒的外圆与第一导向筒的下侧筒内圆滑动接触，旋转筒的外圆中部沿周向开设有限位环槽，第一导向筒的下侧筒外圆周上螺纹连接有若干根限位螺钉，各根限位螺钉分别沿第一导向筒的径向设置，各根限位螺钉的内端均穿过第一导向筒的下侧筒筒壁并伸入到限位环槽中，从动内齿轮同中心设置在第一导向筒的下侧筒内且位于旋转筒的上方，从动内齿轮的内径和旋转筒的内径相同，从动内齿轮的外径不大于旋转筒的外径，从动内齿轮的底部和旋转筒的顶部通过若干块竖直连接板固定连接，第一导向筒的上侧筒内圆下侧部一体成型有若干块圆周阵列的电机固定板，每块电机固定板上均固定安装有旋转减速电机，各个旋转减速电机的输出轴均竖向设置，各个旋转减速电机的输出轴向下穿过电机固定板并伸入到从动内齿轮的内部，各个旋转减速电机的输出轴下端均固定安装有与从动内齿轮啮合传动的主动外齿轮，旋转筒的底板下表面与第一导向筒的下侧筒底部齐平，旋转筒的底板下表面均匀设置有若干个刚性球凸起，旋转筒的底板上表面中部一体成型有多边形中空棱柱，旋转筒的底板上表面外边缘部固定连接有若干块竖直支板，各块竖直支板圆周阵列设置，各块竖直支板分别与多边形中空棱柱的各个侧面一一对应平行，每块竖直支板的外侧面上均固定安装有横向破碎减速电机，各个横向破碎减速电机的输出轴均沿旋转筒的径向设置，各个横向破碎减速电机分别与多边形中空棱柱的各个侧面在旋转筒的径向上一一对应，各个横向破碎减速电机的输出轴分别对应穿过相应一块竖直支板，各个横向破碎减速电机的输出轴均同轴传动连接有一根横向切削轴，各根横向切削轴的内端分别转动安装在多边形中空棱柱的相应侧面上，横向切削轴的外圆周上沿轴向螺旋设置有切削刀片，旋转筒的底板上开设有若干个上下通透且圆周阵列的长方通孔，长方通孔的长度方向沿旋转筒的径向设置，各个长方通孔分别对应位于各根横向切削轴的正下方。

燃烧气化装置包括气化室、煤层气输出管和氧气输送管，气化室为上下通透的圆筒结构，气化室同中心竖向设置在第二导向筒的下侧筒内部，气化室的下端固定连接有煤层筒，煤层筒的下端固定连接在煤层通孔中，煤层气输出管同中心设置在第二导向筒的上侧筒内部，煤层气输出管的下端与气化室的上端固定连接，氧气输送管同中心固定套装在煤层气输出管的外圆周上，氧气输送管的内圆和煤层气输出管的外圆之间形成供氧环腔，氧气输送管的下端口固定连接有套设在煤层气输出管上的环形封堵板，环形封堵板的内圆与煤层气输出管的外圆固定连接，第二导向筒的下侧筒内部圆周阵列设置有若干个竖向氧气分度箱，气化室位于各干个竖向氧气分度箱的中间，氧气输送管的下侧外圆周固定连接有若干根圆周阵列的氧气分支管，各根氧气分支管的下端分别对应固定连接在各个竖向氧气分度箱的顶部，每个竖向氧气分度箱均与气化室之间通过若干根上下排列的水平氧气供管固定连接，各根水平氧气供管的内端均穿过气化室的室壁并伸入到气化室内，各根水平氧气供管的内端均固定安装有一个朝向气化室内中心喷射的喷嘴，气化室的下侧内壁上固定设置有若干个圆周阵列的点火电极，煤层筒的内下部转动连接有圆盘形煤层通道堵板，圆盘形煤层通道堵板的圆周边左侧部和右侧部均固定连接有转动设置在煤层筒筒壁上的转轴，煤层筒的下侧部外圆周固定安装有两个煤层通道舵机，两个煤层通道舵机左右对称设置在煤层筒的两侧，两个煤层通道舵机的输出轴分别对应同步传动连接左右两根转轴。

地层封堵装置包括液压缸和地层封堵板，液压缸同中心竖向设置在第一导向筒的下侧筒内，多边形中空棱柱的顶部外圆周通过若干根支杆固定连接有第一固定座，液压缸固定安装在第一固定座，地层封堵板为圆盘形板，地层封堵板同中心水平设置在第一导向筒的上侧筒内，液压缸的活塞杆竖直向上伸出，地层封堵板的底部中心固定连接在液压缸的活塞杆上端，地层封堵板上均匀开设有三个扇形通孔，三个扇形通孔圆周阵列设置，地层封堵板的直径大于各个地层通孔最外侧象限点所在圆的直径并小于第一导向筒的上侧筒内径，扇形通孔的外侧圆弧直径等于各个地层通孔最内侧象限点所在圆的直径，扇形通孔的内侧圆弧直径小于煤层通孔的直径。

前侧的变径转向装置包括第二固定座、导向减速电机、两根导向光杠、一根导向丝杠、丝杠螺母、滑块、L型导向板、铰接支座和变径移动块，第二导向筒的上侧筒外圆周上侧部和下侧部均固定连接有环形法兰盘，第二固定座固定连接在上侧的环形法兰盘的下侧面，导向减速电机、导向丝杠和两根导向光杠均竖向设置，导向减速电机固定安装在第二固定座上，L型导向板包括水平板和竖直板，水平板的前侧边与竖直板的上侧边一体固定连接，导向减速电机的输出轴下端传动连接导向丝杠的上端，导向丝杠的下端转动连接在L型导向板的水平板上，两根导向光杠左右对称设置在导向减速电机的两侧，两根导向光杠的上端均固定连接在上侧的环形法兰盘上，两根导向光杠的下端均固定连接在下侧的环形法兰盘上，L型导向板的竖直板左右两侧分别固定连接在两根导向光杠上且位于两根导向光杠的中部下侧之间，两根导向光杠分别穿过滑块的左右两侧部，滑块与两根导向光杠之间滑动连接，丝杠螺母套在导向丝杠上且与导向丝杠螺纹传动连接，丝杠螺母的前侧部通过螺钉固定连接在滑块的中部，铰接支座通过螺钉固定安装在下侧的环形法兰盘的上侧面且位于两根导向光杠之间，两根导向光杠的下端分别穿过铰接支座的左右两侧部，变径移动块设置在L型导向板的竖直板前方，变径移动块的后侧中部固定连接有一根水平限位杆，L型导向板的竖直板上开设有前后通透的竖直导向长孔，水平限位杆的后侧部穿过竖直导向长孔，变径移动块的上侧部和下侧部均铰接有一根连杆，上侧的连杆的上端铰接在滑块的下侧部，下侧的连杆的下端铰接在铰接支座上，两块环形法兰盘之间固定安装有套装在第二导向筒的上侧筒外部的导向蒙皮，变径移动块的外侧面顶压接触导向蒙皮的内侧面。

从动内齿轮和各个主动外齿轮的外部设置有密封罩壳，第一导向筒的内壁设置有瓦斯传感器。

第二导向筒的上端固定连接有若干节第一管柱，氧气输送管的上端固定连接有若干节第二管柱，煤层气输出管的上端固定连接有若干节第三管柱，第一管柱同中心套设在第二管柱的外部，第二管柱同中心套设在第三管柱的外部，第三管柱的外圆与第二管柱的内圆之间、第二管柱的外圆与第一管柱的内圆之间均间隔设有径向支撑筋，第一管柱、第二管柱和第三管柱的上端均设置有内螺纹母头，第一管柱、第二管柱和第三管柱的下端均设置有外螺纹公头，相邻两节第一管柱之间、相邻两节第二管柱之间以及相邻两节第三管柱之间均通过内螺纹母头和外螺纹公头螺纹固定连接并密封。

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，本发明设置有钻进破碎装置和燃烧气化装置，可先进行钻井作业，在地层钻进过程中，首先将新型地下煤气化开采系统竖向设置，旋转筒的底部与地面接触，两个煤层通道舵机驱动两根转轴使圆盘形煤层通道堵板转动至水平状态，圆盘形煤层通道堵板将煤层筒封堵，液压缸的活塞杆处于收缩状态，使地层封堵板与第一导向筒的顶板内表面分离并具有较大距离，各个地层通孔处于通透状态，第一导向筒通过各个地层通孔与第二导向筒和燃烧气化装置之间的环腔连通，然后，各个旋转减速电机同步启动，各个旋转减速电机的输出轴带动各个主动外齿轮同步转动，各个主动外齿轮同步传动从动内齿轮转动，从动内齿轮带动旋转筒同步转动，旋转筒的底板下表面上各个刚性球凸起对地层进行粗破碎，粗破碎的土壤颗粒通过各个长方通孔向上进入旋转筒内，在此过程中，各个横向破碎减速电机同步转动并传动各个横向切削轴，各个横向切削轴上的切削刀片转动并实现对粗破碎的土壤颗粒进行二次破碎，第一管柱和第二管柱之间的环腔上端口与地面上的抽风机的抽风口连接，启动抽风机，将二次破碎的土壤颗粒经各个地层通孔抽入第二导向筒和燃烧气化装置之间的环腔中，再通过第二导向筒与气化室、煤层气输出管和氧气输送管之间的环腔以及第一管柱和第二管柱之间的环腔向上抽出到地面，第一导向筒的上侧筒外圆周上的各条螺旋凸棱切削竖向钻孔内壁，使第一导向筒外圆与竖向钻孔内壁形成环形腔体，用于通风，还能减小第一导向筒外圆周与竖向钻孔内壁的接触面积，减小钻进过程中的摩擦阻力，钻进的过程是通过在第二导向筒的上端、氧气输送管的上端以及煤层气输出管的上端分别接单根第一管柱、第二管柱和第三管柱，同步进行上扣并连续接多节第一管柱、第二管柱和第三管柱而向前推进的；当瓦斯传感器监测到瓦斯气体时，则表明旋转筒的底部钻进到煤层，则将竖向钻进变为横向钻进，控制第二导向筒的上侧筒外圆周一侧部的各个导向减速电机正向动作，第二导向筒的上侧筒外圆周一侧部的各个导向减速电机同步传动相应的导向丝杠正向转动，驱使相应的各个丝杠螺母带动相应的各个滑块向下移动，则使相应的各块变径移动块均向外伸出顶压导向蒙皮并作用与井壁上，相应的各块变径移动块在井壁的作用下便可反向作用在第二导向筒的上侧筒外圆周一侧部，同时控制第二导向筒的上侧筒外圆周相应另一侧部的各个导向减速电机反向动作，第二导向筒的上侧筒外圆周相应另一侧部的各个导向减速电机同步传动相应的导向丝杠反向转动，驱使相应的各个丝杠螺母带动相应的各个滑块向上移动，则使相应的各块变径移动块均向内收缩，如此，便可使第二导向筒的上侧筒外圆周一侧部向另一侧倾斜，进而使得第一导向筒的下侧部向相反的一侧倾斜，继续向下钻进就可实现钻进方向的改变，从而实现由地层竖向钻进变为煤层中的横向钻进，当钻进到煤层且钻进方向变为横向时，两个煤层通道舵机驱动两根转轴使圆盘形煤层通道堵板转动至竖直状态，则煤层筒的通道打开，液压缸的活塞杆向上伸出，使地层封堵板向上移动至与第一导向筒的顶板内表面紧压接触，各个地层通孔封堵，第一导向筒通过煤层通孔与煤层筒连通，进而使第一导向筒与气化室连通，旋转筒的底板下表面上各个刚性球凸起对煤层进行粗破碎，粗破碎的煤颗粒通过各个长方通孔向上进入旋转筒内，各个横向切削轴上的切削刀片转动并实现对粗破碎的煤颗粒进行二次破碎，二次破碎的煤颗粒成为煤粉并经三个扇形通孔和煤层通孔进入煤层筒中，再经煤层筒进入气化室内，同时，通过氧气输送管由地面向下输送氧气，氧气经氧气分支管进入各个竖向氧气分度箱内，各个竖向氧气分度箱内的氧气再分别通过各根水平氧气供管进入气化室内，氧气经各个喷嘴朝向气化室中心均匀喷出，使氧气和气化室内的煤粉充分接触混合，通过各个点火电极对气化室内煤粉和氧气的混合物进行点火，实现煤粉的燃烧气化，燃烧后生成的合成气通过煤层气输出管传输到地面的集气站进行下一步处理；按照钻水平井的方法，使新型地下煤气化开采系统沿着煤层的某一横向钻进到煤层尽头后，将多节第一管柱、第二管柱和第三管柱进行卸扣，使新型地下煤气化开采系统逐步退回到竖向钻孔下方的煤层处，再重复上述中改变钻进方向的步骤，使第一导向筒的下侧部朝向另一方向倾斜，继续钻进，从而再次改变钻进方向，使新型地下煤气化开采系统沿另一横向方向在煤层内钻进作业，将煤层破碎为煤粉，并再次进行煤气化，钻透后，再次退回并改变在煤层中的钻进方向，煤气化，如此，重复操作，便可将所开采区域的煤层全部煤气化。

综上所述，本发明能实现由竖向钻进地层转变为横向钻进煤层，将煤层破碎为煤粉，对煤粉燃烧气化，实现煤层钻采气化的一体化操作。

附图说明

图1是本发明在地层和煤层中的工作示意图。

图2是本发明的仰视图。

图3是本发明的正视图。

图4是本发明的钻进破碎装置和地层封堵装置的结构示意图。

图5是本发明的燃烧气化装置和各个变径转向装置的结构示意图。

图6是本发明的单个变径转向装置的结构示意图。

图7是图1中A处局部放大图。

图8是图1中B处局部放大图。

图9是图1中C处局部放大图。

图10是本发明在煤层钻进的结构示意图。

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-图10所示，一种新型地下煤气化开采系统，包括第一导向筒1、第二导向筒2、钻进破碎装置和燃烧气化装置，第一导向筒1和第二导向筒2同中心且竖向设置，第一导向筒1的下侧、第二导向筒2的上侧和下侧均敞口，第一导向筒1的顶部和第二导向筒2的底部固定连接，钻进破碎装置同中心安装在第一导向筒1的内底部，燃烧气化装置同中心固定安装在第二导向筒2内，第一导向筒1的顶板上开设有若干个圆周阵列的地层通孔3，第一导向筒1通过各个地层通孔3与第二导向筒2和燃烧气化装置之间的环腔连通，第一导向筒1的顶板中心开设有煤层通孔4，燃烧气化装置的下端固定连接在煤层通孔4中，第一导向筒1内设置有用于封堵各个地层通孔3的地层封堵装置，第二导向筒2的上侧外圆周设置有若干个变径转向装置，各个变径转向装置的结构相同且圆周阵列设置。

第一导向筒1和第二导向筒2均为上小下大的阶梯筒结构，第一导向筒1的上侧筒外径和第二导向筒2的下侧筒外径相等，第一导向筒1的上侧筒外圆周上均匀设置有螺旋凸棱5；

钻进破碎装置包括旋转筒6和从动内齿轮7，旋转筒6同中心转动设置在第一导向筒1的下侧筒内底部，旋转筒6的顶部敞口，旋转筒6的外圆与第一导向筒1的下侧筒内圆滑动接触，旋转筒6的外圆中部沿周向开设有限位环槽8，第一导向筒1的下侧筒外圆周上螺纹连接有若干根限位螺钉9，各根限位螺钉9分别沿第一导向筒1的径向设置，各根限位螺钉9的内端均穿过第一导向筒1的下侧筒筒壁并伸入到限位环槽8中，从动内齿轮7同中心设置在第一导向筒1的下侧筒内且位于旋转筒6的上方，从动内齿轮7的内径和旋转筒6的内径相同，从动内齿轮7的外径不大于旋转筒6的外径，从动内齿轮7的底部和旋转筒6的顶部通过若干块竖直连接板10固定连接，第一导向筒1的上侧筒内圆下侧部一体成型有若干块圆周阵列的电机固定板11，每块电机固定板11上均固定安装有旋转减速电机12，各个旋转减速电机12的输出轴均竖向设置，各个旋转减速电机12的输出轴向下穿过电机固定板11并伸入到从动内齿轮7的内部，各个旋转减速电机12的输出轴下端均固定安装有与从动内齿轮7啮合传动的主动外齿轮13，旋转筒6的底板下表面与第一导向筒1的下侧筒底部齐平，旋转筒6的底板下表面均匀设置有若干个刚性球凸起14，旋转筒6的底板上表面中部一体成型有多边形中空棱柱15，旋转筒6的底板上表面外边缘部固定连接有若干块竖直支板16，各块竖直支板16圆周阵列设置，各块竖直支板16分别与多边形中空棱柱15的各个侧面一一对应平行，每块竖直支板16的外侧面上均固定安装有横向破碎减速电机17，各个横向破碎减速电机17的输出轴均沿旋转筒6的径向设置，各个横向破碎减速电机17分别与多边形中空棱柱15的各个侧面在旋转筒6的径向上一一对应，各个横向破碎减速电机17的输出轴分别对应穿过相应一块竖直支板16，各个横向破碎减速电机17的输出轴均同轴传动连接有一根横向切削轴18，各根横向切削轴18的内端分别转动安装在多边形中空棱柱15的相应侧面上，横向切削轴18的外圆周上沿轴向螺旋设置有切削刀片19，旋转筒6的底板上开设有若干个上下通透且圆周阵列的长方通孔20，长方通孔20的长度方向沿旋转筒6的径向设置，各个长方通孔20分别对应位于各根横向切削轴18的正下方。

燃烧气化装置包括气化室21、煤层气输出管22和氧气输送管23，气化室21为上下通透的圆筒结构，气化室21同中心竖向设置在第二导向筒2的下侧筒内部，气化室21的下端固定连接有煤层筒24，煤层筒24的下端固定连接在煤层通孔4中，煤层气输出管22同中心设置在第二导向筒2的上侧筒内部，煤层气输出管22的下端与气化室21的上端固定连接，氧气输送管23同中心固定套装在煤层气输出管22的外圆周上，氧气输送管23的内圆和煤层气输出管22的外圆之间形成供氧环腔，氧气输送管23的下端口固定连接有套设在煤层气输出管22上的环形封堵板25，环形封堵板25的内圆与煤层气输出管22的外圆固定连接，第二导向筒2的下侧筒内部圆周阵列设置有若干个竖向氧气分度箱26，气化室21位于各干个竖向氧气分度箱26的中间，氧气输送管23的下侧外圆周固定连接有若干根圆周阵列的氧气分支管27，各根氧气分支管27的下端分别对应固定连接在各个竖向氧气分度箱26的顶部，每个竖向氧气分度箱26均与气化室21之间通过若干根上下排列的水平氧气供管28固定连接，各根水平氧气供管28的内端均穿过气化室21的室壁并伸入到气化室21内，各根水平氧气供管28的内端均固定安装有一个朝向气化室21内中心喷射的喷嘴29，气化室21的下侧内壁上固定设置有若干个圆周阵列的点火电极30，煤层筒24的内下部转动连接有圆盘形煤层通道堵板31，圆盘形煤层通道堵板31的圆周边左侧部和右侧部均固定连接有转动设置在煤层筒24筒壁上的转轴，煤层筒24的下侧部外圆周固定安装有两个煤层通道舵机32，两个煤层通道舵机32左右对称设置在煤层筒24的两侧，两个煤层通道舵机32的输出轴分别对应同步传动连接左右两根转轴。

地层封堵装置包括液压缸33和地层封堵板34，液压缸33同中心竖向设置在第一导向筒1的下侧筒内，多边形中空棱柱15的顶部外圆周通过若干根支杆固定连接有第一固定座35，液压缸33固定安装在第一固定座35，地层封堵板34为圆盘形板，地层封堵板34同中心水平设置在第一导向筒1的上侧筒内，液压缸33的活塞杆竖直向上伸出，地层封堵板34的底部中心固定连接在液压缸33的活塞杆上端，地层封堵板34上均匀开设有三个扇形通孔36，三个扇形通孔36圆周阵列设置，地层封堵板34的直径大于各个地层通孔3最外侧象限点所在圆的直径并小于第一导向筒1的上侧筒内径，扇形通孔36的外侧圆弧直径等于各个地层通孔3最内侧象限点所在圆的直径，扇形通孔36的内侧圆弧直径小于煤层通孔4的直径。

前侧的变径转向装置包括第二固定座37、导向减速电机38、两根导向光杠39、一根导向丝杠40、丝杠螺母41、滑块42、L型导向板43、铰接支座44和变径移动块45，第二导向筒2的上侧筒外圆周上侧部和下侧部均固定连接有环形法兰盘46，第二固定座37固定连接在上侧的环形法兰盘46的下侧面，导向减速电机38、导向丝杠40和两根导向光杠39均竖向设置，导向减速电机38固定安装在第二固定座37上，L型导向板43包括水平板和竖直板，水平板的前侧边与竖直板的上侧边一体固定连接，导向减速电机38的输出轴下端传动连接导向丝杠40的上端，导向丝杠40的下端转动连接在L型导向板43的水平板上，两根导向光杠39左右对称设置在导向减速电机38的两侧，两根导向光杠39的上端均固定连接在上侧的环形法兰盘46上，两根导向光杠39的下端均固定连接在下侧的环形法兰盘46上，L型导向板43的竖直板左右两侧分别固定连接在两根导向光杠39上且位于两根导向光杠39的中部下侧之间，两根导向光杠39分别穿过滑块42的左右两侧部，滑块42与两根导向光杠39之间滑动连接，丝杠螺母41套在导向丝杠40上且与导向丝杠40螺纹传动连接，丝杠螺母41的前侧部通过螺钉固定连接在滑块42的中部，铰接支座44通过螺钉固定安装在下侧的环形法兰盘46的上侧面且位于两根导向光杠39之间，两根导向光杠39的下端分别穿过铰接支座44的左右两侧部，变径移动块45设置在L型导向板43的竖直板前方，变径移动块45的后侧中部固定连接有一根水平限位杆47，L型导向板43的竖直板上开设有前后通透的竖直导向长孔48，水平限位杆47的后侧部穿过竖直导向长孔48，变径移动块45的上侧部和下侧部均铰接有一根连杆49，上侧的连杆49的上端铰接在滑块42的下侧部，下侧的连杆49的下端铰接在铰接支座44上，两块环形法兰盘46之间固定安装有套装在第二导向筒2的上侧筒外部的导向蒙皮50，变径移动块45的外侧面顶压接触导向蒙皮50的内侧面。水平限位杆47起到导向限位变径移动块45移动轨迹的作用，导向蒙皮50起到密闭导向作用。

从动内齿轮7和各个主动外齿轮13的外部设置有密封罩壳，第一导向筒1的内壁设置有瓦斯传感器。密封罩壳可防止土壤颗粒或煤矸石颗粒进入各个主动外齿轮13和从动内齿轮7的啮合部位使齿面损坏。

第二导向筒2的上端固定连接有若干节第一管柱55，氧气输送管23的上端固定连接有若干节第二管柱，煤层气输出管22的上端固定连接有若干节第三管柱，第一管柱55同中心套设在第二管柱的外部，第二管柱同中心套设在第三管柱的外部，第三管柱的外圆与第二管柱的内圆之间、第二管柱的外圆与第一管柱55的内圆之间均间隔设有径向支撑筋，第一管柱55、第二管柱和第三管柱的上端均设置有内螺纹母头，第一管柱55、第二管柱和第三管柱的下端均设置有外螺纹公头，相邻两节第一管柱55之间、相邻两节第二管柱之间以及相邻两节第三管柱之间均通过内螺纹母头和外螺纹公头螺纹固定连接并密封。管柱密封为现有成熟技术，不再赘述。

密封罩壳、瓦斯传感器、第二管柱和第三管柱在图中未示出。

本发明设置有钻进破碎装置和燃烧气化装置，可先进行钻井作业，在地层51钻进过程中，首先将新型地下煤气化开采系统53竖向设置，旋转筒6的底部与地面接触，两个煤层通道舵机32驱动两根转轴使圆盘形煤层通道堵板31转动至水平状态，圆盘形煤层通道堵板31将煤层筒24封堵，液压缸33的活塞杆处于收缩状态，使地层封堵板34与第一导向筒1的顶板内表面分离并具有较大距离，各个地层通孔3处于通透状态，第一导向筒1通过各个地层通孔3与第二导向筒2和燃烧气化装置之间的环腔连通，然后，各个旋转减速电机12同步启动，各个旋转减速电机12的输出轴带动各个主动外齿轮13同步转动，各个主动外齿轮13同步传动从动内齿轮7转动，从动内齿轮7带动旋转筒6同步转动，旋转筒6的底板下表面上各个刚性球凸起14对地层51进行粗破碎，粗破碎的土壤颗粒通过各个长方通孔20向上进入旋转筒6内，在此过程中，各个横向破碎减速电机17同步转动并传动各个横向切削轴18，各个横向切削轴18上的切削刀片19转动并实现对粗破碎的土壤颗粒进行二次破碎，第一管柱55和第二管柱之间的环腔上端口与地面上的抽风机的抽风口连接，启动抽风机，将二次破碎的土壤颗粒经各个地层通孔3抽入第二导向筒2和燃烧气化装置之间的环腔中，再通过第二导向筒2与气化室21、煤层气输出管22和氧气输送管23之间的环腔以及第一管柱55和第二管柱之间的环腔向上抽出到地面，从而形成竖向钻孔54，第一导向筒1的上侧筒外圆周上的各条螺旋凸棱5切削竖向钻孔54内壁，使第一导向筒1外圆与竖向钻孔54内壁形成环形腔体，用于通风，还能减小第一导向筒1外圆周与竖向钻孔54内壁的接触面积，减小钻进过程中的摩擦阻力，钻进的过程是通过在第二导向筒2的上端、氧气输送管23的上端以及煤层气输出管22的上端分别接单根第一管柱55、第二管柱和第三管柱，同步进行上扣并连续接多节第一管柱55、第二管柱和第三管柱而向前推进的，此过程为钻井操作中的常规技术；当瓦斯传感器监测到瓦斯气体时，则表明旋转筒6的底部钻进到煤层52，则将竖向钻进变为横向钻进，控制第二导向筒2的上侧筒外圆周一侧部的各个导向减速电机38正向动作，第二导向筒2的上侧筒外圆周一侧部的各个导向减速电机38同步传动相应的导向丝杠40正向转动，驱使相应的各个丝杠螺母41带动相应的各个滑块42向下移动，则使相应的各块变径移动块45均向外伸出顶压导向蒙皮50并作用与井壁上，相应的各块变径移动块45在井壁的作用下便可反向作用在第二导向筒2的上侧筒外圆周一侧部，同时控制第二导向筒2的上侧筒外圆周相应另一侧部的各个导向减速电机38反向动作，第二导向筒2的上侧筒外圆周相应另一侧部的各个导向减速电机38同步传动相应的导向丝杠40反向转动，驱使相应的各个丝杠螺母41带动相应的各个滑块42向上移动，则使相应的各块变径移动块45均向内收缩，如此，便可使第二导向筒2的上侧筒外圆周一侧部向另一侧倾斜，进而使得第一导向筒1的下侧部向相反的一侧倾斜，继续向下钻进就可实现钻进方向的改变，从而实现由地层51竖向钻进变为煤层52中的横向钻进，当钻进到煤层52且钻进方向变为横向时，两个煤层通道舵机32驱动两根转轴使圆盘形煤层通道堵板31转动至竖直状态，则煤层筒24的通道打开，液压缸33的活塞杆向上伸出，使地层封堵板34向上移动至与第一导向筒1的顶板内表面紧压接触，各个地层通孔3封堵，第一导向筒1通过煤层通孔4与煤层筒24连通，进而使第一导向筒1与气化室21连通，旋转筒6的底板下表面上各个刚性球凸起14对煤层52进行粗破碎，粗破碎的煤颗粒通过各个长方通孔20向上进入旋转筒6内，各个横向切削轴18上的切削刀片19转动并实现对粗破碎的煤颗粒进行二次破碎，二次破碎的煤颗粒成为煤粉并经三个扇形通孔36和煤层通孔4进入煤层筒24中，再经煤层筒24进入气化室21内，同时，通过氧气输送管23由地面向下输送氧气，氧气经氧气分支管27进入各个竖向氧气分度箱26内，各个竖向氧气分度箱26内的氧气再分别通过各根水平氧气供管28进入气化室21内，氧气经各个喷嘴29朝向气化室21中心均匀喷出，使氧气和气化室21内的煤粉充分接触混合，通过各个点火电极30对气化室21内煤粉和氧气的混合物进行点火，实现煤粉的燃烧气化，燃烧后生成的合成气通过煤层气输出管22传输到地面的集气站进行下一步处理；按照钻水平井的方法，使新型地下煤气化开采系统53沿着煤层52的某一横向钻进到煤层52尽头后，将多节第一管柱55、第二管柱和第三管柱进行卸扣，使新型地下煤气化开采系统53逐步退回到竖向钻孔54下方的煤层52处，再重复上述中改变钻进方向的步骤，使第一导向筒1的下侧部朝向另一方向倾斜，继续钻进，从而再次改变钻进方向，使新型地下煤气化开采系统53沿另一横向方向在煤层52内钻进作业，将煤层52破碎为煤粉，并再次进行煤气化，钻透后，再次退回并改变在煤层52中的钻进方向，煤气化，如此，重复操作，便可将所开采区域的煤层52全部煤气化。

在地面上设有用于组装及拆卸第一管柱55、第二管柱和第三管柱的平台（拆装第一管柱55、第二管柱和第三管柱的方式为本领域的常规技术，不再赘述），由于第一管柱55、第二管柱和第三管柱同步由竖向转弯为横向的运动轨迹为一节弧心角基本为90°的弧线段结构，每节第一管柱55、第二管柱和第三管柱的长度小于弧线段的弧长，如图10所示。

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)

1.一种新型地下煤气化开采系统，其特征在于：包括第一导向筒、第二导向筒、钻进破碎装置和燃烧气化装置，第一导向筒和第二导向筒同中心且竖向设置，第一导向筒的下侧、第二导向筒的上侧和下侧均敞口，第一导向筒的顶部和第二导向筒的底部固定连接，钻进破碎装置同中心安装在第一导向筒的内底部，燃烧气化装置同中心固定安装在第二导向筒内，第一导向筒的顶板上开设有若干个圆周阵列的地层通孔，第一导向筒通过各个地层通孔与第二导向筒和燃烧气化装置之间的环腔连通，第一导向筒的顶板中心开设有煤层通孔，燃烧气化装置的下端固定连接在煤层通孔中，第一导向筒内设置有用于封堵各个地层通孔的地层封堵装置，第二导向筒的上侧外圆周设置有若干个变径转向装置，各个变径转向装置的结构相同且圆周阵列设置。

2.根据权利要求1所述的新型地下煤气化开采系统，其特征在于：第一导向筒和第二导向筒均为上小下大的阶梯筒结构，第一导向筒的上侧筒外径和第二导向筒的下侧筒外径相等，第一导向筒的上侧筒外圆周上均匀设置有螺旋凸棱；

钻进破碎装置包括旋转筒和从动内齿轮，旋转筒同中心转动设置在第一导向筒的下侧筒内底部，旋转筒的顶部敞口，旋转筒的外圆与第一导向筒的下侧筒内圆滑动接触，旋转筒的外圆中部沿周向开设有限位环槽，第一导向筒的下侧筒外圆周上螺纹连接有若干根限位螺钉，各根限位螺钉分别沿第一导向筒的径向设置，各根限位螺钉的内端均穿过第一导向筒的下侧筒筒壁并伸入到限位环槽中，从动内齿轮同中心设置在第一导向筒的下侧筒内且位于旋转筒的上方，从动内齿轮的内径和旋转筒的内径相同，从动内齿轮的外径不大于旋转筒的外径，从动内齿轮的底部和旋转筒的顶部通过若干块竖直连接板固定连接，第一导向筒的上侧筒内圆下侧部一体成型有若干块圆周阵列的电机固定板，每块电机固定板上均固定安装有旋转减速电机，各个旋转减速电机的输出轴均竖向设置，各个旋转减速电机的输出轴向下穿过电机固定板并伸入到从动内齿轮的内部，各个旋转减速电机的输出轴下端均固定安装有与从动内齿轮啮合传动的主动外齿轮，旋转筒的底板下表面与第一导向筒的下侧筒底部齐平，旋转筒的底板下表面均匀设置有若干个刚性球凸起，旋转筒的底板上表面中部一体成型有多边形中空棱柱，旋转筒的底板上表面外边缘部固定连接有若干块竖直支板，各块竖直支板圆周阵列设置，各块竖直支板分别与多边形中空棱柱的各个侧面一一对应平行，每块竖直支板的外侧面上均固定安装有横向破碎减速电机，各个横向破碎减速电机的输出轴均沿旋转筒的径向设置，各个横向破碎减速电机分别与多边形中空棱柱的各个侧面在旋转筒的径向上一一对应，各个横向破碎减速电机的输出轴分别对应穿过相应一块竖直支板，各个横向破碎减速电机的输出轴均同轴传动连接有一根横向切削轴，各根横向切削轴的内端分别转动安装在多边形中空棱柱的相应侧面上，横向切削轴的外圆周上沿轴向螺旋设置有切削刀片，旋转筒的底板上开设有若干个上下通透且圆周阵列的长方通孔，长方通孔的长度方向沿旋转筒的径向设置，各个长方通孔分别对应位于各根横向切削轴的正下方。

3.根据权利要求2所述的新型地下煤气化开采系统，其特征在于：燃烧气化装置包括气化室、煤层气输出管和氧气输送管，气化室为上下通透的圆筒结构，气化室同中心竖向设置在第二导向筒的下侧筒内部，气化室的下端固定连接有煤层筒，煤层筒的下端固定连接在煤层通孔中，煤层气输出管同中心设置在第二导向筒的上侧筒内部，煤层气输出管的下端与气化室的上端固定连接，氧气输送管同中心固定套装在煤层气输出管的外圆周上，氧气输送管的内圆和煤层气输出管的外圆之间形成供氧环腔，氧气输送管的下端口固定连接有套设在煤层气输出管上的环形封堵板，环形封堵板的内圆与煤层气输出管的外圆固定连接，第二导向筒的下侧筒内部圆周阵列设置有若干个竖向氧气分度箱，气化室位于各干个竖向氧气分度箱的中间，氧气输送管的下侧外圆周固定连接有若干根圆周阵列的氧气分支管，各根氧气分支管的下端分别对应固定连接在各个竖向氧气分度箱的顶部，每个竖向氧气分度箱均与气化室之间通过若干根上下排列的水平氧气供管固定连接，各根水平氧气供管的内端均穿过气化室的室壁并伸入到气化室内，各根水平氧气供管的内端均固定安装有一个朝向气化室内中心喷射的喷嘴，气化室的下侧内壁上固定设置有若干个圆周阵列的点火电极，煤层筒的内下部转动连接有圆盘形煤层通道堵板，圆盘形煤层通道堵板的圆周边左侧部和右侧部均固定连接有转动设置在煤层筒筒壁上的转轴，煤层筒的下侧部外圆周固定安装有两个煤层通道舵机，两个煤层通道舵机左右对称设置在煤层筒的两侧，两个煤层通道舵机的输出轴分别对应同步传动连接左右两根转轴。

4.根据权利要求3所述的新型地下煤气化开采系统，其特征在于：地层封堵装置包括液压缸和地层封堵板，液压缸同中心竖向设置在第一导向筒的下侧筒内，多边形中空棱柱的顶部外圆周通过若干根支杆固定连接有第一固定座，液压缸固定安装在第一固定座，地层封堵板为圆盘形板，地层封堵板同中心水平设置在第一导向筒的上侧筒内，液压缸的活塞杆竖直向上伸出，地层封堵板的底部中心固定连接在液压缸的活塞杆上端，地层封堵板上均匀开设有三个扇形通孔，三个扇形通孔圆周阵列设置，地层封堵板的直径大于各个地层通孔最外侧象限点所在圆的直径并小于第一导向筒的上侧筒内径，扇形通孔的外侧圆弧直径等于各个地层通孔最内侧象限点所在圆的直径，扇形通孔的内侧圆弧直径小于煤层通孔的直径。

5.根据权利要求4所述的新型地下煤气化开采系统，其特征在于：前侧的变径转向装置包括第二固定座、导向减速电机、两根导向光杠、一根导向丝杠、丝杠螺母、滑块、L型导向板、铰接支座和变径移动块，第二导向筒的上侧筒外圆周上侧部和下侧部均固定连接有环形法兰盘，第二固定座固定连接在上侧的环形法兰盘的下侧面，导向减速电机、导向丝杠和两根导向光杠均竖向设置，导向减速电机固定安装在第二固定座上，L型导向板包括水平板和竖直板，水平板的前侧边与竖直板的上侧边一体固定连接，导向减速电机的输出轴下端传动连接导向丝杠的上端，导向丝杠的下端转动连接在L型导向板的水平板上，两根导向光杠左右对称设置在导向减速电机的两侧，两根导向光杠的上端均固定连接在上侧的环形法兰盘上，两根导向光杠的下端均固定连接在下侧的环形法兰盘上，L型导向板的竖直板左右两侧分别固定连接在两根导向光杠上且位于两根导向光杠的中部下侧之间，两根导向光杠分别穿过滑块的左右两侧部，滑块与两根导向光杠之间滑动连接，丝杠螺母套在导向丝杠上且与导向丝杠螺纹传动连接，丝杠螺母的前侧部通过螺钉固定连接在滑块的中部，铰接支座通过螺钉固定安装在下侧的环形法兰盘的上侧面且位于两根导向光杠之间，两根导向光杠的下端分别穿过铰接支座的左右两侧部，变径移动块设置在L型导向板的竖直板前方，变径移动块的后侧中部固定连接有一根水平限位杆，L型导向板的竖直板上开设有前后通透的竖直导向长孔，水平限位杆的后侧部穿过竖直导向长孔，变径移动块的上侧部和下侧部均铰接有一根连杆，上侧的连杆的上端铰接在滑块的下侧部，下侧的连杆的下端铰接在铰接支座上，两块环形法兰盘之间固定安装有套装在第二导向筒的上侧筒外部的导向蒙皮，变径移动块的外侧面顶压接触导向蒙皮的内侧面。

6.根据权利要求2-5任一项所述的新型地下煤气化开采系统，其特征在于：从动内齿轮和各个主动外齿轮的外部设置有密封罩壳，第一导向筒的内壁设置有瓦斯传感器。

7.根据权利要求6所述的新型地下煤气化开采系统，其特征在于：第二导向筒的上端固定连接有若干节第一管柱，氧气输送管的上端固定连接有若干节第二管柱，煤层气输出管的上端固定连接有若干节第三管柱，第一管柱同中心套设在第二管柱的外部，第二管柱同中心套设在第三管柱的外部，第三管柱的外圆与第二管柱的内圆之间、第二管柱的外圆与第一管柱的内圆之间均间隔设有径向支撑筋，第一管柱、第二管柱和第三管柱的上端均设置有内螺纹母头，第一管柱、第二管柱和第三管柱的下端均设置有外螺纹公头，相邻两节第一管柱之间、相邻两节第二管柱之间以及相邻两节第三管柱之间均通过内螺纹母头和外螺纹公头螺纹固定连接并密封。

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