CN1392328A

CN1392328A - 地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法

Info

Publication number: CN1392328A
Application number: CN 01115051
Authority: CN
Inventors: 刘宝银; 陈传海; 余力; 梁杰
Original assignee: XINWEN MINING GROUP CO Ltd SUNCUN COAL MINE
Current assignee: XINWEN MINING GROUP CO Ltd SUNCUN COAL MINE
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2003-01-22
Anticipated expiration: 2021-06-18
Also published as: CN1190587C

Abstract

一种地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法，将地下气化炉进、排气孔管分三段：固定段、下伸缩段和上伸缩段。固定段：选在基岩面以下或围岩较硬区段，尽量向上；长度为孔管10～50％，外壁设若干固定器、即突起物，与孔壁相对固定。下伸缩段：伸缩量大，最大伸缩量须小于其下口至气流通道底板距离。上伸缩段：根据表土厚度、有无流沙和水影响，或加接套管并预留伸缩量，或不加套管直通地面管路。用于煤炭地下气化，经济易行、安全可靠。

Description

地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法

本发明涉及煤炭地下气化工艺，特别是在煤炭地下气化中，利用在进、排气孔孔管上设固定段，解决地下气化炉进、排气孔管热胀冷缩问题的一种地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法，或称“孔管固定伸缩补偿技术”。

煤炭地下气化工艺，是对传统采煤方法和煤炭地面气化技术的突破。煤炭地下气化是在地下气化炉内进行。一般地讲，地下气化炉由进气孔和排气孔与气流通道、气化通道三部分组成。进、排气孔由地面打钻施工；气流通道与气化通道则在井下利用矿井原有生产系统掘进施工。当进、排气孔由地面与气流通道贯通后，在钻孔内安装进、排气孔管，并在孔管与钻孔孔壁之间浇注水泥沙浆。由于在地表以上，进、排气孔管上端除了要与空气管、水蒸汽管、空气煤气管、水煤气管、喷淋水管相连外，还要接温度传感器、压力传感器、取样管，因此，孔管上端是与众多地面管道的集中交汇处。孔管下端与气流通道联通，即由气流通道的巷道顶板穿入巷道中。进、排气孔管会因地下气化炉的高温而受热膨胀，而且，有的地下气化炉要随运行情况进行进风、排气转换；有的地下气化炉虽然进、排气不转换，但排气有大小，温度有高低，并且有间断。所以，孔管不仅经受温度高、温差变化大、而且变化频繁。由于热胀冷缩的原因，孔管长度会有很大伸缩变化，而且伸缩频繁。孔管过大的伸长，无论向上或向下，都会对气化系统构成威胁；向上，会导致地面管道变形、破裂，严重影响地面管道的安全；向下，会导致孔管下端孔口与气流通道巷道底板接触、阻断孔管气流；而且，频繁地伸缩会使孔管与钻孔孔壁松脱、沿孔壁下坠，致使孔管下端孔口与气流通道巷道底板接触、阻断孔管气流进出，造成气化中断。

有的地下气化炉采用井下管道供风、排气孔排气，其进、排气不转换，但排气有大小，温度有高低，并且有间断。其排气孔管同样存在上述问题。

在现有技术中，解决地下气化炉孔管热胀冷缩的方法有：一是孔口设混凝土构件，阻止孔管上升下滑，但很难做到；二是在孔口设大型补偿器，但这种方法也存在较大问题，如补偿器难以承受上部管网的压力和下部孔管的重力、难以承担很大的补偿量，价格昂贵等。

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供一种经济易行、安全可靠、成本低廉的地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

把地下气化炉的进、排气孔管安装于进、排气钻孔内，在孔管与钻孔孔壁之间浇注水泥沙浆；并且，将地下气化炉的进、排气孔管各分为三段：固定段、下伸缩段和上伸缩段。

①固定段：选择在基岩面以下，或围岩较硬的区段内，并应尽量向上部靠近；其长度为孔管全长的10％～50％；在固定段的孔管外壁上，设置若干个固定器。固定器即高出孔管外壁的突起物，借助这些突起物，可使该段的孔管外壁与钻孔孔壁阻力增大、限制该段孔管的胀缩、使整个固定段成为与钻孔孔壁相对固定的区段。

②下伸缩段：是孔管位于固定段以下的部分；伸缩量相对较大；孔管下端端头到气流通道巷道底板之间的距离，在选择时，必须大于下伸缩段的最大伸缩量。

③上伸缩段：是孔管位于固定段以上的部分；其处理方法如下：

a.当表土层厚度大、而且有流沙层和地下水影响钻孔工程时：要在孔管上段外面加接套管；由套管上端接地面管路，套管下端要深入到基岩面以下1～10m处，并且注水泥沙浆；套管下端与孔管之间也要注水泥沙浆，并在套管中预留孔管上伸缩段的最大伸缩量。

b.当表土层厚度大、无流沙层和地下水影响钻孔工程时：要在孔管上端外面加接套管；由套管上端接地面管路，套管的下端要深入到地表以下不少于1m处，将套管采取固定措施、而不与孔管连接，并在套管中预留孔管上伸缩段的最大伸缩量。

c.当表土层厚度不大时：孔管上端可与地面管路直接连接，不加套管。

上述表土层厚度大，指＞30m；表土层厚度不大，指＜10m。当表土层厚度为10～30m时，则根据地面管路的复杂程度和孔管温度等因素，灵活掌握。当地面管路复杂、孔管温度高时，按表土层厚度大对待、即按a、b款方法处理；当地面管路简单、孔管温度低时，按表土层厚度不大对待、即按c款方法处理。

表土层厚度大，意味着上伸缩段的长度大，故表土厚度与上伸缩段的伸缩量有对应关系。如果用上伸缩段的最大伸缩量衡量表土层厚度：表土层厚度大，相当于上伸缩段的最大伸缩量＞60mm；表土层厚度不大，相当于最大伸缩量＜20mm；表土层厚度在10～30m时，则相当于最大伸缩量为20～60mm。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：

把地下气化炉孔管固定段的长度选择为孔管全长的30±10％。

当表土层厚度大、而且有流沙层和地下水影响钻孔工程时，使孔管上段外加接的套管深入到基岩面以下3±2m处。

使孔管的下端孔口到气流通道巷道底板之间的距离，大于其下伸缩段的最大伸缩量至少0.5m。

固定器采用焊在孔管外壁上的弧面矩形钢板。该弧面矩形钢板是由内径与孔管外径相同或相近、壁厚等于板厚的钢管切割而成。

固定器采用焊在孔管外壁上的弧面圆弧形钢板。

固定器采用焊接在孔管外壁上的环状箍带或环状箍筋。

固定器采用轧制在孔管外壁上的螺纹横肋。

本发明与现有技术相比其优点是：

通过在孔管上设固定段，利用固定段孔管外壁上的固定器，经凝固的水泥沙浆与围岩牢牢固结，大大增加了孔管在该段的伸缩阻力，使孔管在固定段与孔壁相对固定；而让其下部的下伸缩段有相对较大的伸缩自由度，防止整个孔管在频繁地伸缩中沿钻孔下滑、堵塞气流通道；同时，在上伸缩段，通过外加套管、在套管中预留上伸缩段的伸缩量等措施，也防止了孔管上伸量过大、导致地面连接管道的变形破裂。从而解决了煤炭地下气化工艺中，地下气化炉进、排气孔管热胀冷缩的技术难题。

本发明方法在新汶矿区孙村煤矿的煤炭地下气化工艺中采用后，经长时间运行，孔口温度最高达310℃，80余米的孔管上升3厘米以下。解决了进、排气孔管热胀冷缩对气化系统的威胁，既经济易行，又安全可靠。若用大伸缩量的补偿器，不但价格贵，安装操作困难，而且很难保证安全运行。

附图的图面说明如下：

图1：当表土层厚度大、并有流沙层和地下水影响钻孔工程时本发明方

法的孔管安装示意图纵剖面图

图2：弧面矩形钢板固定器的局部放大视图

图3：图2中弧面矩形钢板固定器的剖视图

图4：平面矩形板块固定器结构示意图剖视图

图5：弧面圆弧形钢板固定器的结构示意图

图6：孔管环状箍带固定器的结构示意图

图7：孔管环状箍筋固定器的结构示意图

图8：带横肋孔管的结构示意图

图9：当表土层厚度大、无流沙层和地下水影响钻孔工程时本发明方法

的孔管安装示意图纵剖面图

图10：当表土层厚度不大时本发明方法的孔管安装示意图纵剖面图

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述：

实施例1：

图1示出当表土层厚度大、厚度＞30m、或者孔管上伸缩段S的最大伸缩量＞60mm、而且有流沙层和地下水影响钻孔工程时，地下气化炉进、排气孔管4在钻孔8内的安装情况。地下气化炉进、排气孔管4也简称孔管4。

地下气化炉的进、排气孔钻孔8由地面打钻施工，在与地下气化炉两端的气流通道8分别贯通后，沿整个钻孔8深度装设进、排气孔管4，并在孔管4与钻孔8孔壁之间浇注水泥沙浆7。在安装孔管4的过程中，要首先根据进、排气孔钻孔8的地质资料，如：钻孔8深度、围岩岩层的岩性及厚度、有无流沙层和含水层等，与孔管4温升、线膨胀系数、孔壁阻力以及估算的最大伸缩量，将进、排气孔管4分别分为三段：固定段G、下伸缩段X和上伸缩段S。

①固定段G：选择在基岩面5以下；若无基岩面5或基岩较软时，则选择在围岩较硬的区段内，并尽量选择在孔管4向上的部位。固定段G的长度可定为孔管4全长的10％～50％，通常情况以孔管4长度的30±10％为优选。在固定段G的孔管外壁上，设置若干个固定器6。所谓的固定器6，即高出孔管4外壁的突起物，可以是规则的、也可以是不规则的；该突起物用焊接或其它方法加工于管壁上；借助这些突起物，使固定段G孔管外壁通过水泥沙浆7与钻孔8孔壁固结后的阻力增大、限制孔管固定段G的胀缩，使整个固定段G成为孔管4与钻孔8孔壁相对固定的区段；仅是在突起物间进行轻微胀缩或变形。

②下伸缩段X：是孔管4位于固定段G以下的部分。该段伸缩量相对较大。孔管4下端孔口到气流通道8巷道底板之间距离H的选择，必须大于下伸缩段X的最大伸缩量；最好是选择超过下伸缩段X的最大伸缩量0.5m以上。而在地下气化炉未点火前，气流通道8的巷道高度的确定，一般要使孔管4的下端孔口与气流通道9的巷道顶板冲齐或稍上下。

③上伸缩段S：是孔管4位于固定段G以上的部分。在基岩面5以上的表土层厚度＞30m、或者孔管上伸缩段S的最大伸缩量大于60mm、而且有流沙层和地下水影响钻孔工程时，孔管4在钻孔8内安装及处理方法是：在孔管4上段外面加接套管2；由套管2上端接地面管路1，使套管2下端深入到基岩面5以下1m～10m处；通常情况以套管2深入到基岩面5以下3±2m为优选，并将套管2的该区段与围岩之间注水泥沙浆7。套管2的下端与孔管4之间也要注水泥沙浆7，并在套管2中预留孔管上伸缩段S的最大伸缩量。

固定器6的形式可有多种选择，其中，有图2～8所列举的各例：各种钢板凸块、箍筋、箍带、肋条等。当然，其形式还可有许多选择。

图2、3所示的固定器是焊在孔管4外壁上的弧面矩形钢板9。例如：当孔管4直径为300～400mm时，焊接用的弧面矩形钢板10用普通钢板切割成长×宽×厚为150mm×100mm×10mm左右的板块后弯成；若弧面钢板10用内径与孔管4外径相同或相近、壁厚等于板厚的钢管切割而成，可起到时半功倍的效果。根据需要，在孔管4同一高度上可焊接一、两或多个固定器6；同一高度上的固定器6为一组，组与组之间有一定距离。最上一组与最下一组固定器6之间的区段，即固定段G。最上一组与最下一组固定器6之间的长度即固定段G长度。图2、3所示为一组焊四块弧面钢板10，组间距离为2m左右。

图4所示的固定器，是焊接在孔管4外壁上的平面矩形钢板11。

图5所示的固定器，是焊接在孔管4外壁上的弧面圆弧形钢板12。

图6所示的固定器，是焊接在孔管4外壁上的环状箍带13。对于上述管径的孔管，其箍带可用宽100mm左右、厚10mm左右钢板弯成。

图7所示的固定器，是焊接在孔管4外壁上的环状箍筋14。对于上述管径的孔管，其环状箍筋，直径10mm左右钢筋弯成。

图8所示的固定器，是轧制在带螺纹横肋孔管外壁上的螺纹横肋15；其外表类似于螺纹钢。

实施例2：

图9所示为当表土层厚度大、厚度＞30m、或者孔管上伸缩段S最大伸缩量＞60mm、无流沙层和地下水影响钻孔工程时孔管4在钻孔8内的安装情况。此时，孔管4在钻孔8内的安装方法与实施例1基本相同，所不同的是孔管4上端外面加接套管2的安装：套管2的下端要深入到地表3以下不少于1m处，并在套管2周围浇注混凝土基础、用地脚螺栓将焊在套管2上固定板固牢；套管2的内壁不与孔管4连接，并在套管2中预留出孔管上伸缩段S的最大伸长量。此时，套管2的下端不必深入到基岩。图中所示的套管2，是通过变径管与地面管道1相连接。根据需要，实施例1中的套管2同样也可用变径管。

实施例3：

图10所示为当表土层厚度不大、总厚度＜10m时、或者孔管上伸缩段S的最大伸缩量＜20mm时、孔管4在钻孔8内的安装情况。表土层可以含流沙层。此时，因孔管上伸缩段S很小，固定段G相对向上，孔管4与地面管路1可直接连接，而不加套管2。其余与实施例1相同。

当表土层厚度为10～30m时，或孔管上伸缩段S的最大伸缩量为20～60mm之间时，则可根据地面管路的复杂程度和孔管温度等因素，综合考虑，灵活掌握。对于地面管路复杂、孔管温度较高、对孔管上伸量要求严格时，可按表土层厚度大的情况处理，即按实施例1、2的方法处理；当地面管路简单、孔管温度较低、对孔管上伸量要求不严时，可按表土层厚度小、即实施例3的方法处理。

至于井下管道供风的地下气化炉，虽无进气孔管，但对于其排气孔管，本发明方法同样适用。

Claims

1.一种地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法，把地下气化炉的进、排气孔管(4)安装于进、排气钻孔(8)内，在孔管(4)与钻孔(8)的孔壁之间注水泥沙浆(7)，其特征在于：将所说的进、排气孔管(4)各分为三段：固定段(G)、下伸缩段(X)和上伸缩段(S)；

①固定段(G)：选择在基岩面(5)以下、或围岩较硬的区段内，并向上部靠近；其长度为孔管(4)全长的10％～50％；在固定段(G)的孔管(4)外壁上，设置若干个固定器(6)；固定器(6)，即高出孔管外壁的突起物，亦即使整个固定段(G)与钻孔(8)孔壁相对固定的突起物；

②下伸缩段(X)：孔管(4)位于固定段(G)以下的部分；伸缩量相对较大；孔管(4)下端孔口到气流通道(9)巷道底板之间距离(H)的选择，必须大于下伸缩段(X)的最大伸缩量；

③上伸缩段(S)：孔管(4)位于固定段(G)以上的部分；其处理方法如下：

a.当表土层厚度大、而且有流沙层和地下水影响钻孔工程时：要在孔管(4)上段外面加接套管(2)；由套管(2)上端接地面管路(1)，套管(2)下端深入到基岩面(3)以下1m～10m处，且注水泥沙浆(7)；套管(2)下端与孔管(4)之间也注水泥沙浆(7)，并在套管(2)中预留孔管上伸缩段(S)的最大伸缩量；

b.当表土层厚度大、无流沙层和地下水影响钻孔工程时：要在孔管(4)上端外面加接套管(2)；由套管(2)上端接地面管路(1)，套管(2)下端深入到地表(3)以下不少于1m处，将套管(2)采取固定措施、而不与孔管(4)连接，并在套管(2)中预留孔管上伸缩段(S)的最大伸缩量；

c.当表土层厚度不大时：孔管(4)上端可与地面管路(1)直接连接，不加套管(2)；

上述表土层厚度大，指＞30m，表土层厚度不大，指＜10m；当表土层厚度在10～30m时，则根据地面管路复杂程度和孔管温度定，地面管路复杂、孔管温度高，按a、b款处理；地面管路简单、孔管温度低，按c款处理；

或者，用上伸缩段(S)的最大伸缩量衡量表土层厚度：表土层厚度大，指最大伸缩量＞60mm；表土层厚度不大，指最大伸缩量＜20mm；表土层厚度在10～30m时，则相当于其最大伸缩量在20～60mm。

2.根据权利要求1所述的地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法，其特征在于：所说的固定段(G)的长度，为孔管(4)全长的30±10％。

3.根据权利要求1所述的地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法，其特征在于：所说的当表土层厚度大、而且有流沙层和地下水影响钻孔工程时，在孔管(4)上段外面加接的套管(2)，要求深入到基岩面(5)以下3±2m处。

4.根据权利要求1所述的地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法，其特征在于：所说的孔管(4)的下端孔口到气流通道(9)巷道底板之间距离(H)的选择，应大于下伸缩段(X)最大伸缩量至少0.5m。

5.根据权利要求1所述的地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法，其特征在于：所说的固定器(6)是焊接在孔管外壁上的弧面矩形钢板(10)，该弧面矩形钢板(10)是由内径与孔管(4)外径相同、壁厚等于板厚的钢管切割而成。

6.根据权利要求1所述的地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法，其特征在于：所说的固定器(6)是焊接在孔管外壁上的弧面圆弧形钢板(12)。

7.根据权利要求1所述的地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法，其特征在于：所说的固定器(6)是焊接在孔管外壁上的环状箍带(13)或环状箍筋(14)。

8.根据权利要求1所述的地下气化炉孔管热胀冷缩的补偿方法，其特征在于：所说的固定器(6)是轧制在带螺纹横肋孔管外壁上的螺纹横肋(15)。