本发明专利技术公开了一种用于煤炭地下气化点火和运行状态监测的装置及方法，该装置包括轴向对称设于连续管与注气管之间的环状空腔内的热流计和温度测量装置，热流计的导热部件和温度测量装置的测温探头均与连续管的燃烧头处于同一平面，可以实时获取地下气化点火区域的热流密度和温度数据，同时结合两者可以及时判断煤层着火状态，缩短点火时长，高效点火。该方法通过将热流密度和温度共同作为煤层燃烧状态的判据，可更高效、及时地得知煤层是否实现自维持燃烧，若点火成功可及时地停止注气；若点火失败，可及时后退注气点进行二次点火，节约点火成本。约点火成本。约点火成本。
【技术实现步骤摘要】
一种用于煤炭地下气化点火和运行状态监测的装置及方法
[0001]本专利技术属于煤炭地下气化
，具体涉及一种用于煤炭地下气化点火和运行状态监测的装置及方法。
技术介绍
[0002]煤炭地下气化技术可将处于原位的煤炭进行可控燃烧，通过对煤的热作用以及化学作用将煤炭转化为可燃气体，将传统意义上的物理采煤转化为化学采气，具有产气成本低、安全性高和环境效益好等优点。该技术在低品质（高硫、高灰）、急倾斜、薄煤层、深部煤层以及常规技术经济不可采等残滞留煤的开采利用方面具有广阔的应用前景。
[0003]煤炭地下气化技术首要条件就是解决煤层的点燃问题，点火作业的顺利实施是影响地下气化成功与否的关键。现有煤炭地下气化技术普遍采用测量煤层温度的方法来判断煤层是否实现自维持燃烧，从而判断地下气化是否成功。但在实际场景中，地下气化炉的温度测量存在诸多问题，例如测温装置的布置困难，而且温度测量存在误差，不能准确的表征煤层着火状态，有时甚至无法通过温度测量来判断煤层着火情况。
技术实现思路
[0004]解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供了一种用于煤炭地下气化点火和运行状态监测的装置及方法，能够实时监测地下气化状态，及时有效判断煤层燃烧状态。
[0005]技术方案：一种用于煤炭地下气化点火和运行状态监测的装置，包括轴向对称设于连续管与注气管之间的环状空腔内的热流计和温度测量装置；所述热流计包括外壳、前端导热件、后端导热件、第一热电偶、第二热电偶、热电偶信号线、热电偶保护管、隔板、冷却水进口管和冷却水出口管；所述外壳为筒状，与连续管轴向平行设置，其前端面与注气管的前端面平行；所述前端导热件与后端导热件前后并列设置，径向宽度均小于外壳的内径，且前端导热件的前端面贴合外壳的前端内壁；所述第一热电偶和第二热电偶分别设于后端导热件的前端和后端中轴处，并分别通过热电偶信号线与地面控制中心连接；所述热电偶保护管设于外壳的中轴线上，一端贴合第二热电偶，另一端连接地面控制中心，用于容纳热电偶信号线；所述隔板设有两块，相互平行地设于热电偶保护管的侧壁外，其前端与后端导热件的后端面相接，后端与外壳的后端内壁相接，两侧分别与外壳的内壁相接；所述冷却水进口管和冷却水出口管均贯穿外壳的后端，分别联通对应隔板与外壳内壁形成的空腔；所述温度测量装置包括测温探头和测温信号线，所述测温探头设于连续管的前端面上，所述测温信号线的两端分别连接测温探头和地面控制中心。
[0006]优选的，所述前端导热件和后端导热件之间设有金属垫片。
[0007]优选的，所述金属垫片采用导热系数λ>200W/(m℃)、布尔硬度HB<50的软金属。
[0008]优选的，所述后端导热件的前后端面上设有径向槽道，远离中轴线处设有轴向通孔，且径向槽道与轴向通孔相互贯通，所述径向槽道和轴向通孔用于容纳热电偶信号线。
[0009]优选的，所述连续管内设有主冷却水管和注气冷却水管，所述注气冷却水管环绕注气管外管壁设置，所述主冷却水管与注气冷却水管、冷却水进口管通过三通阀连接。
[0010]优选的，所述热流计的外壳与连续管的内壁通过支架连接。
[0011]优选的，所述热电偶保护管采用PVC管。
[0012]优选的，所述连续管的管径为72~84mm。
[0013]一种用于煤炭地下气化点火和运行状态监测的方法，包括步骤如下：步骤一：在注气管内开始通气时，打开温度测量装置和热流计，收集点火处的温度和热流密度数据并传输至地面控制中心；步骤二：维持注气并启动点火，当温度和热流密度数据波动稳定后，将数据传输至地面控制中心，取其平均值计作T1和Q1；步骤三：持续监测点火处的温度和热流密度，当温升达到T1的20%~50%时，认定满足温度判据；当热流密度增量达到Q1的20%~50%时，认定满足热流判据；且当温度判据和热流判据满足其一时，视为煤层点火成功。
[0014]优选的，所述温度判据和热流密度判据随水文地质条件、煤种和水平钻井倾斜角而变化。
[0015]有益效果：本专利技术中热流计的导热部件和温度测量装置的测温探头均与连续管的燃烧头处于同一平面，可以实时获取地下气化点火区域的热流密度和温度数据，同时结合两者可以及时判断煤层着火状态，缩短点火时长，高效点火。
[0016]本专利技术将热流计与温度测量装置集成在连续管上，缩减了设备体积，简化了操作流程，可以实现对地下气化点火与运行状态的实时监测。该方法通过将热流密度和温度共同作为煤层燃烧状态的判据，可更高效、及时地得知煤层是否实现自维持燃烧，若点火成功可及时地停止注气；若点火失败，可及时后退注气点进行二次点火，节约点火成本。
附图说明
[0017]图1是地下气化点火和运行状态监测装置在水平井的工作示意图；图2是热流计的结构示意图；图中各数字标号代表如下：1.连续管；2.注气管；3.热流计；4.测温探头；5.测温信号线；6.主冷却水管；7.注气冷却水管；8.三通阀；3
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1.外壳；3
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2.前端导热件；3
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3.后端导热件；3
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4.第一热电偶；3
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5.第二热电偶；3
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6.热电偶信号线；3
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7.热电偶保护管；3
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8.隔板；3
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9.冷却水进口管；3
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10.冷却水出口管；3
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11.金属垫片；3
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12.支架；3
‑3‑
1.径向槽道；3
‑3‑
2.轴向通孔。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。
[0019]本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“前端”、“后端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本专利技术的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本专利技术的保护范围。
[0020]尽管本专利技术的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本专利技术的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本专利技术的多种修改和替代都将是显而易见的。在本专利技术的技术构思范围内，可以对本专利技术的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本专利技术的保护范围。
[0021]实施例1如图1所示，一种用于煤炭地下气化点火和运行状态监测的装置，包括轴向对称设于连续管1与注气管2之间的环状空腔内的热流计3和温度测量装置。所述连续管1的管径为72~84mm，本实施例中采用84mm，管内设置注气管2和位于连续管1前端中心处的点火装置，用于地下气化点火一体化。
[0022]所述温度测量装置包括测温探头4和测温信号线5，所述测温探头4设于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于煤炭地下气化点火和运行状态监测的装置，其特征在于，包括轴向对称设于连续管（1）与注气管（2）之间的环状空腔内的热流计（3）和温度测量装置；所述热流计（3）包括外壳（3
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1）、前端导热件（3
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2）、后端导热件（3
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3）、第一热电偶（3
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4）、第二热电偶（3
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5）、热电偶信号线（3
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6）、热电偶保护管（3
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7）、隔板（3
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8）、冷却水进口管（3
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9）和冷却水出口管（3
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10）；所述外壳（3
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1）为筒状，与连续管（1）轴向平行设置，其前端面与注气管（2）的前端面平行；所述前端导热件（3
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2）与后端导热件（3
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3）前后并列设置，径向宽度均小于外壳（3
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1）的内径，且前端导热件（3
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2）的前端面贴合外壳（3
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1）的前端内壁；所述第一热电偶（3
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4）和第二热电偶（3
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5）分别设于后端导热件（3
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3）的前端和后端中轴处，并分别通过热电偶信号线（3
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6）与地面控制中心连接；所述热电偶保护管（3
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7）设于外壳（3
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1）的中轴线上，一端贴合第二热电偶（3
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5），另一端连接地面控制中心，用于容纳热电偶信号线（3
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6）；所述隔板（3
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8）设有两块，相互平行地设于热电偶保护管（3
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7）的侧壁外，其前端与后端导热件（3
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3）的后端面相接，后端与外壳（3
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1）的后端内壁相接，两侧分别与外壳（3
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1）的内壁相接；所述冷却水进口管（3
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9）和冷却水出口管（3
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10）均贯穿外壳（3
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1）的后端，分别联通对应隔板（3
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8）与外壳（3
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1）内壁形成的空腔；所述温度测量装置包括测温探头（4）和测温信号线（5），所述测温探头（4）设于连续管（1）的前端面上，所述测温信号线（5）的两端分别连接测温探头（4）和地面控制中心。2.根据权利要求1所述的一种用于煤炭地下气化点火和运行状态监测...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯乐乐，刘杰，庞家葆，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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