用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人制造技术

用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人，包括地面卷线车、发电机、地面控制中心和若干组中空式管道机器人组，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；本发明专利技术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，本发明专利技术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。

Pipeline robot for coal seam heating and coal powder cleaning

【技术实现步骤摘要】
用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人
本专利技术属于煤层气开采
，具体涉及用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人。
技术介绍
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。在煤层气开采及煤层气增产改造中，水力压裂是目前最常用也是最有效的技术手段。压裂支撑剂和压裂液体系流过煤层表面与煤的摩擦作用都会产生煤粉，而煤粉会堵塞煤层天然裂缝系统和支撑剂充填层孔隙，影响煤层气解吸运移，造成煤层渗透率的永久伤害，严重影响煤层气井的产气。煤粉的混入还会使液体粘度增加，或堵塞在裂缝尖端，造成施工压力升高。同时，煤粉粒进入井筒后，形成粘稠胶状物进入泵内，易造成卡泵现象。煤粉返排不当会造成气井产气量低于预期或不产气，给气田造成巨大的经济损失。目前清除煤粉的措施主要由三种，分别是预防性强抽、碰泵、注水洗井。预防性强抽是一种定期加快抽油机冲次的预防措施。碰泵是将泵和管内粘着的煤粉给震荡下来，通过强抽将这些煤粉抽汲出来。注水洗井的方法主要由气流法、射水法、抽水与反冲洗法等。上述措施均需要定期关闭采气功能才能进行煤粉清除的工作，影响采气的进程和效率，上述措施只能在井外施工，耗能巨大且无法了解井内的详细情况。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人使用该系统可以提高煤层气产气效率，以及可以对井壁煤粉进行清除。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人，包括地面卷线车、发电机、地面控制中心和若干组中空式管道机器人组，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，若干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通过电磁对接装置连接；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。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。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，第四私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穿口向前穿出；复合式螺旋电阻丝的活动端经电阻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。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人，其特征在于：包括地面卷线车、发电机、地面控制中心和若干组中空式管道机器人组，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，若干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通过电磁对接装置连接；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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人，其特征在于：包括地面卷线车、发电机、地面控制中心和若干组中空式管道机器人组，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，若干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通过电磁对接装置连接；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；
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。


2.根据权利要求1所述的用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人，其特征在于：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，第四私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。


3.根据权利要求2所述的用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人，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。


4.根据权利要求2所述的用于煤层加热及煤粉清除的管道机器人，其特征在于：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟艳军，闫涛滔，刘彦飞，张艺宣，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14