1.一种流态化采煤大范围破煤装置,其特征在于,包括的支撑立柱(2)、喷射距离控制伸缩缸(3)和喷头组件(4);
所述的支撑立柱(2)同轴固定安装在高压输运管(1)底部,支撑立柱(2)上固定设有伸缩缸安装座(21),所述的喷射距离控制伸缩缸(3)的缸体底端铰接安装在伸缩缸安装座(21)上,喷射距离控制伸缩缸(3)与支撑立柱(2)之间还设有缸体摆动控制机构,缸体摆动控制机构包括缸体摆动控制部件,通过控制缸体摆动控制部件的动作可以实现喷射距离控制伸缩缸(3)绕其缸体底端铰接中心沿上下方向在0~90°范围内上下摆动;
所述的喷头组件(4)包括喷头(41)和输水高压软管(42);喷射方向沿支撑立柱(2)的径向方向设置的喷头(41)通过喷头摆动机构安装在喷射距离控制伸缩缸(3)的伸缩端上、且喷头(41)的摆动回转中轴线平行于喷射距离控制伸缩缸(3)缸体底端的摆动回转中轴线,喷头摆动机构包括喷头摆动驱动部件,通过控制喷头摆动驱动部件的动作可以实现喷头(41)沿上下方向在0~90°范围内上下摆动;与喷射距离控制伸缩缸(3)的伸出行程配合的输水高压软管(42)的顶端与高压输运管(1)密闭连通连接、底端与喷头(41)密闭连通连接。
2.根据权利要求1所述的流态化采煤大范围破煤装置,其特征在于,伸缩缸安装座(21)同轴固定设置在支撑立柱(2)上,喷射距离控制伸缩缸(3)设置为多件、且多件喷射距离控制伸缩缸(3)相对于伸缩缸安装座(21)中心对称设置。
3.根据权利要求1或2所述的流态化采煤大范围破煤装置,其特征在于,喷头(41)的喷头摆动机构是设置在喷头(41)与喷射距离控制伸缩缸(3)的伸缩端之间的齿轮传动结构。
4.根据权利要求1或2所述的流态化采煤大范围破煤装置,其特征在于,缸体摆动控制机构是连杆(23),缸体摆动控制部件是伸缩方向沿支撑立柱(2)的轴向方向设置的摆动控制伸缩缸(24),摆动控制伸缩缸(24)的缸体端固定安装在支撑立柱(2)上、伸缩端与连杆(23)的一端铰接连接,连杆(23)的另一端铰接连接在喷射距离控制伸缩缸(3)的缸体上,通过控制摆动控制伸缩缸(24)的伸缩可以使连杆(23)带动喷射距离控制伸缩缸(3)在0~90°范围内上下摆动。
5.根据权利要求4所述的流态化采煤大范围破煤装置,其特征在于,在喷射距离控制伸缩缸(3)处于中轴线与支撑立柱(2)的中轴线平行的竖直状态时,连杆(23)与支撑立柱(2)之间的夹角呈锐角。
6.根据权利要求4所述的流态化采煤大范围破煤装置,其特征在于,支撑立柱(2)是中空结构;缸体摆动控制机构还包括连接盘(22),与支撑立柱(2)同轴设置的连接盘(22)套接安装在支撑立柱(2)上、且连接盘(22)通过沿支撑立柱(2)轴向方向设置的滑移导向结构与支撑立柱(2)滑移配合连接,连杆(23)一端铰接连接在连接盘(22)上、另一端铰接连接在喷射距离控制伸缩缸(3)的缸体上,摆动控制伸缩缸(24)设置在支撑立柱(2)内部、且摆动控制伸缩缸(24)的伸缩端通过连接盘(22)与连杆(23)连接。
7.根据权利要求1或2所述的流态化采煤大范围破煤装置,其特征在于,喷射距离控制伸缩缸(3)是液压缸结构、且喷射距离控制伸缩缸(3)是多节缸结构,喷射距离控制伸缩缸(3)通过液压管路与液压泵站连接。
8.一种流态化采煤大范围破煤装置的使用方法,其特征在于,具体包括以下步骤:a.开采准备:开拓采煤钻井,并在采煤钻井井口附近布置储水罐和高压注水泵、在采煤钻井井口位置安装输运管旋转装置;
b.装置安装:根据煤层的埋深确定高压输运管(1)的长度后,将流态化采煤大范围破煤装置安装在高压输运管(1)的底端,并控制缸体摆动控制部件动作使喷射距离控制伸缩缸(3)处于中轴线与支撑立柱(2)的中轴线平行的状态、控制喷头摆动驱动部件动作使喷头(41)处于喷射方向沿喷射距离控制伸缩缸(3)的径向方向、控制喷射距离控制伸缩缸(3)处于完全缩入状态,然后向采煤钻井中下入高压输运管(1)、并使流态化采煤大范围破煤装置位于煤层的埋深范围内,然后将高压输运管(1)与输运管旋转装置和输运管升降控制机构安装连接,最后将高压注水泵的输出端与高压输运管(1)的顶端密闭连通连接;
c.开采控制:操作人员控制输运管升降控制机构使流态化采煤大范围破煤装置下降至煤层的埋深范围下限位置后,依次启动高压水泵和输运管旋转装置,储水罐中的水经高压水泵增压后以高压力、大流量的状态通过高压输运管(1)和输水高压软管(42)输送至喷头(41)、并经喷头(41)喷射形成高压水射流的同时,输运管旋转装置带动高压输运管(1)沿其轴心慢速旋转使高压水射流在圆周范围内破碎煤层,然后操作人员控制输运管升降控制机构使高压输运管(1)一边慢速旋转、一边按设定的速度匀速上升至煤层的埋深范围上限位置,完成初步开采过程;然后操作人员控制输运管升降控制机构使本流态化采煤大范围破煤装置下降复位至煤层的埋深范围下限位置的过程中,操作人员控制缸体摆动控制部件动作使喷射距离控制伸缩缸(3)绕其缸体底端铰接中心摆动展开至沿支撑立柱(2)径向方向的水平状态、同时操作人员控制喷头摆动驱动部件动作使喷头(41)的喷射方向呈沿支撑立柱(2)径向方向的水平状态,待本流态化采煤大范围破煤装置下降复位至煤层的埋深范围下限位置后,通过控制喷射距离控制伸缩缸(3)伸出增加喷头(41)的有效喷射距离、继续进行水力开采。
9.根据权利要求8所述的流态化采煤大范围破煤装置的使用方法,步骤c继续进行水力开采的方式采用一边旋转提升、一边水力开采的方式:操作人员控制输运管升降控制机构使高压输运管(1)一边慢速旋转、一边按设定的速度匀速上升至煤层的埋深范围上限位置,完成一次开采过程;操作人员控制输运管升降控制机构使本流态化采煤大范围破煤装置下降复位至煤层的埋深范围下限位置后,控制喷射距离控制伸缩缸(3)伸出至设定距离,然后操作人员控制输运管升降控制机构使高压输运管(1)一边慢速旋转、一边按设定的速度匀速上升至煤层的埋深范围上限位置、完成二次开采过程;依次类推,控制输运管升降控制机构使喷头(41)上下往复移动,直至喷射距离控制伸缩缸(3)完全伸出、并将开采范围内的煤层开采完毕。
10.根据权利要求8所述的流态化采煤大范围破煤装置的使用方法,其特征在于,步骤c继续进行水力开采的方式采用旋转水力切割、沿待开采煤层自下而上逐层开采的方式:操作人员启动输运管旋转装置,输运管旋转装置带动高压输运管(1)沿其轴心慢速旋转使高压水射流在圆周范围内破碎煤层的同时,操作人员控制喷射距离控制伸缩缸(3)慢速伸出,直至喷射距离控制伸缩缸(3)完全伸出后、完成煤层范围底层煤的全部开采;操作人员控制喷射距离控制伸缩缸(3)缩入复位后、控制输运管升降控制机构使高压输运管(1)提升至设定高度,对煤层底层煤上方的第二层煤进行旋转水力开采;依次类推,进行逐层开采,直至将开采范围内的煤层开采完毕。