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专利号: 2021108804858
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种直井周向扫略流态化采煤系统,其特征在于,包括煤层定向钻孔部分和流态化采煤部分;

所述的煤层定向钻孔部分包括煤层定向钻孔(1),自地面打设的煤层定向钻孔(1)造斜穿入煤层(6)、并沿煤层(6)走向直线延伸;

所述的流态化采煤部分包括采煤竖井(2)、高压输运管(3)、输运管回转装置、输运管弯折装置(4)和自进式牵引喷头(5);

对应煤层定向钻孔(1)的走向自地面竖直打入的采煤竖井(2)贯穿煤层(6)设置、且采煤竖井(2)与煤层定向钻孔(1)贯通设置,采煤竖井(2)的底端向下延伸与位于煤层(6)下方的运煤巷道(8)贯通设置;

穿入设置在采煤竖井(2)内的高压输运管(3)包括上下密闭安装连接的刚性管结构的回转支撑段(31)和柔性管结构的水力切割段(32),回转支撑段(31)的顶部夹持安装在输运管回转装置上、并通过输运管回转装置架设安装在采煤竖井(2)的井口位置,回转支撑段(31)或输运管回转装置上还设有输运管升降控制机构,水力切割段(32)包括同轴设置的内管(321)和外管(322),内管(321)和外管(322)之间沿高压输运管(3)的轴向方向均布间隔设有多个密封定位支撑环(323),密封定位支撑环(323)内沿其径向方向设有多个高压水通道(324)、且多个高压水通道(324)沿密封定位支撑环(323)的周向方向均布设置,高压水通道(324)贯穿内管(321)的管壁和外管(322)的管壁、且高压水通道(324)内设有通过电控阀(326)控制启闭的水射流喷嘴(325),相邻两个密封定位支撑环(323)之间形成密闭的变液容纳空间,每个变液容纳空间内密闭注满电流变液或磁流变液,内管(321)的外表面上、或外管(322)的内表面上、或密封定位支撑环(323)的端面上对应每个变液容纳空间的位置均设有电极组件或电磁线圈组件(327),内管(321)的内腔与回转支撑段(31)的内腔连通连接,回转支撑段(31)的内腔与高压注水管的输出端密封安装连接,高压注水管的输入端通过高压注水泵与储水罐密闭连通连接;

输运管弯折装置(4)套接在高压输运管(3)的水力切割段(32)上,输运管弯折装置(4)包括支撑架(41)、定位夹持辊(42)、弯折夹持辊(43)、弯折驱动部件(44)和定位回转机构(45);定位夹持辊(42)和弯折夹持辊(43)的辊轴平行设置、且定位夹持辊(42)和弯折夹持辊(43)的辊轮面上均设有与高压输运管(3)的外径尺寸配合的凹环结构,定位夹持辊(42)相对于高压输运管(3)左右对称设置为两件、且两件定位夹持辊(42)滚动配合定位安装在支撑架(41)上,两件定位夹持辊(42)的凹环结构之间形成可允许高压输运管(3)穿过的定位夹持空间,弯折夹持辊(43)滚动配合安装在支撑架(41)上、且弯折夹持辊(43)对应位于定位夹持辊(42)的正下方,设置在定位夹持辊(42)的辊轴与弯折夹持辊(43)的辊轴之间的、或者设置在弯折夹持辊(43)的辊轴与支撑架(41)之间的摆动弯折驱动部件(44)用于控制弯折夹持辊(43)的辊轴相对于定位夹持辊(42)的辊轴转位摆动;整体呈轴套结构的定位回转机构(45)设置在支撑架(41)上方,定位回转机构(45)包括通过回转支承连接的上定位部(451)和下回转部(452),上定位部(451)上设有径向伸缩定位结构,下回转部452与支撑架(41)固定安装连接,定位回转机构(45)的上定位部(451)用于将输运管弯折装置(4)整体定位在采煤竖井(2)内;

自进式牵引喷头(5)同轴固定安装在高压输运管(3)的底端,自进式牵引喷头(5)上设有多个向自进式牵引喷头(5)钻进方向的斜后方喷射的喷口、且喷口与内管(321)连通连接,自进式牵引喷头(5)上还设有用于探测煤层定向钻孔(1)方位的位置传感器。

2.根据权利要求1所述的直井周向扫略流态化采煤系统,其特征在于,弯折夹持辊(43)相对于高压输运管(3)左右对称设置为两件,两件弯折夹持辊(43)的凹环结构之间形成可允许高压输运管(3)穿过的定位夹持空间。

3.根据权利要求2所述的直井周向扫略流态化采煤系统,其特征在于,支撑架(41)包括上下铰接连接的上支撑架(411)和下支撑架(412),相对于高压输运管(3)左右对称设置为两件的定位夹持辊(42)设置在上支撑架(411)上、相对于高压输运管(3)左右对称设置为两件的弯折夹持辊(43)对应设置在下支撑架(412)上,摆动弯折驱动部件(44)设置在定位夹持辊(42)的辊轴与弯折夹持辊(43)的辊轴之间、或者摆动弯折驱动部件(44)设置在定位夹持辊(42)的辊轴与下支撑架(412)之间、或者摆动弯折驱动部件(44)设置在弯折夹持辊(43)的辊轴与上支撑架(411)之间、或者摆动弯折驱动部件(44)设置在上支撑架(411)和下支撑架(412)之间。

4.根据权利要求3所述的直井周向扫略流态化采煤系统,其特征在于,输运管弯折装置(4)包括上下依次铰接连接的多组支撑架(41),每组支撑架(41)的下支撑架(412)与下方相邻的支撑架(41)的上支撑架(411)之间也设置弯折驱动部件(44),定位回转机构(45)的下回转部(452)与位于最上层的支撑架(41)的上支撑架(411)固定安装连接。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的直井周向扫略流态化采煤系统,其特征在于,直井周向扫略流态化采煤系统还包括瓦斯抽采部分,瓦斯抽采部分包括设置在采煤竖井(2)井口位置的瓦斯抽采泵,采煤竖井(2)的顶部设有与其贯通连接的瓦斯抽采斜孔、且瓦斯抽采斜孔的顶端通过管路与瓦斯抽采泵密闭安装连接;或者瓦斯抽采部分包括设置在煤层定向钻孔(1)孔口位置的瓦斯抽采泵,煤层定向钻孔(1)的孔口通过管路与瓦斯抽采泵密闭安装连接。

6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的直井周向扫略流态化采煤系统,其特征在于,直井周向扫略流态化采煤系统还包括采空区充填部分,采空区充填部分包括设置在地面的浆液搅拌站、胶囊注液或注气泵、注浆泵和安装在高压输运管(3)的回转支撑段(31)上的胶囊注液或注气管以及安装在定位回转机构(45)顶部的封堵胶囊(7),封堵胶囊(7)包括刚性内衬管(71)和套接固定设置在刚性内衬管(71)上的环状密封袋(72),封堵胶囊(7)整体通过刚性内衬管(71)滑动配合套接设置在高压输运管(3)的回转支撑段(31)上、且刚性内衬管(71)与定位回转机构(45)的上定位部(451)固定安装连接,环状密封袋(72)与胶囊注液或注气管的底端连通连接、且环状密封袋(72)上设有胶囊复位结构,胶囊注液或注气管的顶端与胶囊注液或注气泵的输出端密封安装连接,注浆泵的输入端与浆液搅拌站的输出端连通连接,注浆泵的输出端与煤层定向钻孔(1)的孔口密封安装连接、或者注浆泵的输出端与伸入至煤层定向钻孔(1)内部的注浆管密封安装连接。

7.根据权利要求1至4任一权利要求所述的直井周向扫略流态化采煤系统,其特征在于,输运管弯折装置(4)的上端和下端分别设有位置传感器或位置探测器,水力切割段(32)上对应密封定位支撑环(323)的位置设有位置探测器或位置传感器。

8.根据权利要求1至4任一权利要求所述的直井周向扫略流态化采煤系统,其特征在于,运煤巷道(8)内还设有回转搅拌装置,回转搅拌装置包括可穿入采煤竖井(2)内的回转搅拌轴,回转搅拌轴上设有凸出设置的、包括截割齿的破碎结构,回转搅拌轴与搅拌轴回转驱动部件传动连接。

9.根据权利要求1至4任一权利要求所述的直井周向扫略流态化采煤系统,其特征在于,穿入煤层(6)的煤层定向钻孔(1)靠近煤层(6)底板设置。

10.根据权利要求1至4任一权利要求所述的直井周向扫略流态化采煤系统,其特征在于,自进式牵引喷头(5)的外径尺寸不大于高压输运管(3)的外径尺寸。