本发明专利技术公开了一种地面垂直钻井单井流态化采矿系统，包括水力开采及提升部分，水力开采及提升部分包括双壁高压输运管、水力破煤喷嘴和增压射流输运装置；双壁高压输运管是双层套管结构、包括输煤内管和高压输水外管，高压输水外管包括封堵底板，水力破煤喷嘴固定安装在高压输水外管的底部，水力破煤喷嘴的下方设有煤水混合物吸入口；增压射流输运装置固定安装在输煤内管的底端，增压射流输运装置自下而上包括同轴设置的射流喷嘴、喉管段和扩散管段，与煤水混合物吸入口密闭连通的返渣通道与喉管段连通。本发明专利技术通过双壁高压输运管进行水力开采的同时稳定提升煤水混合物，可实现降低煤炭开采成本，特别适用于对松软煤层进行开采。采。采。
【技术实现步骤摘要】
一种地面垂直钻井单井流态化采矿系统
[0001]本专利技术涉及一种采矿系统，具体是一种适用于对松软煤层进行开采的地面垂直钻井单井流态化采矿系统，属于矿山开采
技术介绍
[0002]在我国的能源体系中，煤炭资源占已探明化石能源资源总量的97％左右，煤炭资源仍是能源安全稳定供应的主要能源。目前除了少量的露天采煤外，中国超过90％的煤矿均采用井工开采的方式，即通过在井下布置采煤巷道进行采煤、并通过运输系统将煤运输到地面，其中最常用的方式是长壁后退式工作面采煤法。这种传统的井工开采方式一方面需要在井下施工大量的采煤巷道以及配套生产的硐室，岩土工程量巨大、煤炭开采成本高；另一方面，虽然目前已实现机械化采煤，但井下设备安装、设备操作等作业环节仍需大量的作业人员，一旦发生煤与瓦斯突出事故，将造成大量人员伤亡，因此井工开采的安全性不高。
[0003]物理流态化采煤是指利用水力来完成矿井生产的采煤、运输、提升等生产环节的全部或部分工作的开采技术，物理流态化采煤方式可极大减少井下的巷道和井下作业人员的配置，煤炭开采成本低、采煤安全性高，物理流态化采煤通常在不稳定煤层、急倾斜煤层、复采煤层以及煤层赋存不规则的区域或块段中应用，只要煤层条件合适，就能充分发挥它的优势。
[0004]针对钻井物理流态化采煤技术，申请号为02129521.2的中国专利技术专利公开了一种无人下井钻孔水力采煤方法，其公开了在竖井中安装包括高压水通道、压缩空气通道、返渣筒的开采管柱和包括射流喷嘴、混合室及刮刀钻头的开采设备，利用开采管柱上下移动及转动、开采和破碎周围的煤体；在混合室注入压缩空气、产生气举，水、煤在吸渣口充分混合后的煤水混合物经返渣筒提升至地表。这种传统的利用竖井物理流态化采煤、并通过竖井原位提升水力切割下的煤岩混合物的方式，一方面，如该专利技术公开的开采管柱由直径大小不同的四层同心管子组成，高压水通道和压缩空气通道大大压缩了返渣筒的空间、且需保证密封效果，不仅存在开采装备及工艺复杂的问题，而且势必造成采煤竖井的钻孔直径尺寸较大、打设成本较高；另一方面，物理流态化采煤过程中无法同时对返渣筒进行提升，从而导致开采效率较低；再一方面，由于气体的可压缩性较强，且煤层及岩层中的裂隙数量和走向无法具体确定、无法保证绝对的密闭效果，因此采用这种传统的气举提升煤水混合物的方式存在不稳定性，即水力切割下的煤岩混合物经返渣筒顶端的排渣口排出时，通常出现停滞或井喷等波动的不连续现象。
技术实现思路
[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种地面垂直钻井单井流态化采矿系统，能够在实现水力开采的同时稳定提升煤水混合物的前提下实现降低煤炭开采成本，特别适用于对松软煤层进行开采。
[0006]为实现上述目的，本地面垂直钻井单井流态化采矿系统包括水力开采及提升部分，水力开采及提升部分包括双壁高压输运管、水力破煤喷嘴和增压射流输运装置；
[0007]双壁高压输运管的顶部夹持安装在输运管旋转装置上、并通过输运管旋转装置架设安装在采煤竖井的井口位置，双壁高压输运管或输运管旋转装置上还设有输运管升降控制装置，双壁高压输运管是双层套管结构、包括输煤内管和高压输水外管，高压输水外管包括与其底端密闭固定连接的封堵底板，高压输水外管顶部的压力水输入端通过滑环结构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，喷射方向沿高压输水外管径向方向设置的水力破煤喷嘴固定安装在高压输水外管的底部、且水力破煤喷嘴与高压输水外管的内腔连通，水力破煤喷嘴的下方还设有贯穿高压输水外管外壁的煤水混合物吸入口，输煤内管顶端的返渣输出端通过滑环结构与返渣管的输入端密封安装连接，返渣管的输出端与固液分离装置连接；
[0008]增压射流输运装置固定安装在输煤内管的底端，增压射流输运装置的底端与高压输水外管的封堵底板之间形成反流空间，增压射流输运装置自下而上包括同轴设置的射流喷嘴和文丘里管段，文丘里管段自下而上包括喉管段和上大下小的扩散管段，射流喷嘴的底端与反流空间连通、射流喷嘴的顶端与喉管段的底端密闭连通，扩散管段的顶端与输煤内管的内腔底端密闭对接连接，增压射流输运装置上还设有与喉管段连通的返渣通道，返渣通道与煤水混合物吸入口密闭连通、且返渣通道的中轴线与射流喷嘴的中轴线之间的夹角是锐角。
[0009]作为本专利技术的进一步改进方案，地面垂直钻井单井流态化采矿系统还包括辅助提升装置，辅助提升装置包括气举喷头和气举喷头支撑管，气举喷头支撑管同轴设置在输煤内管内，气举喷头支撑管的顶端通过压力气体供给管路与压力气源连接，与气举喷头支撑管连通的气举喷头安装在气举喷头支撑管的底端，气举喷头内部设有多个与气举喷头支撑管连通的气流通道。
[0010]作为本专利技术的进一步改进方案，气流通道的中轴线与气举喷头支撑管的中轴线之间的夹角为锐角、且气流通道设置成沿气举喷头周向方向螺旋向上喷射的螺旋形通道。
[0011]作为本专利技术的进一步改进方案，气举喷头回转配合安装在气举喷头支撑管的底端、且气举喷头的顶部设有沿周向伸出设置的搅拌叶片；或者气举喷头支撑管下部同轴设有回转配合安装的回转段、且回转段上设有沿周向伸出设置的搅拌叶片，气举喷头固定安装在回转段的底端。
[0012]作为本专利技术的进一步改进方案，搅拌叶片设置成沿气举喷头或气举喷头支撑管的周向方向螺旋向上均布间隔布置的螺旋布置结构。
[0013]作为本专利技术的进一步改进方案，气举喷头设置成上大下小的锥形结构；气举喷头支撑管顶端设有气举喷头支撑管升降控制装置，搅拌叶片的底端铰接安装在气举喷头或气举喷头支撑管上、且搅拌叶片完全伸出状态时搅拌叶片的伸出方向与气举喷头支撑管的中轴线之间的夹角呈锐角。
[0014]作为本专利技术的进一步改进方案，高压输水外管的底端还设有辅助破煤装置，辅助破煤装置至少包括安装在高压输水外管的封堵底板下方的研磨头以及设置在高压输水外管的封堵底板上的喷射方向向下方设置的搅流喷嘴，搅流喷嘴通过搅流通道与反流空间连通。
[0015]作为本专利技术的进一步改进方案，水力破煤喷嘴下方的高压输水外管的外壁上设有沿周向和/或轴向方向上凸出设置的多组研磨齿。
[0016]作为本专利技术的进一步改进方案，射流喷嘴和水力破煤喷嘴均是包括矢量喷口控制机构的矢量喷口结构。
[0017]作为本专利技术的进一步改进方案，水力破煤喷嘴下方的高压输水外管外壁上设有液位监测传感器；高压输水外管的底端设有电控装置，电控装置包括控制器、电源回路、液位反馈控制回路、矢量喷口控制回路和无线收发模块，电源回路包括电连接的电池组和涡轮发电模块，涡轮发电模块的水涡轮设置在搅流通道内，控制器分别与电池组、液位监测传感器、矢量喷口控制机构和无线收发控制模块电连接。
[0018]与现有技术相比，本地面垂直钻井单井流态化采矿系统由于通过双壁高压输运管进行水力开采的同时提升煤水混合物，只需控制进入高压输水外管的压力水保持持续高压，即可使一部分高压水经水力破煤喷嘴喷出形成高压水射流、对待采煤层在圆周范围内进行水力切本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地面垂直钻井单井流态化采矿系统，包括水力开采及提升部分，其特征在于，水力开采及提升部分包括双壁高压输运管(2)、水力破煤喷嘴(3)和增压射流输运装置(5)；双壁高压输运管(2)的顶部夹持安装在输运管旋转装置上、并通过输运管旋转装置架设安装在采煤竖井(1)的井口位置，双壁高压输运管(2)或输运管旋转装置上还设有输运管升降控制装置，双壁高压输运管(2)是双层套管结构、包括输煤内管(22)和高压输水外管(21)，高压输水外管(21)包括与其底端密闭固定连接的封堵底板，高压输水外管(21)顶部的压力水输入端通过滑环结构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，喷射方向沿高压输水外管(21)径向方向设置的水力破煤喷嘴(3)固定安装在高压输水外管(21)的底部、且水力破煤喷嘴(3)与高压输水外管(21)的内腔连通，水力破煤喷嘴(3)的下方还设有贯穿高压输水外管(21)外壁的煤水混合物吸入口(4)，输煤内管(22)顶端的返渣输出端通过滑环结构与返渣管的输入端密封安装连接，返渣管的输出端与固液分离装置连接；增压射流输运装置(5)固定安装在输煤内管(22)的底端，增压射流输运装置(5)的底端与高压输水外管(21)的封堵底板之间形成反流空间，增压射流输运装置(5)自下而上包括同轴设置的射流喷嘴(51)和文丘里管段，文丘里管段自下而上包括喉管段(52)和上大下小的扩散管段(53)，射流喷嘴(51)的底端与反流空间连通、射流喷嘴(51)的顶端与喉管段(52)的底端密闭连通，扩散管段(53)的顶端与输煤内管(22)的内腔底端密闭对接连接，增压射流输运装置(5)上还设有与喉管段(52)连通的返渣通道，返渣通道与煤水混合物吸入口(4)密闭连通、且返渣通道的中轴线与射流喷嘴(51)的中轴线之间的夹角是锐角。2.根据权利要求1所述的地面垂直钻井单井流态化采矿系统，其特征在于，地面垂直钻井单井流态化采矿系统还包括辅助提升装置(6)，辅助提升装置(6)包括气举喷头(61)和气举喷头支撑管(62)，气举喷头支撑管(62)同轴设置在输煤内管(22)内，气举喷头支撑管(62)的顶端通过压力气体供给管路与压力气源连接，与气举喷头支撑管(62)连通的气举喷头(61)安装在气举喷头支撑管(62)的底端，气举喷头(61)内部设有多个与气举喷头支撑管(62)连通的气流通道。3.根据权利要求2所述的地面垂直钻井单井流态化采矿系统，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王凤超，蒋名军，刘应科，付乾通，问小江，袁满，叶国庆，刘志兵，
申请(专利权)人：徐州泓和矿山科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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