[發明專利]一種地面定向鉆井流態化水力采煤系統

有效

• 申請號: 202110758111.9
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113338802B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 周福寶;王鳳超;蔣名軍;王青祥;劉應科;郭成龍;魏明堯;葉國慶;陳帥宇
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/18;E21C25/60;E21F7/00;E21F17/00
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 楊曉亭

本發明公開了一種地面定向鉆井流態化水力采煤系統，包括定向鉆井水力采煤部分和定向鉆井煤巖混合物輸送部分；定向鉆井水力采煤部分包括鉆采定向鉆機、定向采煤鉆井、采煤定向鉆桿和鉆采一體化裝置；定向鉆井煤巖混合物輸送部分包括鉆吸定向鉆機、定向吸煤鉆井、吸煤定向鉆桿和鉆吸一體化裝置。本發明以定向鉆技術為基礎，自地面分別利用鉆采一體化裝置和鉆吸一體化裝置打設定向采煤鉆井和定向吸煤鉆井，通過鉆采一體化裝置進行水力切割，煤層鉆井段底端位置經水力切割與煤層貫通鉆井段貫通后，通過鉆吸一體化裝置將煤巖混合物泵壓上井，能夠在實現無作業人員井下作業的前提下降低煤炭開采成本，特別適用于對傾斜走向的松軟煤層進行煤礦開采。

技術領域

本發明涉及一種水力采煤系統，具體是一種地面定向鉆井流態化水力采煤系統，屬于煤礦開采技術領域。

背景技術

在我國的能源體系中，煤炭資源占已探明化石能源資源總量的97％左右，煤炭資源仍是能源安全穩定供應的主要能源。目前除了少量的露天采煤外，中國超過90％的煤礦均采用井工開采的方式，即通過在井下布置采煤巷道進行采煤、并通過運輸系統將煤運輸到地面。這種傳統的井工開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產的硐室，巖土工程量巨大、煤炭開采成本高，且目前我國淺部煤炭資源已趨于枯竭，煤炭資源開采深度以平均每年10～25米的速度增加，開采深部煤炭資源將成為未來煤炭作為中國主體能源的重要支撐，這無疑會造成煤炭開采成本進一步增加；另一方面，雖然目前已實現機械化采煤，但井下設備安裝、設備操作等作業環節仍需大量的作業人員，一旦發生煤與瓦斯突出事故，將造成大量人員傷亡，因此井工開采的安全性不高。

水力采煤是指利用水力來完成礦井生產的采煤、運輸、提升等生產環節的全部或部分工作的開采技術，水力采煤方式可極大減少井下的巷道和井下作業人員的配置，煤炭開采成本低、采煤安全性高，水力采煤通常在不穩定煤層、急傾斜煤層、復采煤層以及煤層賦存不規則的區域或塊段應用，只要煤層條件合適，就能充分發揮它的優勢。

針對鉆井水力采煤技術，申請號為02129521.2的中國發明專利公開了一種無人下井鉆孔水力采煤方法，其公開了在豎井中安裝包括高壓水通道、壓縮空氣通道、返渣筒的開采管柱和包括射流噴嘴、混合室及刮刀鉆頭的開采設備，利用開采管柱上下移動及轉動、開采和破碎周圍的煤體；在混合室注入壓縮空氣、產生氣舉，水、煤在吸渣口充分混合經返渣筒提升至地表。這種傳統的利用豎井水力采煤、并通過豎井原位提升水力切割下的煤巖混合物的方式，一方面，如該發明公開的開采管柱由直徑大小不同的四層同心管子組成，高壓水通道和壓縮空氣通道大大壓縮了返渣筒的空間、且需保證密封效果，不僅存在開采裝備及工藝復雜的問題，而且勢必造成采煤豎井的鉆孔直徑尺寸較大、打設成本較高；另一方面，水力采煤過程中無法同時對返渣筒進行提升，從而導致開采效率較低；再一方面，由于氣體的可壓縮性較強，且煤層及巖層中的裂隙數量和走向無法具體確定、無法保證絕對的密閉效果，因此采用氣舉提升煤炭的方式存在不穩定性，即水力切割下的煤巖混合物經返渣筒頂端的排渣口排出時，通常出現停滯或井噴等波動的不連續現象。

為解決上述問題，本申請人申請的申請號為201911037344.9的中國發明專利公開了一種流態化煤氣同采系統及其同采方法，該流態化煤氣同采系統包括水力采煤部分、井底煤巖處理部分和煤巖輸送部分，其中分置設置的水力采煤部分與井底煤巖處理部分可以各自工作、互不影響，可以大大減小采煤豎井的鉆孔直徑尺寸，且井底煤巖處理部分設置在與煤巖輸送部分的獨立輸送立起井貫通的底巷道內，水力采煤出的煤巖混合物可以通過井底煤巖處理部分和煤巖輸送部分進行煤巖分離后的分類運輸上井。但這種采煤方法一方面仍需要在煤層底板中開掘底巷道、且底巷道內需要布置大量機械設備，存在需作業人員井下作業以及煤巖輸送裝備復雜、煤炭開采成本相對較高的問題；另一方面，由于單個采煤鉆井實際采煤區域范圍有限(通常實際采煤范圍為直徑2～5m的圓柱形區域)、單井采煤量小，因此在煤層走向范圍內的地面上需打設較多的采煤鉆井、施工工程量相對較大，且多個采煤鉆井之間不可避免的會存在一定的遺煤。

發明內容