[发明专利]旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统及其工作方法

权利要求书

1.旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统，其特征在于：包括两个旋流分离装置和两个机械破碎装置，两个旋流分离装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的水平井段内左右两端，两个机械破碎装置结构相同且左右对称设置在U型生产井的左右两个竖直井段内，水平井段的中部内壁上均匀设有与煤层接触的排液缝隙；

旋流分离装置为旋流分离器，左侧旋流分离器竖向固定设置在水平井段内左端且位于左侧竖直井段与水平井段左端的连接处，左侧旋流分离器包括腔体，腔体内壁上沿竖向设置有螺旋槽流道，腔体的右侧部设置有进液管，进液管的右端设置有与水平井段左端口对接且左小右大的第一喇叭口，腔体的上端设置有排液管，排液管的上端设置有与左侧竖直井段的下端口对接且上大下小的第二喇叭口，腔体的下端穿过水平井段下侧壁并伸入到煤层中，腔体的下端设置有排渣口；

左侧的机械破碎装置包括破碎圆筒、破碎仓、破碎旋转轴、破碎减速电机和驱动轴，破碎圆筒的外径小于左侧竖直井段的内径，破碎圆筒同中心竖向设置在左侧竖直井段内，破碎圆筒上下通透，破碎圆筒的上端口外边沿和下端口外边沿均一体成型有圆环板，圆环板的外径与左侧竖直井段的内径相等，两块圆环板的外圆周均与左侧竖直井段内壁密封接触并焊接固定连接，破碎圆筒、破碎仓和破碎旋转轴的中心线重合，破碎仓固定设置在破碎圆筒内，破碎仓为上小下大且下端敞口的圆锥斗结构，破碎仓的下端边沿固定连接在破碎圆筒的下侧部内壁上，破碎仓上均匀开设有若干个过滤孔，破碎仓的上端中部一体成型有与破碎仓内侧连通的破碎圆管，破碎圆筒的中部内壁上固定连接有位于破碎圆管上方的第一支架，破碎圆筒的上侧部内壁上固定连接有位于第一支架上方的第二支架，破碎旋转轴通过轴承转动安装在第一支架和第二支架上，破碎旋转轴的下端伸入到破碎圆管中，破碎旋转轴的上端固定安装有蜗轮，破碎减速电机固定安装在破碎圆筒的上侧部筒壁上且位于破碎圆筒和左侧竖直井段内壁之间的环状空间中，驱动轴水平设置在破碎圆筒内上侧部，驱动轴的两端转动安装在破碎圆筒的上侧部筒壁上，破碎减速电机的输出轴同轴传动连接驱动轴的一端，驱动轴的中部固定套装有与蜗轮啮合传动的中空蜗杆，破碎旋转轴的下侧部外圆周上均匀安装有位于破碎圆管中的若干块旋转刀片，破碎旋转轴的中部外圆周上圆周阵列固定设置有位于第一支架和第二支架之间的若干块螺旋叶片。

2.如权利要求1所述的旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、混杂有大量煤屑的液体通过水平井段的中部内壁上的排液缝隙进入水平井段内中部，液体在煤层压力作用以及竖直井段上端井口设置的抽水泵抽取液体的作用下由水平井段中部向水平井段的左右两端快速流动；

(2)、液体在水平井段内从中部向左端流动通过左侧旋流分离器后向上流入左侧的竖直井段内，同理，液体在水平井段内从中部向右端流动通过右侧旋流分离器后向上流入右侧的竖直井段内，在此过程中液体中较大颗粒的煤屑经旋流分离器的下端排渣口回填至水平井段下侧煤层中，而较小颗粒的煤屑随液体一起从旋流分离器的上端排液管排出进入竖直井段内，从而实现对液体中煤屑的初步分离，将较大颗粒的煤屑分离出液体，避免较大颗粒的煤屑堵塞U型生产井；

(3)、液体在左右两个竖直井段内由下向上流动通过相应的机械破碎装置后经两个竖直井段的井口排出，在此过程中液体中的煤屑经机械破碎装置充分破碎，充分破碎后的煤屑继续随液体流动，并最终从竖直井段上端口排出，煤屑经步骤(2)中的初步分离及机械破碎装置的充分破碎后随液体从U型生产井中排出更顺畅，避免了煤屑堵塞U型生产井。

3.根据权利要求2所述的旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统的工作方法，其特征在于：步骤(2)具体为：液体从水平井段内中部向左端流动通过左侧腔体的进液管进入左侧腔体中，液体在左侧腔体内做螺旋运动，并从左侧腔体的排液管排出进入左侧竖直井段内，液体中较大颗粒的煤屑在左侧腔体内做离心运动，较大颗粒的煤屑便会在重力和离心力作用下沿着左侧腔体内壁螺旋向下移动，并从左侧腔体的排渣口排出进而回填至水平井段下侧煤层中，而液体中较小颗粒的煤屑由于自身重量较轻，则较小颗粒的煤屑便随液体一起从左侧腔体的排液管排出进入竖直井段内，将较大颗粒的煤屑分离出液体，同理，液体从水平井段内中部向右端流动时，液体流经右侧旋流分离器的过程和上述过程是一样的，如此，便实现了对液体中较大颗粒的煤屑初步分离，避免较大颗粒的煤屑堵塞U型生产井。

4.根据权利要求3所述的旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统的工作方法，其特征在于：步骤(3)具体为：液体流入左侧竖直井段内并继续向上流动时，液体从左侧破碎圆筒的下端口进入左侧破碎圆筒中，液体通过破碎仓上的各个过滤孔后从左侧破碎圆筒的上端口流出，在此过程中，如果液体中较小颗粒的煤屑的粒径大于各个过滤孔的孔径，则煤屑在液体流动的作用下便会聚集在破碎仓的内侧顶部，由于破碎仓的内壁为斜面，则煤屑便会朝向破碎仓的内侧顶部中心移动聚集并进入破碎圆管中，同时，破碎减速电机工作，破碎减速电机的输出轴传动驱动轴高速转动，驱动轴上的中空蜗杆啮合传动破碎旋转轴上端的蜗轮，从而驱动破碎旋转轴高速转动，则破碎旋转轴带动各块旋转刀片在破碎圆管内高速旋转，各块旋转刀片高速旋转并将进入破碎圆管中的煤屑切削为更小颗粒的煤屑，使煤屑充分破碎，破碎后的煤屑在液体流动带动下从破碎圆管中流出并从左侧破碎圆筒的上端口流出，并最终从竖直井段上端口排出，其中，液体流动冲击各块螺旋叶片，则各块螺旋叶片便会提供动力驱使破碎旋转轴转动，从而可减小破碎减速电机消耗的功率，同理，液体流入右侧竖直井段内并继续向上流动时，液体流经右侧破碎圆筒的过程和上述过程是一样的，如此，便实现了对液体中煤屑的充分破碎，保证了液体中的煤屑经步骤(2)中的初步分离及机械破碎装置的充分破碎后随液体从U型生产井中排出更顺畅，避免了煤屑堵塞U型生产井。