[发明专利]一种直井周向扫略流态化采煤方法

权利要求书

1.一种直井周向扫略流态化采煤方法，其特征在于，所使用的直井周向扫略流态化采煤系统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；

采煤方法具体包括以下步骤：

a. 建井施工：在采用探地雷达探测法确定煤层（6）的埋深、厚度及覆盖范围的基础上施工开拓煤层定向钻孔（1）、采煤竖井（2）、运煤提升井和运煤巷道（8），并使采煤竖井（2）分别与煤层定向钻孔（1）和运煤巷道（8）贯通，在采煤竖井（2）的打钻井口位置附近布置高压注水泵与储水罐；

b. 开采准备：根据煤层（6）的埋深和煤层定向钻孔（1）沿煤层（6）走向直线延伸的钻深确定高压输运管（3）的总长度，将输运管弯折装置（4）套接在高压输运管（3）上后向采煤竖井（2）中下入高压输运管（3）和输运管弯折装置（4），当自进式牵引喷头（5）和输运管弯折装置（4）分别下至位于煤层（6）内的设定位置后、将高压输运管（3）顶端与高压注水管的输出端密封安装连接，控制定位回转机构（45）上定位部（451）的径向伸缩定位结构动作对输运管弯折装置（4）进行定位，高压输运管（3）呈悬垂的直管状态、且悬垂状态的自进式牵引喷头（5）对应位于采煤竖井（2）与煤层定向钻孔（1）的贯通位置，自进式牵引喷头（5）的位置传感器反馈煤层定向钻孔（1）的方位；然后先控制对电极组件或电磁线圈组件（327）通电使水力切割段（32）整体呈刚性管状态、并控制电控阀（326）均处于关闭状态，再控制启动高压注水泵，通过自进式牵引喷头（5）的喷口喷射形成的高压水射流对采煤竖井（2）与煤层定向钻孔（1）的贯通位置进行造穴，被高压水射流冲刷下的煤岩混合物沿采煤竖井（2）向下方流动进入运煤巷道（8），完成造穴后关闭高压注水泵和输运管回转装置；根据自进式牵引喷头（5）的位置传感器反馈的方位角控制输运管回转装置动作使高压输运管（3）慢速回转至设定角度后，先控制水力切割段（32）位于输运管弯折装置（4）范围内的管段的电极组件或电磁线圈组件（327）断电使该管段呈柔性管状态、再控制弯折驱动部件（44）动作使弯折夹持辊（43）的辊轴相对于定位夹持辊（42）的辊轴转位摆动至设定角度，使水力切割段（32）位于输运管弯折装置（4）范围内的管段发生弯折、并使自进式牵引喷头（5）翻折呈正对煤层定向钻孔（1）的近水平状态；然后继续下入高压输运管（3），并同步控制各个电极组件或电磁线圈组件（327）使水力切割段（32）进入输运管弯折装置（4）范围内的管段呈柔性管状态、离开输运管弯折装置（4）范围的管段呈刚性管状态，待自进式牵引喷头（5）进入煤层定向钻孔（1）后再次启动高压注水泵、使自进式牵引喷头（5）带动水力切割段（32）沿煤层定向钻孔（1）前移，直至自进式牵引喷头（5）将水力切割段（32）牵引至煤层定向钻孔（1）沿煤层（6）走向直线延伸钻孔的设定深度，关闭高压注水泵；

c. 流态化采煤：先控制对电极组件或电磁线圈组件（327）通电使水力切割段（32）整体呈刚性管状态、并控制位于煤层定向钻孔（1）内部的水力切割段（32）上的电控阀（326）均处于打开状态，再依次控制启动高压注水泵和输运管回转装置，通过自进式牵引喷头（5）的喷口以及位于煤层定向钻孔（1）内部的水力切割段（32）上的各个水射流喷嘴（325）喷射形成的高压水射流对煤层定向钻孔（1）周围的煤体进行水力切割，同时输运管回转装置带动高压输运管（3）整体绕回转支撑段（31）的中轴线慢速回转使高压水射流在圆周范围内破碎煤层（6），被高压水射流冲刷下的煤岩混合物在水流的冲刷作用和自身重力作用下沿采煤竖井（2）向下方流动进入运煤巷道（8），待高压输运管（3）绕回转支撑段（31）的中轴线慢速回转至少一周后完成第一煤层层面的开采过程；然后先控制定位回转机构（45）上定位部（451）的径向伸缩定位结构动作使输运管弯折装置（4）处于非径向定位状态、再控制输运管升降控制机构动作使高压输运管（3）整体上移或下移设定步距，再次控制定位回转机构（45）上定位部（451）的径向伸缩定位结构动作使输运管弯折装置（4）处于径向定位状态后，进行第二煤层层面的开采；依次类推，直至将开采范围内的煤层（6）全部开采完毕，关闭高压注水泵和输运管回转装置；

d. 设备回收：控制水力切割段（32）位于输运管弯折装置（4）范围内的管段的电极组件或电磁线圈组件（327）断电使该管段呈柔性管状态后回收高压输运管（3），并同步控制各个电极组件或电磁线圈组件（327）使水力切割段（32）回退进入输运管弯折装置（4）范围内的管段呈柔性管状态，待自进式牵引喷头（5）回退至靠近输运管弯折装置（4）后，控制弯折驱动部件（44）进行复位动作、使水力切割段（32）位于输运管弯折装置（4）范围内的管段复位至直管状态，控制定位回转机构（45）上定位部（451）的径向伸缩定位结构动作使输运管弯折装置（4）处于非径向定位状态后回收高压输运管（3）的同时回收输运管弯折装置（4）上井。