專利名稱：無(wú)人下井鉆孔水力采煤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采煤方法，具體地是一種無(wú)人下井鉆孔水力采煤方法。
本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種無(wú)人下井鉆孔水力采煤方法包括豎井、斜孔、高壓泵、空壓機(jī)及管道；該采煤方法的內(nèi)容是(1)在煤層上至少鉆一口豎井和一斜孔；(2)在豎井里安裝包括高壓水通道、壓縮空氣通道和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(shè)備；(3)在斜孔中包括鉆桿、射流噴嘴和投球式射流開采裝置鉆具的鉆頭，斜孔定向鉆進(jìn)至與豎井連通；(4)豎井?dāng)U腔開采a.用高壓水射流破碎煤體，在液流的攜帶和重力的作用下流往吸渣口；b.利用開采管柱上、下移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，充分地開采和破碎周圍的煤體；c.在混合室，注入壓縮空氣、產(chǎn)生氣舉，水、煤在吸渣口充分混合經(jīng)返渣筒提升至地表；(5)斜孔開采投球堵塞鉆頭過(guò)水通道，射流開始切割、破碎煤層；同時(shí)緩慢回轉(zhuǎn)和提升鉆具，碎煤在水流攜帶和重力作用下流向豎井吸渣口。
開采管柱連接射流噴嘴和提升裝置；開采管柱設(shè)有高壓水通道、壓縮空氣通道和返渣通道；射流采煤提升裝置的下部設(shè)射流主噴嘴，下端設(shè)刮刀鉆頭；射流采煤提升裝置的吸渣口處設(shè)射流付噴嘴，射流采煤提升裝置上部的返渣筒筒壁上設(shè)有若干小孔的空氣混合室，位于斜孔中的鉆桿下部設(shè)有由射流噴嘴、滑套、彈簧、球和鉆頭接頭組成的投球式射流開采裝置，滑套的孔設(shè)有可裝球的階梯孔；滑套外部設(shè)有階梯軸，滑套與鉆頭接頭間設(shè)有彈簧。
斜孔位于傾斜煤層的上傾方向或近似上傾方向。
開采管柱由直徑大小不同的四層同心管子組成，由外到內(nèi)依次為一、二、三、四通道的四條通道，一通道是高壓水通道，該通道與射流主噴嘴連接；二通道為高壓水通道該通道與射流付噴嘴連接；三通道上連空壓機(jī)、下連混合室；四通道上端與井上的煤水分離裝置連接，下端與吸渣口相連；所述四層同心管子相鄰的兩管間設(shè)有保持其間距的筋條。
所述刮刀鉆頭的刮刀為2～6個(gè)。
無(wú)人下井鉆孔水力采煤方法至少有一直一斜兩個(gè)鉆孔、并組成開采通道即可實(shí)現(xiàn)。直孔即豎井作為開采井，完井后利用高壓水射流切割破碎煤體，破碎下來(lái)的煤通過(guò)氣舉提升后，在井底形成一定容積的煤水混合腔；之后在開采井的煤層上傾方向鉆進(jìn)一斜孔，斜孔最終要與開采井連通，并逐步射流切割破碎豎井、斜孔所控制范圍內(nèi)的煤體，碎煤在重力和水流的攜帶下運(yùn)動(dòng)至開采井井底，再氣舉提升至地表。
本發(fā)明適合于埋深在1200米以內(nèi)，強(qiáng)度為中硬和中硬以下，膠結(jié)性差的傾斜層狀煤體開采，特別適于在高瓦斯和地下水豐富的礦區(qū)煤層使用。由于工人在地表工作，井下瓦斯和地下水不會(huì)危及工人，確保工人生命安全。另外，開采中使用的開采管柱，射流提升裝置和投球式射流開采裝置都可多次使用。
無(wú)人下井鉆孔水力采煤方法分為單井?dāng)U腔前期開采階段和斜孔連通長(zhǎng)距離開采階段。
一.單井?dāng)U腔前期開采階段，參看

圖1。
1.直井鉆孔與完井。
直井又叫豎井，其鉆孔深達(dá)目標(biāo)開采的煤層6的底板下2米，下開采管柱3至開采煤層頂板4，孔口座定，不需固井，待完成兩井控制范圍內(nèi)的煤炭開采后可起出重復(fù)使用。
2.下入開采管柱與開采設(shè)備。
開采管柱3由四層管子10、11、12、13組成，參看圖2，這四層管組成15、16、17、18四個(gè)獨(dú)立通道，通道15和16分別注入高壓水，通道17為壓縮空氣，通道18為返渣孔，四層管之間以筋條14隔離居中。
開采設(shè)備5由四部分組成，如圖3，分別由混合室19、射流主噴嘴22、射流副噴嘴組21和裝于管柱底部的四翼刮刀鉆頭23組成，流經(jīng)通道15的大排量高壓水通過(guò)一個(gè)射流主噴嘴22高速噴出，切割破碎煤體，破碎下來(lái)的煤在液流攜帶和重力作用下，流向吸渣口20；流經(jīng)通道16的高壓水經(jīng)吸渣口下由多個(gè)位于多方位的小噴嘴組成的射流付噴嘴21對(duì)煤進(jìn)行第二次射流切割破碎，并將煤充分?jǐn)噭?dòng)，特別是當(dāng)煤層出現(xiàn)大面積崩塌時(shí)，副噴嘴能有效避免大塊煤堵塞吸渣口，保證煤經(jīng)吸渣口順利進(jìn)入通道18，即返渣筒；通道17內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)小孔24進(jìn)入混合室19再進(jìn)入通道18，在混合室處的管子13的管壁上鉆有許多小孔24以完成煤礦漿的氣舉提升。
本發(fā)明采用的噴嘴均設(shè)計(jì)成雙曲面形狀，噴嘴用硬質(zhì)合金整體燒結(jié)，內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理，這種噴嘴能有效改善射流質(zhì)量，使射流能量大大提高。
安裝在管柱最底部的鉆頭能夠使開采設(shè)備順利下到孔底，其形狀設(shè)計(jì)成四翼刮刀鉆頭，如圖3，特別是在開采過(guò)程中開采管柱上提后該鉆頭能有效保證開采管柱再次下到原來(lái)的位置，開采過(guò)程中出現(xiàn)的煤層崩塌也不會(huì)給開采管柱下放造成影響。
3.開采擴(kuò)腔階段利用主噴嘴射流切割破碎煤體，為保證開采管柱周圍3～5米半徑上下范圍內(nèi)的煤均能采空，需要對(duì)噴嘴進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和升降，本發(fā)明采取旋轉(zhuǎn)和升降開采管柱的辦法來(lái)達(dá)到噴嘴對(duì)任一方向的煤進(jìn)行破碎和開采的目的。
二.斜孔連通長(zhǎng)距離開采階段1.斜孔孔位的布置。
斜孔孔位布置在開采直井的煤層上傾方向，便于連通后開采期間的煤漿借助重力作用流向吸渣口。斜孔在煤層中平行鉆進(jìn)的長(zhǎng)度一般至少50米以上，并根據(jù)這個(gè)長(zhǎng)度來(lái)最終確定孔口的位置。
2.斜孔鉆孔。
斜孔由直孔段、造斜段和平行孔段三部分組成，如圖1。
(1)直孔段A。
(2)造斜段B。造斜鉆進(jìn)采用螺桿鉆進(jìn)行人工受控定向鉆進(jìn)，一直到開采煤層頂板，造斜結(jié)束，方位調(diào)整到正對(duì)開采井，造斜鉆進(jìn)的曲率半徑保持在140～280米，下套管固井。
(3)平行孔段C。鉆孔進(jìn)入煤層后將井眼軌跡控制在煤層底板上1～2米左右的煤層內(nèi)鉆進(jìn)。
3.水力開采階段。
在比較破碎的煤層中鉆進(jìn)很難保證提鉆后還能將鉆具再下到原來(lái)的位置，所以在斜孔完孔之后，采取不提鉆，通過(guò)井口投球29的方法堵塞鉆頭過(guò)水通道，如圖4，位于鉆頭接頭25上方的滑套26下行，并壓縮彈簧27打開安裝在噴射接頭30上的多個(gè)射流噴嘴28，滑套26下行到一定位置時(shí)，彈卡32在彈簧31的作用下張開，定位在噴射接頭30的臺(tái)階上，高壓水通過(guò)噴射接頭30四周均勻布置的八個(gè)噴嘴直接對(duì)周圍的煤體進(jìn)行射流切割破碎，進(jìn)行射流的同時(shí)緩慢回轉(zhuǎn)和提升鉆具9，破碎的煤體在水力攜帶和重力作用下流向開采井的吸渣口，并氣舉提升至地表1進(jìn)行下一步的煤水分離。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)人下井鉆孔水力采煤方法包括豎井、斜孔、高壓泵、空壓機(jī)及管道，其特征是(1)在煤層上至少鉆一口豎井和一斜孔；(2)在豎井里安裝包括高壓水通道、壓縮空氣通道和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(shè)備；(3)在斜孔中包括鉆桿、射流噴嘴和投球式射流開采裝置鉆具的鉆頭，斜孔定向鉆進(jìn)至與豎井連通；(4)豎井?dāng)U腔開采a.用高壓水射流破碎煤體，在液流的攜帶和重力的作用下流往吸渣口；b.利用開采管柱上、下移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，充分地開采和破碎周圍的煤體；c.在混合室，注入壓縮空氣、產(chǎn)生氣舉，水、煤在吸渣口充分混合經(jīng)返渣筒提升至地表；(5)斜孔開采投球堵塞鉆頭過(guò)水通道，射流開始切割、破碎煤層；同時(shí)緩慢回轉(zhuǎn)和提升鉆具，碎煤在水流攜帶和重力作用下流向豎井吸渣口。
2.一種用于權(quán)利要求1所述的無(wú)人下井鉆孔水力采煤方法的射流采煤提升裝置，其特征是開采管柱連接射流噴嘴和提升裝置；開采管柱設(shè)有高壓水通道、壓縮空氣通道和返渣通道；射流采煤提升裝置的下部設(shè)射流主噴嘴，下端設(shè)刮刀鉆頭；射流采煤提升裝置的吸渣口處設(shè)射流付噴嘴，射流采煤提升裝置上部的返渣筒筒壁上設(shè)有若干小孔的空氣混合室，
3.一種用于權(quán)利要求1和2所述的無(wú)人下井鉆孔水力采煤方法，其特征是位于斜孔中鉆桿下部設(shè)有由射流噴嘴、滑套、彈簧、球和鉆頭接頭組成的投球式射流開采裝置，滑套的孔設(shè)有可裝球的階梯孔；滑套外部設(shè)有階梯軸，滑套與鉆頭接頭間設(shè)有彈簧。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)人下井鉆孔水力采煤方法，其特征是斜孔位于傾斜煤層的上傾方向或近似上傾方向。
5.如權(quán)利要求2所述的鉆孔水力采煤方法，其特征是開采管柱由直徑大小不同的四層同心管子組成，由外到內(nèi)依次為一、二、三、四通道的四條通道，一通道是高壓水通道，該通道與射流主噴嘴連接，二通道為高壓水通道該通道與射流付噴嘴連接；三通道上連空壓機(jī)、下連混合室；四通道上端與井上的煤水分離裝置連接，下端與吸渣口相連。
6.如權(quán)利要求1所述的鉆孔水力采煤方法，其特征是所述四層同心管子相鄰的兩管間設(shè)有保持其間距的筋條。
7.如權(quán)利要求2所述的鉆孔水力采煤方法，其特征是所述刮刀鉆頭的刮刀為2～6個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)人下井鉆孔水力采煤方法，該采煤方法在地表至少鉆一口豎井和一口斜孔。在豎井里安裝包括高壓水通道、壓縮空氣通道和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(shè)備。在斜孔中包括鉆桿、射流噴嘴和投球式射流開采裝置鉆具的鉆頭，斜孔是定向鉆進(jìn)至與豎井連通。豎井的擴(kuò)腔開采是用高壓水射流破碎煤體，在液流攜帶及重力作用下流往吸渣口；在混合室注入壓縮空氣形成氣舉，水、煤在吸渣口充分混合，經(jīng)返渣筒提升至地表；斜孔開采是利用投球堵塞鉆頭過(guò)水通道，射流切割、破碎。工人在地面工作，無(wú)生產(chǎn)安全隱患；煤在井下水洗后，可降低硫及矸石含量，提高煤質(zhì)；在采煤的同時(shí)可采煤層氣，減少對(duì)大氣的污染。
文檔編號(hào)E21C41/18GK1397717SQ0212952
公開日2003年2月19日 申請(qǐng)日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者曾細(xì)平, 劉忠, 向鋼鋸 申請(qǐng)人:曾細(xì)平, 劉忠, 向鋼鋸