一种深部煤炭流态化管道输送系统
阅读说明：本技术 一种深部煤炭流态化管道输送系统 (Deep coal fluidization pipeline conveying system ) 是由 鲍久圣 赵少迪 王忠宾 葛世荣 阴妍 黄丛光 周恒� 于 2021-06-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种深部煤炭流态化管道输送系统,包括流态化开采装备、罐笼、绞车房、天轮、地面煤浆储存站、井下中转站、流态化管道输送装置和清水输送装置；罐笼位于立井内,罐笼顶部绞绳通过天轮接入绞车房,地面煤浆储存站设置在地面上；井下中转站设置在立井底部,流态化管道输送装置设置在立井中并连通地面煤浆储存站连通和井下中转站；地面供水站设置在地面上,清水输送管道连通井下中转站和地面供水站；流态化开采装备位于煤层中,流态化开采装备包括掘进破碎舱、煤浆制备舱和煤浆储藏舱。井下流态化开采装备可实现深部煤炭的开采、筛选、原位转化为煤浆；运输部分为管道垂直提升装置,采用多段提升的方式将煤浆输送至地面。(The invention discloses a deep coal fluidized pipeline conveying system which comprises fluidized mining equipment, a cage, a winch room, a head sheave, a ground coal slurry storage station, an underground transfer station, a fluidized pipeline conveying device and a clean water conveying device, wherein the cage is arranged on the top of the fluidized mining equipment; the cage is positioned in the shaft, a winch at the top of the cage is connected into the winch room through a head sheave, and the ground coal slurry storage station is arranged on the ground; the underground transfer station is arranged at the bottom of the vertical shaft, and the fluidized pipeline conveying device is arranged in the vertical shaft and communicated with the ground coal slurry storage station and the underground transfer station; the ground water supply station is arranged on the ground, and the clean water conveying pipeline is communicated with the underground transfer station and the ground water supply station; the fluidized mining equipment is positioned in the coal seam and comprises a tunneling crushing cabin, a coal slurry preparation cabin and a coal slurry storage cabin. The underground fluidized mining equipment can realize the mining, screening and in-situ conversion of deep coal into coal slurry; the transportation part is a pipeline vertical lifting device and adopts a multi-section lifting mode to convey coal slurry to the ground.)
技术领域
本发明涉及一种输送系统，具体涉及一种深部煤炭流态化管道输送系统。
背景技术
目前，井工开采是地下煤炭资源开采的主要开采方式。首先在采煤工作面依靠综采三机（采煤机、液压支架、刮板输送机）的协同工作完成井下煤炭的开采，然后通过带式输送机、轨道矿车等运输设备将煤炭运输至矿井下方，最后由矿井提升机将煤炭提升至地面。随着开采深度的增加，煤岩体的应力水平随之增大，高地应力、高地温、高岩溶水压现象显现，围岩流变使巷道难以支护，巷道修筑及维护成本急剧上升，采煤工作面易发生煤壁片帮、顶板漏冒等现象，因此井工开采受到开采深度的限制明显，不适合深部资源的开采。分析表明，现有技术条件下井工开采的极限深度约为1500m。然而，我国近70%的固态资源分布在2000m以深，因此突破现有煤炭开采方式和开采极限深度，向深部要资源势成为必然选择和重大现实需求。
2016年以来，有学者创新提出了深部煤炭资源流态化开采的颠覆性理论与技术构想，其核心思想是将深部固体矿产资源原位转换为气态、液态或气-固混合态，在井下实现无人智能化采选充及电气热转化。在此基础上，专利CN202010156902.X提出了一种适用于深部煤炭资源的流态化迴行开采结构及方法，指出在进行深部煤炭资源开采时只需布设一个水平大巷和一个流态资源井下中转站，流态化开采设备在井下开采时的补给和输出都通过中转站，但该专利没有明确流态化开采设备的具体结构组成，以及如何将煤炭资源输送至地面。因此，设计一种集掘进破碎舱、中间转化舱、产能输出舱和充填舱为一体的既能够自主行走，又可以将煤炭原位煤浆转化的开采系统，以及煤浆流态化垂直输送系统是十分必要的。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种深部煤炭流态化管道输送系统，井下流态化开采装备可实现深部煤炭的开采、筛选、原位转化为煤浆；运输部分为管道垂直提升装置，采用多段提升的方式将煤浆输送至地面。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种深部煤炭流态化管道输送系统，包括流态化开采装备、罐笼、绞车房、天轮和地面煤浆储存站；绞车房设置在地面上，天轮设置在立井上，罐笼位于立井内，罐笼顶部绞绳通过天轮接入绞车房，地面煤浆储存站设置在立井旁的地面上；还包括井下中转站、流态化管道输送装置和清水输送装置；井下中转站设置在立井底部的围岩中，流态化管道输送装置设置在立井中，流态化管道输送装置底端与井下中转站连通，流态化管道输送装置顶端与地面煤浆储存站连通；清水输送装置包括地面供水站和清水输送管道，地面供水站设置在立井旁的地面上，清水输送管道位于立井中，连通井下中转站和地面供水站；流态化开采装备位于煤层中，流态化开采装备包括掘进破碎舱、煤浆制备舱和煤浆储藏舱，井下中转站与煤浆储藏舱中的催化剂补给管道和清水补给管道连通。
进一步的，所述掘进破碎舱后侧面边缘与煤浆制备舱前侧面边缘通过前液压缸连接，煤浆制备舱后侧面边缘与煤浆储藏舱前侧面边缘通过后液压缸连接；掘进破碎舱与煤浆制备舱之间顶面和底面分别设有柔性伸缩板，煤浆制备舱与煤浆储藏舱之间顶面和底面分别设有柔性伸缩板。
进一步的，所述掘进破碎舱的前端面设有刀盘组，刀盘组的前侧面上设有主刀盘和副刀盘，刀盘组的后侧面设有主刀盘驱动装置、副刀盘驱动装置。
进一步的，所述掘进破碎舱内设有螺旋输送机、煤炭破碎室和破碎舱液压站，螺旋输送机位于煤炭破碎室前方且与煤炭破碎室连通；破碎舱液压站分别与主刀盘驱动装置、副刀盘驱动装置连接。
进一步的，所述煤浆制备舱内设有研磨室、煤浆混合室、催化剂储藏室、储水箱和煤浆制备舱液压站，研磨室前端通过煤炭输送管道与煤炭破碎室连接，研磨室后端与煤浆混合室连接，煤浆混合室通过催化剂输入管道、清水输入管道分别与催化剂储藏室、储水箱连接；煤浆制备舱液压站与前液压缸连接；催化剂储藏室、储水箱分别通过催化剂补给管道、清水补给管道延伸至煤浆储藏室的后部。
进一步的，所述煤浆储藏舱内部设有煤浆储藏室、煤浆泵和煤浆储藏舱液压站，煤浆储藏室通过煤浆输送管道与煤浆混合室连接，煤浆储藏室后端设有煤浆泵；煤浆储藏舱液压站与后液压缸连接。
进一步的，所述流态化管道输送装置为纵向多段式结构，每一段包括煤浆提升泵、起旋器、煤浆提升管道和煤浆中转舱，煤浆中转舱设置在立井旁的围岩中，上下两个相邻的煤浆中转舱通过煤浆提升管道连通，煤浆提升管道上设有煤浆提升泵、起旋器。
与现有技术相比，本发明流态化开采装备包括掘进破碎舱、煤浆制备舱和煤浆储藏舱，以液压缸作为驱动部件，采用增阻迈步的方式逐步推进，实现流态化开采装备迈步自行走，掘进破碎舱开采煤层输送到煤浆储藏舱中制成煤浆，然后存储在煤浆储藏舱中，经由井下中转站和多段式的流态化管道输送装置输送至地面上，最终达到“地上无煤、井下无人”的绿色环保目标，实现深地煤炭资源开采的颠覆性改变；流态化开采装备整个装置是矩形的，不需要来自左右两边的支撑力，即使左右两侧煤层为开采过的空区域时，依然可以正常运转；井上井下连接管道均通过立井布置，罐笼可以随时停靠，便于检查和维修。
附图说明
图1为本发明三维结构示意图；
图2为本发明正视图；
图3为图2中局部放大示意图；
图4为图3中C-C向视图；
图5为本发明流态化开采装备巷道截面正视图；
图6为图5中A-A向视图；
图中：1、流态化开采装备；2、煤层；3、围岩；4、井下中转站；5、罐笼；6、流态化管道输送装置；7、清水输送装置；8、立井；9、地面；10、绞车房；11、天轮架；12-1、前液压缸；12-2、后液压缸；13、地面煤浆储存站；101、刀盘组；102、掘进破碎舱；103、煤浆制备舱；104、煤浆储藏舱；601、煤浆提升泵；602、起旋器；603、煤浆提升管道；604、煤浆中转舱；701、清水输送管道；702、地面供水站；1011、主刀盘；1012、副刀盘；1013、主刀盘驱动装置；1014、副刀盘驱动装置；1021、螺旋输送机；1022、煤炭破碎室；1023、破碎舱液压站；1024、掘进破碎舱供电站；1025、煤炭输送管道；1026、柔性伸缩板；1031、研磨室；1032、煤浆混合室；1033、催化剂储藏室；1034、储水箱；1035、煤浆制备舱液压站；1036、煤浆制备舱供电站；1041、煤浆储藏室；1042、煤浆泵；1043、煤浆储藏舱液压站；1044、煤浆储藏舱供电站；10321、煤浆输送管道；10331、催化剂输入管道；10332、催化剂补给管道；10341、清水输入管道；10342、清水补给管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：如图1和图2所示，包括流态化开采装备1、罐笼5、绞车房10、天轮11、地面煤浆储存站13、井下中转站4、流态化管道输送装置6和清水输送装置7；绞车房10设置在地面9上，天轮11设置在立井8上，罐笼5位于立井8内，罐笼5顶部绞绳通过天轮11接入绞车房10，绞车房10控制罐笼5在立井8中上下移动，罐笼5可以随时停靠，便于流态化管道输送装置6与清水输送装置7的检查和维修；地面煤浆储存站13设置在立井8旁的地面9上用于储存井下输送上来的煤浆。
井下中转站4设置在立井8底部的围岩3中，流态化管道输送装置6设置在立井8中，流态化管道输送装置6底端与井下中转站4连通，流态化管道输送装置6顶端与地面煤浆储存站13连通；井下中转站4作为连接井下和地面的媒介，为流态化开采装备1提供水、催化剂和电能的补给。
如图3所示，流态化管道输送装置6为纵向多段式结构，每一段包括煤浆提升泵601、起旋器602、煤浆提升管道603和煤浆中转舱604，煤浆中转舱604设置在立井8旁的围岩3中，上下两个相邻的煤浆中转舱604通过煤浆提升管道603连通，煤浆提升管道603设置在煤浆中转舱604靠近立井8的一侧面上，煤浆提升管道603上设有煤浆提升泵601、起旋器602；位于最上面的煤浆中转舱604通过煤浆提升管道603与地面煤浆储存站13连接，位于最下面的煤浆中转舱604通过煤浆提升管道603与井下中转站4连接。
清水输送装置7包括地面供水站702和清水输送管道701，地面供水站702设置在立井8旁的地面9上，如图4所示，清水输送管道701位于立井8中，连通井下中转站4和地面供水站702；地面供水站702中的水通过清水输送管道701输送到井下中转站4。
如图5和图6所示，流态化开采装备1位于煤层2中，流态化开采装备1包括掘进破碎舱102、煤浆制备舱103和煤浆储藏舱104，掘进破碎舱102后侧面边缘与煤浆制备舱103前侧面边缘通过前液压缸12-1连接，煤浆制备舱103后侧面边缘与煤浆储藏舱104前侧面边缘通过后液压缸12-2连接；掘进破碎舱102与煤浆制备舱103之间顶面和底面分别设有柔性伸缩板1026，煤浆制备舱103与煤浆储藏舱104之间顶面和底面分别设有柔性伸缩板1026；前液压缸12-1和后液压缸12-2的协同工作可以带动掘进破碎舱102、煤浆制备舱103和煤浆储藏舱104向前移动。
掘进破碎舱102的前端面设有刀盘组101，刀盘组101的前侧面上设有主刀盘1011和副刀盘1012，刀盘组101的后侧面设有驱动主刀盘1011、副刀盘1012的主刀盘驱动装置1013、副刀盘驱动装置1014；
掘进破碎舱102内还设有螺旋输送机1021、煤炭破碎室1022、破碎舱液压站1023和掘进破碎舱供电站1024，螺旋输送机1021位于煤炭破碎室1022前方且与煤炭破碎室1022连通；破碎舱液压站1023分别与主刀盘驱动装置1013、副刀盘驱动装置1014连接，为主刀盘驱动装置1013、副刀盘驱动装置1014提供动力；掘进破碎舱供电站1024为螺旋输送机1021、煤炭破碎室1022等用电设备提供电能。
煤浆制备舱103内设有研磨室1031、煤浆混合室1032、催化剂储藏室1033、储水箱1034和煤浆制备舱液压站1035和煤浆制备舱供电站1036，研磨室1031前端通过煤炭输送管道1025与煤炭破碎室1022连接，研磨室1031后端与煤浆混合室1032连接，煤浆混合室1032通过催化剂输入管道10331、清水输入管道10341分别与催化剂储藏室1033、储水箱1034连接；煤浆制备舱液压站1035与前液压缸12-1连接为前液压缸12-1提供动力；煤浆制备舱供电站1036为研磨室1031、煤浆混合室1032等用电设备提供电能；催化剂储藏室1033、储水箱1034分别通过催化剂补给管道10332、清水补给管道10342延伸至煤浆储藏室1041的后部。
煤浆储藏舱104内部设有煤浆储藏室1041、煤浆泵1042、煤浆储藏舱液压站1043和煤浆储藏舱供电站1044，煤浆储藏室1041通过煤浆输送管道10321与煤浆混合室1032连接，煤浆储藏室1041后端设有煤浆泵1042；煤浆储藏舱液压站1043与后液压缸12-2连接为后液压缸12-2提供动力；煤浆储藏舱供电站1044为煤浆泵1042等用电设备提供电能。
煤炭输送管道1025、柔性伸缩板1026、煤浆输送管道10321、催化剂补给管道10332、清水补给管道10342均为可伸缩装置；在掘进破碎舱102、煤浆制备舱103和煤浆储藏舱104相对移动的时候可以不受影响。
运行时，掘进破碎舱102、煤浆制备舱103、煤浆储藏舱104间的液压缸协同配合，首先，煤浆制备舱103推动掘进破碎舱102前进，当掘进破碎舱102达到最大行程后，煤浆储藏舱104再推煤浆制备舱103，同时掘进破碎舱102拉煤浆制备舱103，使煤浆制备舱103也完成一个迈步动作；接着煤浆制备舱103拉动煤浆储藏舱104，整个深部煤炭流态化开采装备1完成一次自主行走过程；若前推进装置6、后推进装置10中右侧液压缸伸长量大于左侧液压缸，整个自主行走机构向左转弯，若前推进装置6、后推进装置10中左侧液压缸伸长量大于右侧液压缸，整个自主行走机构向右转弯。由于整个装置是矩形的，不需要来自左右两边的支撑力，即使左右两侧煤层为开采过的空区域时，依然可以正常运转。
前方待开采区煤层2经过刀盘组101开采后通过螺旋输送机1021进入煤炭破碎室1022，破碎后的煤块由煤炭输送管道1025输送到研磨室1031，经过研磨室1031成为粒径更小的煤炭颗粒，与催化剂储藏室1033中的催化剂、储水箱1034中的清水在煤浆混合室1032混合后成为煤浆，再通过煤浆输送管道10321输送到煤浆储藏室1041，等到流态化开采装备1每次经过井下中转站4时，煤浆储藏舱104中的催化剂补给管道10332和清水补给管道10342与井下中转站4连通，为催化剂储藏室1033、储水箱1034补充催化剂、水和电能，同时煤浆泵1042通过管道与井下中转站4连通将煤浆输出至井下中转站4中。井下中转站4中的煤浆再通过煤浆提升装置6的多个煤浆中转舱604，以垂直提升方式将煤浆输送至地面上的地面煤浆储藏站13，地面供水站702位井下提供水资源。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
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