CN111852364B - 旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统，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。本发明通过在U型生产井内设置旋流分离装置实现对煤层排液中的煤屑初步分离，再通过机械破碎装置对初步分离后液体中煤屑充分破碎，避免了煤屑堵塞U型生产井，防止造成排液故障，保障了煤层气的高效、连续开采。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气排采技术领域，具体的说，涉及一种旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统及其工作方法。
背景技术
煤层气是煤炭伴生的一种非常规天然气，主要以吸附态存在于煤层基质中，目前煤层气井的生产是通过抽排煤储层中的承压水，使得煤层压力降到煤的解吸压力以下，吸附的甲烷解吸为大量游离态甲烷，并通过扩散和流动两种不同的机制运移到井筒，因此煤层气的产出是一个复杂的降压-解吸-扩散-渗流的过程。
煤层气排采是储层压力连续降低的过程,由于煤质脆性较大且容易粉碎,煤层容易坍塌且胶结性差,粉末及其它固相颗粒易产生运移等特性,在排采过程中受压力梯度与渗流的双重作用,煤层所受应力增大,因此使煤层便面发生脱离产生煤粉。排采过程中煤粉及其它固相颗粒进入有杆泵或螺杆泵中会使转子、定子和柱塞发生磨损,从而影响排采泵的效率,逼迫煤层气进行多次修井作业。尤其在煤层气产量稳定后期,由于煤层产水量的递减,水动力不足,要将在水中混合的煤粉排出地面很难,因此煤粉容易在井筒中发生沉降,长时间淤积、结垢,大大降低泵的效率,情况严重时还会有煤粉埋泵、卡泵等现象发生。因此,煤粉的产出是造成煤层气稳产、高产困难,影响了煤层气的整体经济开发效益的主要因素。煤层气中的煤粉有效排出对提高泵的运行寿命,延长检泵的周期,保证气井连续、稳定、长寿命排采,减少修井的次数有积极作用,同时对减少煤层气开发的成本,增加煤层气的采收率和经济效益,对提升我国煤层气的大规模的商业化开采有着重要的意义。
我国的煤层气产量绝大部分来自山西沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘的中、高煤阶煤层气，相对于美国、加拿大、澳大利亚等已成功开采煤层气的国家，由于成藏区域地质构造复杂，低煤阶煤化作用程度低，孔缝相对较多、基质松散，导致储层渗透率极低，开采利用难度大，因此必要开展符合我国煤层地质条件的排采生产理论和排采技术设备的研究工资，以满足煤层气开采实际的需要。
煤层气排采设备及其合理选型是保障煤层气井连续稳定排采的重要因素。所用的排采设备必须成熟可靠、持久耐用，此外还要有较大范围的排液能力，通常要求排液速度快，不怕井间干扰。而混杂在排液中的煤屑存在堵塞生产井的风险，并最终导致地层压力回升、裂隙再次被水填充，因此排采设备应具有可靠的防煤屑的措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统及其工作方法，本发明通过在U型生产井内设置旋流分离装置实现对煤层排液中的煤屑初步分离，再通过机械破碎装置对初步分离后液体中煤屑充分破碎，避免了煤屑堵塞U型生产井，防止造成排液故障，保障了煤层气的高效、连续开采。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统，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。
旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统的工作方法，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。
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。
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。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明在U型生产井的水平井段内左右两端分别对称设置一个旋流分离装置，在U型生产井的左右两个竖直井段内分别对称设置一个机械破碎装置，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下由水平井段中部向水平井段的左右两端快速流动，液体经过旋流分离装置后进入竖直井段内，并流经机械破碎装置后从竖直井段的井口排出，其中，液体流经旋流分离装置时，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，初步分离后的液体进入竖直井段内并通过机械破碎装置，则在此过程中，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，此过程中破碎减速电机工作，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，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，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，保证了液体中的煤屑经旋流分离器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，防止造成排液故障，保障了煤层气的高效、连续开采。
附图说明
图1是本发明在U型生产井内布置示意图。
图2是本发明的旋流分离器的结构示意图。
图3是本发明的机械破碎装置剖切四分之一后的结构示意图。
图4是本发明的机械破碎装置的俯视图。
图5是图4中A-A向剖视图。
图6是图4中B-B向剖视图。
图7是本发明的破碎旋转轴和驱动轴的装配结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1-图7所示，旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统，包括两个旋流分离装置1和两个机械破碎装置2，两个旋流分离装置1结构相同且左右对称设置在U型生产井的水平井段3内左右两端，两个机械破碎装置2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4内，水平井段3的中部内壁上均匀设有与煤层接触的排液缝隙5。
旋流分离装置1为旋流分离器，左侧旋流分离器竖向固定设置在水平井段3内左端且位于左侧竖直井段4与水平井段3左端的连接处，左侧旋流分离器包括腔体6，腔体6内壁上沿竖向设置有螺旋槽流道24，腔体6的右侧部设置有进液管7，进液管7的右端设置有与水平井段3左端口对接且左小右大的第一喇叭口25，腔体6的上端设置有排液管8，排液管8的上端设置有与左侧竖直井段4的下端口对接且上大下小的第二喇叭口26，腔体6的下端穿过水平井段3下侧壁并伸入到煤层中，腔体6的下端设置有排渣口9。旋流分离器为现有常规设备，具体结构和工作原理不再赘述。
左侧的机械破碎装置2包括破碎圆筒10、破碎仓11、破碎旋转轴12、破碎减速电机13和驱动轴14，破碎圆筒10的外径小于左侧竖直井段4的内径，破碎圆筒10同中心竖向设置在左侧竖直井段4内，破碎圆筒10上下通透，破碎圆筒10的上端口外边沿和下端口外边沿均一体成型有圆环板15，圆环板15的外径与左侧竖直井段4的内径相等，两块圆环板15的外圆周均与左侧竖直井段4内壁密封接触并焊接固定连接，破碎圆筒10、破碎仓11和破碎旋转轴12的中心线重合，破碎仓11固定设置在破碎圆筒10内，破碎仓11为上小下大且下端敞口的圆锥斗结构，破碎仓11的下端边沿固定连接在破碎圆筒10的下侧部内壁上，破碎仓11上均匀开设有若干个过滤孔16，破碎仓11的上端中部一体成型有与破碎仓11内侧连通的破碎圆管17，破碎圆筒10的中部内壁上固定连接有位于破碎圆管17上方的第一支架18，破碎圆筒10的上侧部内壁上固定连接有位于第一支架18上方的第二支架19，破碎旋转轴12通过轴承(常规设计，图未示)转动安装在第一支架18和第二支架19上，破碎旋转轴12的下端伸入到破碎圆管17中，破碎旋转轴12的上端固定安装有蜗轮20，破碎减速电机13固定安装在破碎圆筒10的上侧部筒壁上且位于破碎圆筒10和左侧竖直井段4内壁之间的环状空间中，驱动轴14水平设置在破碎圆筒10内上侧部，驱动轴14的两端转动安装在破碎圆筒10的上侧部筒壁上，破碎减速电机13的输出轴同轴传动连接驱动轴14的一端，驱动轴14的中部固定套装有与蜗轮20啮合传动的中空蜗杆21，破碎旋转轴12的下侧部外圆周上均匀安装有位于破碎圆管17中的若干块旋转刀片22，破碎旋转轴12的中部外圆周上圆周阵列固定设置有位于第一支架18和第二支架19之间的若干块螺旋叶片23。
旋流分离与机械破碎式煤屑清理系统的工作方法，包括以下步骤：
(1)、混杂有大量煤屑的液体通过水平井段3的中部内壁上的排液缝隙5进入水平井段3内中部，液体在煤层压力作用以及竖直井段4上端井口设置的抽水泵抽取液体的作用下由水平井段3中部向水平井段3的左右两端快速流动；
(2)、液体在水平井段3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4内，同理，液体在水平井段3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4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9回填至水平井段3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8排出进入竖直井段4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4内由下向上流动通过相应的机械破碎装置2后经两个竖直井段4的井口排出，在此过程中液体中的煤屑经机械破碎装置2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4上端口排出，煤屑经步骤(2)中的初步分离及机械破碎装置2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。
步骤(2)具体为：液体从水平井段3内中部向左端流动通过左侧腔体6的进液管7进入左侧腔体6中，液体在左侧腔体6内做螺旋运动，并从左侧腔体6的排液管8排出进入左侧竖直井段4内，液体中较大颗粒的煤屑在左侧腔体6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6内壁螺旋向下移动，并从左侧腔体6的排渣口9排出进而回填至水平井段3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6的排液管8排出进入竖直井段4内，将较大颗粒的煤屑分离出液体，同理，液体从水平井段3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。
步骤(3)具体为：液体流入左侧竖直井段4内并继续向上流动时，液体从左侧破碎圆筒10的下端口进入左侧破碎圆筒10中，液体通过破碎仓11上的各个过滤孔16后从左侧破碎圆筒10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16的孔径，则煤屑在液体流动的作用下便会聚集在破碎仓11的内侧顶部，由于破碎仓11的内壁为斜面，则煤屑便会朝向破碎仓11的内侧顶部中心移动聚集并进入破碎圆管17中，同时，破碎减速电机13工作，破碎减速电机13的输出轴传动驱动轴14高速转动，驱动轴14上的中空蜗杆21啮合传动破碎旋转轴12上端的蜗轮20，从而驱动破碎旋转轴12高速转动，则破碎旋转轴12带动各块旋转刀片22在破碎圆管17内高速旋转，各块旋转刀片22高速旋转并将进入破碎圆管17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17中流出并从左侧破碎圆筒10的上端口流出，并最终从竖直井段4上端口排出，其中，液体流动冲击各块螺旋叶片23，则各块螺旋叶片23便会提供动力驱使破碎旋转轴12转动，从而可减小破碎减速电机13消耗的功率，同理，液体流入右侧竖直井段4内并继续向上流动时，液体流经右侧破碎圆筒10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2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。
本发明在U型生产井的水平井段3内左右两端分别对称设置一个旋流分离装置1，在U型生产井的左右两个竖直井段4内分别对称设置一个机械破碎装置2，水平井段3中部区域的煤层中的液体经煤层缝隙排出并混杂有大量煤屑，混杂有大量煤屑的液体通过水平井段3的中部内壁上的排液缝隙5进入水平井段3内中部，液体在煤层压力作用下由水平井段3中部向水平井段3的左右两端快速流动，液体经过旋流分离装置1后进入竖直井段4内，并流经机械破碎装置2后从竖直井段4的井口排出，其中，液体流经旋流分离装置1时，液体中较大颗粒的煤屑经旋流分离器的下端排渣口9回填至水平井段3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8排出进入竖直井段4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，初步分离后的液体进入竖直井段4内并通过机械破碎装置2，则在此过程中，如果液体中较小颗粒的煤屑的粒径大于各个过滤孔16的孔径，则煤屑在液体流动的作用下便会聚集在破碎仓11的内侧顶部，由于破碎仓11的内壁为斜面，则煤屑便会朝向破碎仓11的内侧顶部中心移动聚集并进入破碎圆管17中，此过程中破碎减速电机13工作，破碎减速电机13的输出轴传动驱动轴14高速转动，驱动轴14上的中空蜗杆21啮合传动破碎旋转轴12上端的蜗轮20，从而驱动破碎旋转轴12高速转动，则破碎旋转轴12带动各块旋转刀片22在破碎圆管17内高速旋转，各块旋转刀片22高速旋转并将进入破碎圆管17中的煤屑切削为更小颗粒的煤屑，使煤屑充分破碎，其中，液体流动冲击各块螺旋叶片23，则各块螺旋叶片23便会提供动力驱使破碎旋转轴12转动，从而可减小破碎减速电机13消耗的功率，破碎后的煤屑在液体流动带动下从破碎圆管17中流出并从左侧破碎圆筒10的上端口流出，并最终从竖直井段4上端口排出，保证了液体中的煤屑经旋流分离器的初步分离及机械破碎装置2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，防止造成排液故障，保障了煤层气的高效、连续开采。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
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。
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