CN111905906B - 离心分离与机械破碎式煤屑清理系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

离心分离与机械破碎式煤屑清理系统，包括两个离心分离装置和两个机械破碎装置，两个离心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。本发明在U型生产井内先通过离心分离装置对煤层排液中的煤屑初步分离和初步研磨破碎，再通过机械破碎装置对经初步分离后液体中煤屑的二次研磨破碎，保证了混杂有煤屑的液体从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。

Description

离心分离与机械破碎式煤屑清理系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及煤层气排采技术领域，具体的说，涉及一种离心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，其主要成分是甲烷，作为重要的清洁能源和化工原料，其开采具备巨大的经济价值。

煤层气的开采通常通过排水降压手段，降低储层压力进行煤层气开发，即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，目前，世界成功实现煤层气规模开发利用的国家只有美国、加拿大、澳大利亚和中国。

目前，对于煤粉的处理多是采用过滤的方式处理例如专利201520468822.2公布的一种煤层气井捞煤粉的装置，此类装置都是采用过滤的方法对煤粉进行处理，这样仍然需要考虑煤粉打捞后的后续处理，增加后续工作流程，此外适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开展较少，不能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离心分离与机械破碎式煤屑清理系统及其工作方法，本发明在U型生产井内先通过离心分离装置对煤层排液中的煤屑初步分离和初步研磨破碎，再通过机械破碎装置对经初步分离后液体中煤屑的二次研磨破碎，保证了混杂有煤屑的液体从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。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

离心分离与机械破碎式煤屑清理系统，包括两个离心分离装置和两个机械破碎装置，两个离心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。

左侧的离心分离装置包括顶部敞口的外筒、回转筒、回转减速电机和第一驱动轴，外筒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，外筒的上端口与左侧竖直井段的下端口对接，外筒的右侧筒壁上固定安装有进液管，进液管的右端口与水平井段左端口对接，进液管右端下侧的外筒下部穿过水平井段下侧内壁并位于煤层中，进液管的左端伸入到外筒内中部并垂直向下弯折，外筒的中部内壁上通过第一支架固定安装有第一轴承座，外筒的下侧部一体成型有上粗下细的第一圆锥筒，回转筒的上端一体成型有上下通透且与回转筒连通的第一中空转轴，回转筒的下侧部一体成型有上粗下细的第二圆锥筒，第二圆锥筒的下端一体成型有上下通透且与回转筒连通的第二中空转轴，第一中空转轴和第二中空转轴的外径相同且均小于回转筒的外径，第一中空转轴通过第一轴承转动安装在第一轴承座上，外筒的底部固定安装有第二轴承座，第二中空转轴通过第二轴承转动安装在第二轴承座上，第二中空转轴的下端穿过第二轴承座并伸入到煤层中，进液管的左端朝下插接在第一中空转轴的上端并与第一中空转轴的上端转动连接，回转筒同中心设置在第一圆锥筒中，第一圆锥筒内部一体成型有套设在回转筒外部的内筒，内筒的上侧边、回转筒的上侧面和第一圆锥筒的上侧边齐平，内筒的下侧边固定连接在第一圆锥筒的下侧内壁上，内筒的外圆周与第一圆锥筒的内圆周之间形成有锥形环腔，内筒的内圆周和回转筒的外圆周之间形成有研磨环腔，回转筒的筒壁上均匀开设有若干个第一过滤孔，内筒的筒壁上均匀开设有若干个第二过滤孔，第一过滤孔的孔径大于第二过滤孔的孔径，第一过滤孔的中心线与该第一过滤孔处回转筒的筒壁切线之间夹角为锐角，回转减速电机固定安装在外筒体的下侧部外壁上，第一驱动轴水平设置在外筒内部且位于内筒上方，第一驱动轴的两端转动安装在外筒的下侧部筒壁上，回转减速电机的输出轴同轴传动连接第一驱动轴的一端，第一中空转轴上固定套装有第一蜗轮，第一驱动轴的中部固定套装有与第一蜗轮啮合传动的第一中空蜗杆。

左侧的机械破碎装置包括破碎圆筒、破碎仓、破碎旋转轴、破碎减速电机和第二驱动轴，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第三过滤孔，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二支架，破碎圆筒的上侧部内壁上固定连接有位于第二支架上方的第三支架，破碎旋转轴通过第三轴承转动安装在第二支架和第三支架上，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第二蜗轮，破碎减速电机固定安装在破碎圆筒的上侧部外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，第二驱动轴水平设置在破碎圆筒内上侧部，第二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第二驱动轴的一端，第二驱动轴的中部固定套装有与第二蜗轮啮合传动的第二中空蜗杆，破碎旋转轴的下端固定连接有位于破碎圆管中的挤压辊，破碎旋转轴的中心线与挤压辊的中心线平行且间隔设置，破碎旋转轴的中部外圆周上圆周阵列固定设置有位于第二支架和第三支架之间的若干块螺旋叶片。

离心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)、水平井段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；

(2)、液体在水平井段内从中部向左端流动，并通过左侧的离心分离装置后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，并通过右侧的离心分离装置后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离心分离装置的下端口排出并回填至水平井段下侧煤层中，而较小颗粒的煤屑通过初步研磨破碎后随液体一起从离心分离装置的上端口排出进入竖直井段内，从而实现对液体中煤屑的分离和初步研磨破碎，将较大颗粒的煤屑分离出液体并回填到煤层中，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，并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二次研磨破碎，二次研磨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)中的初步分离和初步研磨破碎以及上述的二次研磨破碎后随液体从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，并通过左侧进液管的右端口进入左侧回转筒中，同时，回转减速电机通电工作，回转减速电机的输出轴传动第一驱动轴高速转动，第一驱动轴中部的第一中空蜗杆啮合传动第一中空转轴上的第一蜗轮，从而驱动第一中空转轴高速转动，使回转筒在内筒中高速旋转，则液体在回转筒内随回转筒一起高速旋转，液体中较大颗粒的煤屑在回转筒内做离心运动，较大颗粒的煤屑便会在重力和离心力作用下沿着回转筒内壁螺旋向下移动，并聚集到第二圆锥筒底部经由第二中空转轴的下端口排出，较大颗粒的煤屑便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经回转筒上的各个第一过滤孔排出，液体进一步通过内筒上的第二过滤孔进入外筒内并向上通过外筒的上端口流入左侧竖直井段内，而较小颗粒的煤屑进入到回转筒与内筒之间的研磨环腔中，当较小颗粒的煤屑尺寸大于第二过滤孔时，较小颗粒的煤屑便会在研磨环腔中随回转筒的转动而受到回转筒和内筒的初步研磨破碎，直至较小颗粒的煤屑尺寸小于第二过滤孔，初步研磨破碎后的煤屑便会通过第二过滤孔进入外筒内，再随液体一起从外筒的上端口排出进入左侧竖直井段内，同理，液体从水平井段内中部向右端流动时，液体流经右侧离心分离装置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分离和初步研磨破碎，将较大颗粒的煤屑分离出液体并回填到煤层中，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，如果液体中煤屑的粒径大于各个第三过滤孔的孔径，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，破碎减速电机通电工作，破碎减速电机的输出轴传动第二驱动轴高速转动，第二驱动轴中部的第二中空蜗杆啮合传动破碎旋转轴上端的第二蜗轮，从而驱动破碎旋转轴高速转动，则破碎旋转轴带动挤压辊在破碎圆管内高速旋转，挤压辊高速旋转并将进入破碎圆管中的煤屑研磨破碎成更小颗粒的煤屑，使煤屑二次研磨破碎，二次研磨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，从而可降低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二次研磨破碎，保证了液体中的煤屑经步骤(2)中的初步分离和初步研磨破碎以及上述的二次研磨破碎后随液体从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离心分离装置，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，水平井段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，液体经过离心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，液体流经离心分离装置时，液体中较大颗粒的煤屑经离心分离装置的下端口排出并回填至水平井段下侧煤层中，而较小颗粒的煤屑通过初步研磨破碎后随液体一起从离心分离装置的上端口排出进入竖直井段内，从而实现对液体中煤屑的分离和初步研磨破碎，将较大颗粒的煤屑分离出液体并回填到煤层中，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第三过滤孔的孔径，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通电工作，破碎减速电机的输出轴传动第二驱动轴高速转动，第二驱动轴中部的第二中空蜗杆啮合传动破碎旋转轴上端的第二蜗轮，从而驱动破碎旋转轴高速转动，则破碎旋转轴带动挤压辊在破碎圆管内高速旋转，挤压辊高速旋转并将进入破碎圆管中的煤屑研磨破碎成更小颗粒的煤屑，使煤屑二次研磨破碎，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，从而可降低破碎减速电机消耗的功率，二次研磨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离心分离装置的初步分离和初步研磨破碎以及机械破碎装置的二次研磨破碎后随液体从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是本发明的离心分离装置剖切四分之后的结构示意图。

图3是本发明的离心分离装置的俯视图。

图4是图3中A-A向剖视图。

图5是本发明的离心分离装置中的回转筒的结构示意图。

图6是本发明的机械破碎装置剖切四分之后的结构示意图。

图7是本发明的机械破碎装置的俯视图。

图8是图7中B-B向剖视图。

图9是图7中C-C向剖视图。

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，离心分离与机械破碎式煤屑清理系统，包括两个离心分离装置1和两个机械破碎装置2，两个离心分离装置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。

左侧的离心分离装置1包括顶部敞口的外筒6、回转筒7、回转减速电机8和第一驱动轴9，外筒6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，外筒6的上端口与左侧竖直井段4的下端口对接，外筒6的右侧筒壁上固定安装有进液管10，进液管10的右端口与水平井段3左端口对接，进液管10右端下侧的外筒6下部穿过水平井段3下侧内壁并位于煤层中，进液管10的左端伸入到外筒6内中部并垂直向下弯折，外筒6的中部内壁上通过第一支架11固定安装有第一轴承座12，外筒6的下侧部一体成型有上粗下细的第一圆锥筒13，回转筒7的上端一体成型有上下通透且与回转筒7连通的第一中空转轴14，回转筒7的下侧部一体成型有上粗下细的第二圆锥筒15，第二圆锥筒15的下端一体成型有上下通透且与回转筒7连通的第二中空转轴16，第一中空转轴14和第二中空转轴16的外径相同且均小于回转筒7的外径，第一中空转轴14通过第一轴承17转动安装在第一轴承座12上，外筒6的底部固定安装有第二轴承座18，第二中空转轴16通过第二轴承19转动安装在第二轴承座18上，第二中空转轴16的下端穿过第二轴承座18并伸入到煤层中，进液管10的左端朝下插接在第一中空转轴14的上端并与第一中空转轴14的上端转动连接，回转筒7同中心设置在第一圆锥筒13中，第一圆锥筒13内部一体成型有套设在回转筒7外部的内筒20，内筒20的上侧边、回转筒7的上侧面和第一圆锥筒13的上侧边齐平，内筒20的下侧边固定连接在第一圆锥筒13的下侧内壁上，内筒20的外圆周与第一圆锥筒13的内圆周之间形成有锥形环腔，内筒20的内圆周和回转筒7的外圆周之间形成有研磨环腔，回转筒7的筒壁上均匀开设有若干个第一过滤孔21，内筒20的筒壁上均匀开设有若干个第二过滤孔22，第一过滤孔21的孔径大于第二过滤孔22的孔径，第一过滤孔21的中心线与该第一过滤孔21处回转筒7的筒壁切线之间夹角为锐角，回转减速电机8固定安装在外筒6体的下侧部外壁上，第一驱动轴9水平设置在外筒6内部且位于内筒20上方，第一驱动轴9的两端转动安装在外筒6的下侧部筒壁上，回转减速电机8的输出轴同轴传动连接第一驱动轴9的一端，第一中空转轴14上固定套装有第一蜗轮23，第一驱动轴9的中部固定套装有与第一蜗轮23啮合传动的第一中空蜗杆24。

左侧的机械破碎装置2包括破碎圆筒25、破碎仓26、破碎旋转轴27、破碎减速电机28和第二驱动轴29，破碎圆筒25的外径小于左侧竖直井段4的内径，破碎圆筒25同中心竖向设置在左侧竖直井段4内，破碎圆筒25上下通透，破碎圆筒25的上端口外边沿和下端口外边沿均一体成型有圆环板30，圆环板30的外径与左侧竖直井段4的内径相等，两块圆环板30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25、破碎仓26和破碎旋转轴27的中心线重合，破碎仓26固定设置在破碎圆筒25内，破碎仓26为上小下大且下端敞口的圆锥斗结构，破碎仓26的下端边沿固定连接在破碎圆筒25的下侧部内壁上，破碎仓26上均匀开设有若干个第三过滤孔31，破碎仓26的上端中部一体成型有与破碎仓26内侧连通的破碎圆管32，破碎圆筒25的中部内壁上固定连接有位于破碎圆管32上方的第二支架33，破碎圆筒25的上侧部内壁上固定连接有位于第二支架33上方的第三支架34，破碎旋转轴27通过第三轴承(图未示)转动安装在第二支架33和第三支架34上，破碎旋转轴27的下端伸入到破碎圆管32中，破碎旋转轴27的上端固定安装有第二蜗轮35，破碎减速电机28固定安装在破碎圆筒25的上侧部外壁上且位于破碎圆筒25和左侧竖直井段4内壁之间的环状空间中，第二驱动轴29水平设置在破碎圆筒25内上侧部，第二驱动轴29的两端转动安装在破碎圆筒25的上侧部筒壁上，破碎减速电机28的输出轴同轴传动连接第二驱动轴29的一端，第二驱动轴29的中部固定套装有与第二蜗轮35啮合传动的第二中空蜗杆36，破碎旋转轴27的下端固定连接有位于破碎圆管32中的挤压辊37，破碎旋转轴27的中心线与挤压辊37的中心线平行且间隔设置，破碎旋转轴27的中部外圆周上圆周阵列固定设置有位于第二支架33和第三支架34之间的若干块螺旋叶片38。

离心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)、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；

(2)、液体在水平井段3内从中部向左端流动，并通过左侧的离心分离装置1后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，并通过右侧的离心分离装置1后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离心分离装置1的下端口排出并回填至水平井段3下侧煤层中，而较小颗粒的煤屑通过初步研磨破碎后随液体一起从离心分离装置1的上端口排出进入竖直井段4内，从而实现对液体中煤屑的分离和初步研磨破碎，将较大颗粒的煤屑分离出液体并回填到煤层中，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，并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2二次研磨破碎，二次研磨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)中的初步分离和初步研磨破碎以及上述的二次研磨破碎后随液体从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，并通过左侧进液管10的右端口进入左侧回转筒7中，同时，回转减速电机8通电工作，回转减速电机8的输出轴传动第一驱动轴9高速转动，第一驱动轴9中部的第一中空蜗杆24啮合传动第一中空转轴14上的第一蜗轮23，从而驱动第一中空转轴14高速转动，使回转筒7在内筒20中高速旋转，则液体在回转筒7内随回转筒7一起高速旋转，液体中较大颗粒的煤屑在回转筒7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回转筒7内壁螺旋向下移动，并聚集到第二圆锥筒15底部经由第二中空转轴16的下端口排出，较大颗粒的煤屑便回填至水平井段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经回转筒7上的各个第一过滤孔21排出，液体进一步通过内筒20上的第二过滤孔22进入外筒6内并向上通过外筒6的上端口流入左侧竖直井段4内，而较小颗粒的煤屑进入到回转筒7与内筒20之间的研磨环腔中，当较小颗粒的煤屑尺寸大于第二过滤孔22时，较小颗粒的煤屑便会在研磨环腔中随回转筒7的转动而受到回转筒7和内筒20的初步研磨破碎，直至较小颗粒的煤屑尺寸小于第二过滤孔22，初步研磨破碎后的煤屑便会通过第二过滤孔22进入外筒6内，再随液体一起从外筒6的上端口排出进入左侧竖直井段4内，同理，液体从水平井段3内中部向右端流动时，液体流经右侧离心分离装置1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分离和初步研磨破碎，将较大颗粒的煤屑分离出液体并回填到煤层中，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25的下端口进入左侧破碎圆筒25中，液体通过破碎仓26上的各个过滤孔后从左侧破碎圆筒25的上端口流出，在此过程中，如果液体中煤屑的粒径大于各个第三过滤孔31的孔径，则煤屑在液体流动的作用下便会聚集在破碎仓26的内侧顶部，由于破碎仓26的内壁为斜面，则煤屑便会朝向破碎仓26的内侧顶部中心移动聚集并进入破碎圆管32中，同时，破碎减速电机28通电工作，破碎减速电机28的输出轴传动第二驱动轴29高速转动，第二驱动轴29中部的第二中空蜗杆36啮合传动破碎旋转轴27上端的第二蜗轮35，从而驱动破碎旋转轴27高速转动，则破碎旋转轴27带动挤压辊37在破碎圆管32内高速旋转，挤压辊37高速旋转并将进入破碎圆管32中的煤屑研磨破碎成更小颗粒的煤屑，使煤屑二次研磨破碎，二次研磨破碎后的煤屑在液体流动带动下从破碎圆管32中流出并从左侧破碎圆筒25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38，则各块螺旋叶片38便会提供动力驱使破碎旋转轴27转动，从而可降低破碎减速电机28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25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二次研磨破碎，保证了液体中的煤屑经步骤(2)中的初步分离和初步研磨破碎以及上述的二次研磨破碎后随液体从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离心分离装置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，液体经过离心分离装置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，液体流经离心分离装置1时，液体中较大颗粒的煤屑经离心分离装置1的下端口排出并回填至水平井段3下侧煤层中，而较小颗粒的煤屑通过初步研磨破碎后随液体一起从离心分离装置1的上端口排出进入竖直井段4内，从而实现对液体中煤屑的分离和初步研磨破碎，将较大颗粒的煤屑分离出液体并回填到煤层中，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第三过滤孔31的孔径，则煤屑在液体流动的作用下便会聚集在破碎仓26的内侧顶部，由于破碎仓26的内壁为斜面，则煤屑便会朝向破碎仓26的内侧顶部中心移动聚集并进入破碎圆管32中，此过程中破碎减速电机28通电工作，破碎减速电机28的输出轴传动第二驱动轴29高速转动，第二驱动轴29中部的第二中空蜗杆36啮合传动破碎旋转轴27上端的第二蜗轮35，从而驱动破碎旋转轴27高速转动，则破碎旋转轴27带动挤压辊37在破碎圆管32内高速旋转，挤压辊37高速旋转并将进入破碎圆管32中的煤屑研磨破碎成更小颗粒的煤屑，使煤屑二次研磨破碎，其中，液体流动冲击各块螺旋叶片38，则各块螺旋叶片38便会提供动力驱使破碎旋转轴27转动，从而可降低破碎减速电机28消耗的功率，二次研磨破碎后的煤屑在液体流动带动下从破碎圆管32中流出并从左侧破碎圆筒25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离心分离装置1的初步分离和初步研磨破碎以及机械破碎装置2的二次研磨破碎后随液体从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 (6)

1.离心分离与机械破碎式煤屑清理系统，其特征在于：包括两个离心分离装置和两个机械破碎装置，两个离心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。

2.根据权利要求1所述的离心分离与机械破碎式煤屑清理系统，其特征在于：左侧的离心分离装置包括顶部敞口的外筒、回转筒、回转减速电机和第一驱动轴，外筒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，外筒的上端口与左侧竖直井段的下端口对接，外筒的右侧筒壁上固定安装有进液管，进液管的右端口与水平井段左端口对接，进液管左端下侧的外筒下部穿过水平井段下侧内壁并位于煤层中，进液管的左端伸入到外筒内中部并垂直向下弯折，外筒的中部内壁上通过第一支架固定安装有第一轴承座，外筒的下侧部一体成型有上粗下细的第一圆锥筒，回转筒的上端一体成型有上下通透且与回转筒连通的第一中空转轴，回转筒的下侧部一体成型有上粗下细的第二圆锥筒，第二圆锥筒的下端一体成型有上下通透且与回转筒连通的第二中空转轴，第一中空转轴和第二中空转轴的外径相同且均小于回转筒的外径，第一中空转轴通过第一轴承转动安装在第一轴承座上，外筒的底部固定安装有第二轴承座，第二中空转轴通过第二轴承转动安装在第二轴承座上，第二中空转轴的下端穿过第二轴承座并伸入到煤层中，进液管的左端朝下插接在第一中空转轴的上端并与第一中空转轴的上端转动连接，回转筒同中心设置在第一圆锥筒中，第一圆锥筒内部一体成型有套设在回转筒外部的内筒，内筒的上侧边、回转筒的上侧面和第一圆锥筒的上侧边齐平，内筒的下侧边固定连接在第一圆锥筒的下侧内壁上，内筒的外圆周与第一圆锥筒的内圆周之间形成有锥形环腔，内筒的内圆周和回转筒的外圆周之间形成有研磨环腔，回转筒的筒壁上均匀开设有若干个第一过滤孔，内筒的筒壁上均匀开设有若干个第二过滤孔，第一过滤孔的孔径大于第二过滤孔的孔径，第一过滤孔的中心线与该第一过滤孔处回转筒的筒壁切线之间夹角为锐角，回转减速电机固定安装在外筒的下侧部外壁上，第一驱动轴水平设置在外筒内部且位于内筒上方，第一驱动轴的两端转动安装在外筒的下侧部筒壁上，回转减速电机的输出轴同轴传动连接第一驱动轴的一端，第一中空转轴上固定套装有第一蜗轮，第一驱动轴的中部固定套装有与第一蜗轮啮合传动的第一中空蜗杆。

3.根据权利要求2所述的离心分离与机械破碎式煤屑清理系统，其特征在于：左侧的机械破碎装置包括破碎圆筒、破碎仓、破碎旋转轴、破碎减速电机和第二驱动轴，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第三过滤孔，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二支架，破碎圆筒的上侧部内壁上固定连接有位于第二支架上方的第三支架，破碎旋转轴通过第三轴承转动安装在第二支架和第三支架上，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第二蜗轮，破碎减速电机固定安装在破碎圆筒的上侧部外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，第二驱动轴水平设置在破碎圆筒内上侧部，第二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第二驱动轴的一端，第二驱动轴的中部固定套装有与第二蜗轮啮合传动的第二中空蜗杆，破碎旋转轴的下端固定连接有位于破碎圆管中的挤压辊，破碎旋转轴的中心线与挤压辊的中心线平行且间隔设置，破碎旋转轴的中部外圆周上圆周阵列固定设置有位于第二支架和第三支架之间的若干块螺旋叶片。

4.如权利要求3所述的离心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)、水平井段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；

(2)、液体在水平井段内从中部向左端流动，并通过左侧的离心分离装置后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，并通过右侧的离心分离装置后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离心分离装置的下端口排出并回填至水平井段下侧煤层中，而较小颗粒的煤屑通过初步研磨破碎后随液体一起从离心分离装置的上端口排出进入竖直井段内，从而实现对液体中煤屑的分离和初步研磨破碎，将较大颗粒的煤屑分离出液体并回填到煤层中，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，并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二次研磨破碎，二次研磨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)中的初步分离和初步研磨破碎以及上述的二次研磨破碎后随液体从U型生产井中排出更顺畅，避免了煤屑堵塞U型生产井。

5.根据权利要求4所述的离心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，并通过左侧进液管的右端口进入左侧回转筒中，同时，回转减速电机通电工作，回转减速电机的输出轴传动第一驱动轴高速转动，第一驱动轴中部的第一中空蜗杆啮合传动第一中空转轴上的第一蜗轮，从而驱动第一中空转轴高速转动，使回转筒在内筒中高速旋转，则液体在回转筒内随回转筒一起高速旋转，液体中较大颗粒的煤屑在回转筒内做离心运动，较大颗粒的煤屑便会在重力和离心力作用下沿着回转筒内壁螺旋向下移动，并聚集到第二圆锥筒底部经由第二中空转轴的下端口排出，较大颗粒的煤屑便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经回转筒上的各个第一过滤孔排出，液体进一步通过内筒上的第二过滤孔进入外筒内并向上通过外筒的上端口流入左侧竖直井段内，而较小颗粒的煤屑进入到回转筒与内筒之间的研磨环腔中，当较小颗粒的煤屑尺寸大于第二过滤孔时，较小颗粒的煤屑便会在研磨环腔中随回转筒的转动而受到回转筒和内筒的初步研磨破碎，直至较小颗粒的煤屑尺寸小于第二过滤孔，初步研磨破碎后的煤屑便会通过第二过滤孔进入外筒内，再随液体一起从外筒的上端口排出进入左侧竖直井段内，同理，液体从水平井段内中部向右端流动时，液体流经右侧离心分离装置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分离和初步研磨破碎，将较大颗粒的煤屑分离出液体并回填到煤层中，避免较大颗粒的煤屑堵塞U型生产井。

6.根据权利要求5所述的离心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，如果液体中煤屑的粒径大于各个第三过滤孔的孔径，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，破碎减速电机通电工作，破碎减速电机的输出轴传动第二驱动轴高速转动，第二驱动轴中部的第二中空蜗杆啮合传动破碎旋转轴上端的第二蜗轮，从而驱动破碎旋转轴高速转动，则破碎旋转轴带动挤压辊在破碎圆管内高速旋转，挤压辊高速旋转并将进入破碎圆管中的煤屑研磨破碎成更小颗粒的煤屑，使煤屑二次研磨破碎，二次研磨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，从而可降低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二次研磨破碎，保证了液体中的煤屑经步骤(2)中的初步分离和初步研磨破碎以及上述的二次研磨破碎后随液体从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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