低阶遗煤开采与热解一体化输运装置及方法

本发明属于低阶遗煤开采，具体涉及低阶遗煤开采与热解一体化输运装置及方法。

背景技术：

1、煤炭作为我国的主体能源，具有储量丰富、种类齐全和分布广泛等优势，煤炭是国家能源安全的“压舱石”和“稳定器”，有力支撑国民经济和社会平稳较快发展，是社会民生最为稳定的基石资源。但劣势在于优质煤炭资源储量低，低阶煤(褐煤和次烟煤)储量占煤炭已探明储量的60％左右。然而，随着国家煤炭去产能政策的实施和推进，促使一批资源枯竭及落后产能矿井加快关闭，形成大量关闭矿井；截至2021年底，我国累计关闭煤矿约5700处，预计到2030年，关闭矿井将达1.5万处。在过去相当长的时间内，为保障我国煤炭资源安全、高效和绿色开采，采场周围需要留设不同类型和功能的煤柱，如区段煤柱、条带煤柱、房柱式煤柱等。

2、另外，浅部遗煤开采和深部煤炭资源开采均是保障我国资源枯竭型矿井能源持续供给的重要举措。与深部资源开采相比，浅部遗煤开采具有地应力小、地温低、掘进量少和成本较低等诸多优势。浅部遗煤长期滞留在地下采空区，会受到邻近采动区的漏风影响，加剧遗煤的自然发火。一方面，产生co和so2等会污染环境的有害气体；另一方面，释放出具有温室效应的co2气体，加剧“碳”排放。许多浅部遗煤属于低阶烟煤或褐煤，若能实现新型的安全绿色高回收率开采，必将促进资源枯竭型矿井的可持续发展，满足区域经济对优质煤炭资源的迫切需求，推动煤炭行业科学技术的进步。

3、目前，综合机械化开采煤炭资源主要采用走向长壁采煤法，即利用双滚筒采煤机对走向范围(一般长度1000m到2500m)的煤壁进行截割同时上下调整开采高度，然后由刮板输送机将截割下的大块煤炭从工作面运输至巷道内的皮带上，经过长距离转运至煤仓，再提升至地面。

4、然而，传统的采煤工艺存在以下不足：

5、1、运输方式主要为皮带运输，占用巷道的有限狭窄空间；皮带运输，由于运输距离长，且突然启动时容易缠绕路过的行人或车辆设备，容易诱发安全事故，包括一些工人直接坐到皮带上下井工作，安全隐患很高，且巷道转弯处皮带运输不易调整方向，常导致煤炭洒出，还需另外的人工清理。

6、2、传统的机械化长壁滚筒采煤机的适用条件，只适用于长壁工作面，即需要煤壁呈整齐分布，且需较大范围(几百上千米)煤壁的开采，包括破煤-装煤-运煤-支护-处理的五大步骤；不适用资源枯竭型矿井的局部遗留煤炭资源、边角煤和小煤柱以及经济价值不高的低阶煤炭资源，导致煤炭资源利用效率不高，浪费严重。

7、3、传统采煤方法的智能化程度不足，需要大量人力操作，增大了安全风险，不符合目前提倡的少人化、无人化趋势和政策，急需进行煤炭资源开采的进一步智能化改良，尤其针对低阶遗留煤炭资源的新型智能化开采方法。

8、4、传统采煤方法采出的煤炭资源为原煤和矸石的混合产物，且原煤一般块度较大，需要运输至地面进一步粉碎和分选，增加了相应的生产成本；此外，混合的矸石无法有效筛选，导致煤炭的含矸率一般较高，达到50％～85％，对于煤炭品质影响较大。

9、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低阶遗煤开采与热解一体化输运装置及方法，以至少解决现有技术中存在的上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、低阶遗煤开采与热解一体化输运装置，所述装置包括：

4、开采系统，所述开采系统包括截割机构、接煤机构与传输机构；

5、截割机构至少包括转动设置的钻头，所述钻头上安装有截齿，通过钻头带动截齿转动，以截割钻取煤炭；

6、所述接煤机构至少包括托盘，所述托盘位于所述钻头的下方，所述托盘上设置有扒煤轮，所述托盘用于接取钻头截割下的煤炭，并由扒煤轮将煤炭输送至托盘下游；

7、所述传输机构包括螺旋输送机，所述螺旋输送机位于托盘的下游，托盘中的煤炭掉落至螺旋输送机中，所述螺旋输送机用于将煤炭向下游输送；

8、运输分选系统，所述运输分选系统包括输送皮带、煤矸识别分选机构与煤仓；

9、所述输送皮带的一端位于螺旋输送机的出口下方，另一端位于煤仓的入口上方，用于将煤炭转运至煤仓暂存；所述煤矸识别分选机构设置在输送皮带上，用于识别煤炭与矸石，并将矸石从煤体中分离；

10、破碎系统，所述煤仓的出口设置有螺旋送料机，螺旋送料机用于将煤炭输送至破碎系统中，通过破碎系统将煤炭破碎至设定的粒径；

11、热解系统，所述热解系统至少包括微波热解仓，所述微波热解仓位于破碎系统的下游，破碎后的煤炭进入至微波热解仓中进行微波热解。

12、如上所述的低阶遗煤开采与热解一体化输运装置，优选地，所述热解系统还包括生物质添加机构，所述生物质添加机构包括搅拌仓，所述搅拌仓的前后分别设置有负压吸入通道与搅拌仓出口，所述搅拌仓的顶部连通有生物质入料通道；

13、所述负压吸入通道与破碎系统连通，所述负压吸入通道用于将破碎至设定粒径的煤炭负压吸入至搅拌仓中；

14、所述生物质入料通道的顶部设置有生物质破碎机，生物质经过生物质破碎机破碎后通过生物质入料通道进入至搅拌仓中；

15、所述搅拌仓位于微波热解仓的上游，所述搅拌仓出口与微波热解仓连通，搅拌均匀的煤炭与生物质通过搅拌仓出口进入到微波热解仓中进行微波热解。

16、如上所述的低阶遗煤开采与热解一体化输运装置，优选地，所述热解系统还包括分选仓，所述分选仓位于微波热解仓的下游；所述分选仓与热解系统的出料通道连通，用于将所有热解产物均通过出料通道输送至分选仓中；

17、所述分选仓中设置有固体分选机构与多个疏水滤网，多个疏水滤网位于固体分选机构的上方；所述固体分选机构用于将焦油、兰炭与废料废渣进行分离；

18、所述固体分选机构包括并列设置的多个螺旋筛杆，所述螺旋筛杆由电机驱动转动；在螺旋筛杆的下方设置有分选料运输皮带，所述分选料运输皮带的下方设置有废料仓，所述螺旋筛杆的左右两侧设置有溜板；焦油与兰炭从相邻螺旋筛杆的间隙中掉落至分选料运输皮带上，通过分选料运输皮带将焦油与兰炭运输至下游，所述分选料运输皮带的上表面还设有运输刮板，所述运输刮板用于将焦油与兰炭从分选料运输皮带上刮下；

19、废料废渣从螺旋筛杆两侧掉落在溜板上，废料废渣通过溜板导向掉落至废料仓中。

20、如上所述的低阶遗煤开采与热解一体化输运装置，优选地，所述分选仓的顶部连通有气体输送管，所述气体输送管上设置有气体除湿装置与排气阀门，热解产物中的炉气进入至分选仓后，炉气上升依次穿过多个疏水滤网与气体除湿装置进入至气体输送管，由气体输送管将炉气运输至地面；

21、所述分选仓的侧面连通管链输送通道，管链输送通道的入口与分选仓中固体分选机构的分选料运输皮带对应设置。

22、如上所述的低阶遗煤开采与热解一体化输运装置，优选地，所述截割机构包括行走底盘，所述行走底盘上设置有割煤机底座，所述割煤机底座上转动设置有转动大臂，所述割煤机底座与转动大臂之间设置有竖向调向盘，转动大臂绕竖向调向盘的竖向中心轴线转动；

23、所述转动大臂上转动设置有转动小臂，所述转动小臂通过横向调向轴转动设置在转动大臂上，转动小臂绕横向调向轴的横向中心线转动；

24、所述转动小臂的端部转动设置有钻头。

25、如上所述的低阶遗煤开采与热解一体化输运装置，优选地，所述行走底盘上设置有托盘支架，所述托盘转动设置托盘支架上，所述托盘的后部设置有可伸缩托板，可伸缩托板位于螺旋输送机入料口的上方；

26、所述螺旋输送机的后端与行走底盘之间设置有伸缩支柱，以调整螺旋输送机的倾斜角度。

27、如上所述的低阶遗煤开采与热解一体化输运装置，优选地，所述转动大臂上还设置有多环境监测机构，多环境监测机构包括旋转钻与多环境传感器，通过旋转钻在煤壁中钻孔，然后将多环境传感器伸入到钻孔中，以监测煤体内的温度、湿度、瓦斯浓度信息。

28、如上所述的低阶遗煤开采与热解一体化输运装置，优选地，所述煤矸识别分选机构包括红外式矸石识别器与仿生矸石机械抓手，通过红外式矸石识别器监测识别输送皮带上的矸石坐标位置，并将矸石坐标位置信号传递给仿生矸石机械抓手，通过仿生矸石机械抓手将输送皮带上的矸石抓取分离。

29、如上所述的低阶遗煤开采与热解一体化输运装置，优选地，所述破碎系统包括一级破碎机与二级破碎机；

30、所述螺旋送料机的出料口连通一级破碎机，一级破碎机的出料口连通二级破碎机的入料口；

31、在一级破碎机的出料口设置有一级复合式筛网，在二级破碎机的出料口设置有二级筛网。

32、本发明还提供低阶遗煤开采与热解一体化输运方法，所述方法使用上述的低阶遗煤开采与热解一体化输运装置，所述方法包括以下步骤：

33、步骤1，多环境监测机构对待开采煤体的监测信号在安全范围内时，钻头带动截齿转动以截割钻取煤炭；

34、步骤2，截割下的煤炭掉落在托盘上，由扒煤轮将煤炭输送至托盘下游的螺旋输送机中，再由螺旋输送机将煤炭传输至输送皮带上；

35、步骤3，输送皮带上设置的红外式矸石识别器对煤炭中的矸石进行识别定位，并将矸石的位置信息传递给仿生矸石机械抓手，经仿生矸石机械抓手实现快速精准抓取并筛除矸石，剔除矸石后的煤炭被输送皮带转运至煤仓中暂存；

36、步骤4，煤仓底部的螺旋送料机稳定的将煤炭输送至一级破碎机中，经一级破碎机破碎后的煤炭经过一级复合式筛网进入到二级破碎机中，经二级破碎机破碎至设定粒径的煤炭颗粒，通过二级筛网后被负压吸入通道吸入至搅拌仓中，生物质经过破碎机破碎后通过生物质入料通道进入至搅拌仓中，通过搅拌叶片转动将生物质颗粒与煤炭颗粒混合均匀；

37、步骤5，混合均匀后的生物质颗粒与煤炭颗粒进入至微波热解仓中，调节微波热解仓的温度以及微波的频率、幅值等热解参数，使生物质颗粒与煤炭颗粒进行共热解，共热解产生焦油、炉气与兰炭三种能源产物以及废料废渣，同时热解过程实现脱硫除湿；

38、步骤6，将微波热解完成后的所有产物通过微波热解仓出口进入至分选仓中，炉气上升依次穿过多个疏水滤网与气体除湿装置进入至气体输送管，由气体输送管将炉气运输至地面；

39、步骤7，固体分选机构将焦油、兰炭与废料废渣进行分离，焦油与兰炭通过管链输送通道运输至地面，废料废渣进入至废料仓中，废料废渣与矸石共同作为充填材料使用。

40、有益效果：

41、该低阶遗煤开采与热解一体化输运装置适用于废弃矿井中的遗煤、薄煤层、局部三角煤、小煤柱，上行开采倾斜煤层等等，不好大规模机械化开采的煤炭资源；煤炭开采并破碎至设定粒径后，与生物质同步进行原位微波热解，不仅能够对煤炭中的水与含硫化合物的气化，实现煤炭的脱硫除湿，提高热解效率；而且煤炭微波热解后生成炉气、焦油与兰炭，煤炭热解产物通过封闭管链运输至地面，极大地提高了低阶遗煤的总体采收效率，提升低碳效益；热解后的废料废渣与煤矸识别分选机构筛选出的矸石储存至地下废弃矿井，或作为充填材料，充填煤柱开采后的空间，如此设置，不仅可以防止地表下沉，而且还能避免矸石等废渣占用地面土地资源，可避免造成矸石山的溃坝、崩塌、滑坡等所引发的人员伤亡，且不再污染土地；能够起到节约井上土地资源，更加环保的作用。

42、同时热解产物中的炉气通过气体输送管运输，焦油与兰炭通过管链输送通道运输，不仅能够实现对热解产物的全封闭传输，且传输利用管道，可实现传输方向的自由转换和调整，非常适合煤矿井下狭窄的巷道空间，节省运输所占用的空间和通道，并且适合于长距离运输。相较以往的敞开式皮带运输，安全性更高，传输效率也大大提高，且能够节省有限的巷道空间。