基于地面钻孔的煤与煤层气开采系统、方法及相关设备

本申请涉及钻井工程，尤其涉及一种基于地面钻孔的煤与煤层气开采系统、方法及相关设备。

背景技术：

1、煤炭作为不可再生能源，随着开采强度和需求量的不断增加，浅部赋存条件较好的煤炭资源逐渐消耗殆尽，煤矿行业逐渐转入深部煤炭资源开采。但深部开采难度大，成本高，不仅面临地质构造条件复杂、赋存情况不清楚等问题，还面临高地应力、高地温和高渗透压等难题。

2、其中，由于自然或人为因素影响，部分煤层可能煤厚较小，且倾角过大，对开采造成了一些不利影响，同时，相关技术中，对于这样煤层的开采需要特别兼顾地下设施的安装和管理，存在一定的危险性和开采成本。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提出一种基于地面钻孔的煤与煤层气开采系统、方法及相关设备，以解决或部分解决上述问题。

2、基于上述目的，本申请提供了一种基于地面钻孔的煤与煤层气开采系统，包括：

3、钻井；

4、煤层开采钻头，设置于煤层内预设的定向钻孔的端部位置，通过连接管道与所述钻井连接；

5、地面设施组，与所述钻井连接，用于为所述煤层开采钻头提供开采煤层用的割煤浆液，接收携带煤炭及煤层气的回流浆液，并对所述携带煤炭及煤层气的回流浆液进行沉淀和分离；

6、其中，所述煤层开采钻头为条形结构，侧壁上设置有至少两对喷嘴，被配置为能够利用所述喷嘴将所述割煤浆液喷出对所述煤层进行开采，并利用喷出的所述割煤浆液在采煤部位形成压强，将形成的所述回流浆液压入所述定向钻孔，以通过所述定向钻孔将所述回流浆液送回所述钻井及所述地面设施组。

7、在一些实施方式中，述煤层开采钻头的所述喷嘴包括：至少一对割煤喷嘴，其中一半割煤喷嘴为直射流喷嘴，另一半割煤喷嘴为旋转射流喷嘴；

8、所述至少一对割煤喷嘴在所述煤层开采钻头的侧壁上沿同一截面的周向均匀分布，两种割煤喷嘴间隔交替排列，并竖直设置于所述侧壁上，被配置为通过喷出所述割煤浆液对煤层进行采煤工作。

9、在一些实施方式中，所述煤层开采钻头的所述喷嘴包括：至少一对冲洗喷嘴；

10、所述至少一对冲洗喷嘴在所述煤层开采钻头的侧壁上沿同一截面的周向均匀分布，并倾斜设定角度的设置于所述侧壁上，被配置为通过喷出所述割煤浆液在开采完的区域形成高压区域，并辅助所述割煤喷嘴完成对所述煤层的采煤工作。

11、在一些实施方式中，所述地面设施组包括：水罐单元，混砂单元，压裂泵单元，管汇单元；其中，所述水罐单元与所述混砂单元连接，所述压裂泵单元与所述混砂单元连接，所述管汇单元与所述压裂泵单元及所述钻井连接。

12、在一些实施方式中，所述地面设施组还包括：气体分离单元，沉淀单元，循环单元；其中，所述气体分离单元与所述钻井及所述沉淀单元连接，用于接收所述回流浆液，并分离其中的气体成分，并将剩余浆液输送至所述沉淀单元；所述沉淀单元与所述循环单元连接，用于对所述剩余浆液进行固体沉淀，并将液体部分输送至所述循环单元；所述循环单元与所述水罐单元连接。

13、基于同一构思，本申请还提供了一种应用如上任一项所述的基于地面钻孔的煤与煤层气开采系统的基于地面钻孔的煤与煤层气开采方法，包括：

14、获取煤层信息，确定钻井及地面设施组设置位置；

15、响应于根据预设规则完成了定向钻孔的打孔及煤层开采钻头的设置，控制所述地面设施组通过所述钻井及连接管道向所述煤层开采钻头提供加压的割煤浆液；

16、控制所述煤层开采钻头开启喷嘴，并控制所述钻井带动所述连接管道及所述煤层开采钻头进行回撤，以利用喷出的所述割煤浆液对煤层进行开采；

17、控制地面设施组通过所述钻井从定向钻孔中接收携带煤炭及煤层气的回流浆液。

18、在一些实施方式中，所述控制地面设施组通过所述钻井从定向钻孔中接收携带煤炭及煤层气的回流浆液之后，所述方法还包括：

19、对所述回流浆液的煤浆夹矸率进行监控；

20、响应于所述煤浆夹矸率大于预设区间，控制所述地面设施组降低割煤浆液的压力；

21、响应于所述煤浆夹矸率小于预设区间，控制所述地面设施组增加割煤浆液的压力。

22、在一些实施方式中，所述获取煤层信息，确定钻井及地面设施组设置位置，包括：

23、响应于根据所述煤层信息确定煤层的开采范围沿所述定向钻孔的布置方向不大于400米，设置一组所述煤与煤层气的地面开采系统；

24、响应于根据所述煤层信息确定煤层的开采范围沿所述定向钻孔的布置方向大于400米，在所述煤层的开采范围的两端相对位置设置两组相对的所述煤与煤层气的地面开采系统，并使两组相对的所述煤与煤层气的地面开采系统的两个煤层开采钻头相向设置且间隔设定距离。

25、基于同一构思，本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任一项所述的方法。

26、基于同一构思，本申请还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机实现如上任一项所述的方法。

27、从上面所述可以看出，本申请提供的一种基于地面钻孔的煤与煤层气开采系统、方法及相关设备，包括：钻井；煤层开采钻头，设置于煤层内预设的定向钻孔的端部位置，通过连接管道与所述钻井连接；地面设施组，与所述钻井连接，用于为所述煤层开采钻头提供开采煤层用的割煤浆液，接收携带煤炭及煤层气的回流浆液，并对携带煤炭及煤层气的回流浆液进行沉淀和分离；其中，煤层开采钻头为条形结构，侧壁上设置有至少两对喷嘴，被配置为能够利用喷嘴将割煤浆液喷出对煤层进行开采，并利用喷出的割煤浆液在采煤部位形成压强，将形成的回流浆液压入定向钻孔，以通过定向钻孔将回流浆液送回钻井及地面设施组。本申请利用煤层开采钻头对煤层进行水力采煤，并通过多个喷嘴形成的采集区域内的高压强，将采集的带有煤炭及煤层气的回流浆液压入定向钻孔，并通过定向钻孔返回地面，从而避免了人工井下开采因瓦斯或突水等灾害带来的安全风险，极大降低开采成本，并且由于煤层开采钻头只需要完成高压喷水工作，其体积可以设置的较小，从而可以满足小尺寸、角度大或构造复杂的煤层开采要求，同时结构相对简单，可以有效降低危险性和开采成本。

技术特征：

1.一种基于地面钻孔的煤与煤层气开采系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述煤层开采钻头的所述喷嘴包括：至少一对割煤喷嘴，其中一半割煤喷嘴为直射流喷嘴，另一半割煤喷嘴为旋转射流喷嘴；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述煤层开采钻头的所述喷嘴包括：至少一对冲洗喷嘴；

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面设施组包括：水罐单元，混砂单元，压裂泵单元，管汇单元；其中，所述水罐单元与所述混砂单元连接，所述压裂泵单元与所述混砂单元连接，所述管汇单元与所述压裂泵单元及所述钻井连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述地面设施组还包括：气体分离单元，沉淀单元，循环单元；其中，所述气体分离单元与所述钻井及所述沉淀单元连接，用于接收所述回流浆液，并分离其中的气体成分，并将剩余浆液输送至所述沉淀单元；所述沉淀单元与所述循环单元连接，用于对所述剩余浆液进行固体沉淀，并将液体部分输送至所述循环单元；所述循环单元与所述水罐单元连接。

6.一种应用如权利要求1至5任一项所述的基于地面钻孔的煤与煤层气开采系统的基于地面钻孔的煤与煤层气开采方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制地面设施组通过所述钻井从定向钻孔中接收携带煤炭及煤层气的回流浆液之后，所述方法还包括：

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取煤层信息，确定钻井及地面设施组设置位置，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6至8任一项所述的方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机实现权利要求6至8任一项所述的方法。

技术总结
本申请提供的基于地面钻孔的煤与煤层气开采系统、方法及相关设备，包括：钻井；煤层开采钻头，设置于煤层内预设的定向钻孔的端部位置，通过连接管道与所述钻井连接；地面设施组，与所述钻井连接，用于为所述煤层开采钻头提供开采煤层用的割煤浆液，接收携带煤炭及煤层气的回流浆液，并对携带煤炭及煤层气的回流浆液进行沉淀和分离；其中，煤层开采钻头为条形结构，侧壁上设置有至少两对喷嘴，被配置为能够利用喷嘴将割煤浆液喷出对煤层进行开采，并利用喷出的割煤浆液在采煤部位形成压强，将形成的回流浆液压入定向钻孔，以通过定向钻孔将回流浆液送回钻井及地面设施组。

技术研发人员：曾一凡,杨东辉,武强,任君豪,袁子龙,翟付龙,赵佳,李昊
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17