煤、气、热协调共采系统

本申请涉及煤矿开采，尤其涉及一种煤、气、热协调共采系统。

背景技术：

1、随着煤矿开采深度的加大，井下高温热害、煤与瓦斯突出等问题越来越严峻。我国煤炭富集区地热资源量在全国的占比超过50％，开采煤炭过程中直接向空气中排放的瓦斯总量约为1.32×109m3，存在严重的煤炭伴生资源浪费问题。因此，当前亟需一种适应性好、成本低且能实现煤与其伴生资源同步回收的新开采技术及系统装备。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提出一种煤、气、热协调共采系统，以解决或部分解决上述问题。

2、所述系统，包括：煤气开采单元、煤水地热提升单元、气热利用单元；

3、所述煤气开采单元包括地面压裂液供给组件、定向钻杆、射流工具串；所述地面压裂液供给组件通过高压管路与所述定向钻杆连接，所述射流工具串设置在所述定向钻杆探入的煤层一侧；所述地面压裂液供给组件在破煤工作状态下通过所述高压管路向所述定向钻杆供给压裂液；所述压裂液经过所述定向钻杆，由所述射流工具串喷射至煤层进行射流割煤；

4、所述煤水地热提升单元包括空气压缩机、气水龙头、气举反循环双壁钻杆；所述空气压缩机通过所述气水龙头和高压管路与所述气举反循环双壁钻杆连接；所述气举反循环双壁钻杆铺设在煤层的一端设置有反循环牙轮钻头；所述空气压缩机通过所述气水龙头将压缩空气注入到所述气举反循环双壁钻杆，以使射流割煤后得到的煤渣、废弃压裂液以及溢出气体进行混合，形成混合物，所述混合物被所述反循环牙轮钻头以及所述气举反循环双壁钻杆收集至煤水气分离机中；

5、所述气热利用单元包括煤水气分离机、保温钢管、钢管、板式换热器，热泵机组、终端用热设施、清水罐；所述煤水气分离机与所述板式换热器通过保温钢管连接，所述板式换热器与所述清水罐通过所述钢管连接，所述热泵机组与所述终端用热设施通过所述保温钢管连接；所述煤水气分离机将所述混合物进行分离，得到循环液，所述循环液通过所述保温钢管注入所述板式换热器，以进行第一循环取能，所述板式换热器将第一循环取能得到的热能传输到所述热泵机组，以进行第二循环取能，所述热泵机组将第二循环取能得到的热能传输到所述终端用热设施，以进行热能释放。

6、可选地，所述地面压裂液供给组件包括压裂车、混合车、仪表车、清水罐；

7、所述清水罐中的清水通过所述混合车处理，得到所述压裂液，所述压裂液由所述仪表车供给到所述压裂车中。

8、可选地，所述高压管路与所述地面压裂液供给组件的连接方式为钩头连接，所述高压管路与所述定向钻杆的连接方式为锁死连接。

9、可选地，所述煤气开采单元的破煤钻孔分为垂直段、弯曲段、水平段，所述垂直段为地面到煤层顶板之上，与所述煤层顶板相距预设距离；所述水平段设置在煤层中；所述弯曲段为所述垂直段的终点到所述水平段的起点。

10、可选地，所述空气压缩机通过所述气水龙头和高压管路与所述气举反循环双壁钻杆连接；所述高压管路与所述气水龙头连接方式为锁死连接，所述高压管路与所述空气压缩机为钩头连接。

11、可选地，所述煤水气分离机、所述板式换热器与所述保温钢管连接方式为钩头连接；所述板式换热器与所述清水罐的连接方式为钩头连接。

12、可选地，所述气热利用单元还包括锅炉房，所述煤水气分离机包括至少气体出口、水出口、煤出口；

13、所述水出口与所述板式换热器连接；

14、所述气体出口与所述锅炉房通过高压管路连接，连接方式为锁死连接；

15、所述煤出口用于出煤。

16、可选地，所述热泵机组包括冷凝器以及蒸发器；

17、所述蒸发器用于吸收来源于所述板式换热器的热量；

18、所述冷凝器用于向所述用热设施循环释放热量。

19、可选地，所述气体出口通过所述高压管路与锅炉房连接，所述锅炉房燃烧气体发电供给所述热泵机组；经过所述热泵机组进行第二循环取能，提取循环液中的地热能供给用热设施；所述循环液经过第一循环取能之后经清水灌，注入煤气开采单元参与开采资源。

20、可选地，煤气资源开采完成后，保留所述煤水地热提升单元以及所述气热利用单元；循环液经过第一循环取能之后直接注入开采井中，以继续提取地层中的地热能。

21、从上面所述可以看出，本申请提供的一种煤、气、热协调共采系统，包括：煤气开采单元、煤水地热提升单元、气热利用单元；所述煤气开采单元包括地面压裂液供给组件、定向钻杆、射流工具串；所述地面压裂液供给组件通过高压管路与所述定向钻杆连接，所述射流工具串设置在所述定向钻杆探入的煤层一侧；所述地面压裂液供给组件在破煤工作状态下通过所述高压管路向所述定向钻杆供给压裂液；所述压裂液经过所述定向钻杆，由所述射流工具串喷射至煤层进行射流割煤；所述煤水地热提升单元包括空气压缩机、气水龙头、气举反循环双壁钻杆；所述空气压缩机通过所述气水龙头和高压管路与所述气举反循环双壁钻杆连接；所述气举反循环双壁钻杆铺设在煤层的一端设置有反循环牙轮钻头；所述空气压缩机通过所述气水龙头将压缩空气注入到所述气举反循环双壁钻杆，以使射流割煤后得到的煤渣、废弃压裂液以及溢出气体进行混合，形成混合物，所述混合物被所述反循环牙轮钻头以及所述气举反循环双壁钻杆收集至煤水气分离机中；所述气热利用单元包括煤水气分离机、保温钢管、钢管、板式换热器，热泵机组、终端用热设施、清水罐；所述煤水气分离机与所述板式换热器通过保温钢管连接，所述板式换热器与所述清水罐通过所述钢管连接，所述热泵机组与所述终端用热设施通过所述保温钢管连接；所述煤水气分离机将所述混合物进行分离，得到循环液，所述循环液通过所述保温钢管注入所述板式换热器，以进行第一循环取能，所述板式换热器将第一循环取能得到的热能传输到所述热泵机组，以进行第二循环取能，所述热泵机组将第二循环取能得到的热能传输到所述终端用热设施，以进行热能释放。本申请通过水力破煤、气举反循环抽煤的方式，实现了钻井液循环利用，降低了开采成本，同时能有效将地热资源、煤层气资源与煤炭同步回收利用，解决了常规煤系共伴生资源单一靶向性开发投资成本高，协同开发技术难度大、瓦斯抽采与煤炭开采的时空接替矛盾突出等相关技术壁垒，结合煤气热资源禀赋特征，通过创新开采技术模式并设计开发配置系统装备，将煤气地热资源打包整合开发，降低资源开发成本，实现传统能源与非化石能源一体化开发与利用新模式，推动了矿山开采技术的革新。

技术特征：

1.一种煤、气、热协调共采系统，其特征在于，包括：煤气开采单元、煤水地热提升单元、气热利用单元；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面压裂液供给组件包括压裂车、混合车、仪表车、清水罐；

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高压管路与所述地面压裂液供给组件的连接方式为钩头连接，所述高压管路与所述定向钻杆的连接方式为锁死连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述煤气开采单元的破煤钻孔分为垂直段、弯曲段、水平段，所述垂直段为地面到煤层顶板之上，与所述煤层顶板相距预设距离；所述水平段设置在煤层中；所述弯曲段为所述垂直段的终点到所述水平段的起点。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气压缩机通过所述气水龙头和高压管路与所述气举反循环双壁钻杆连接；所述高压管路与所述气水龙头连接方式为锁死连接，所述高压管路与所述空气压缩机为钩头连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述煤水气分离机、所述板式换热器与所述保温钢管连接方式为钩头连接；所述板式换热器与所述清水罐的连接方式为钩头连接。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气热利用单元还包括锅炉房，所述煤水气分离机包括至少气体出口、水出口、煤出口；

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述热泵机组包括冷凝器以及蒸发器；

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述气体出口通过所述高压管路与锅炉房连接，所述锅炉房燃烧气体发电供给所述热泵机组；经过所述热泵机组进行第二循环取能，提取循环液中的地热能供给用热设施；所述循环液经过第一循环取能之后经清水灌，注入煤气开采单元参与开采资源。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，煤气资源开采完成后，保留所述煤水地热提升单元以及所述气热利用单元；循环液经过第一循环取能之后直接注入开采井中，以继续提取地层中的地热能。

技术总结本申请提供一种煤、气、热协调共采系统，包括：煤气开采单元、煤水地热提升单元、气热利用单元，本申请通过水力破煤、气举反循环抽煤的方式，实现了钻井液循环利用，降低了开采成本，同时能有效将地热资源、煤层气资源与煤炭同步回收利用，解决了常规煤系共伴生资源单一靶向性开发投资成本高，协同开发技术难度大、瓦斯抽采与煤炭开采的时空接替矛盾突出等相关技术壁垒，结合煤气热资源禀赋特征，通过创新开采技术模式并设计开发配置系统装备，将煤气地热资源打包整合开发，降低资源开发成本，实现传统能源与非化石能源一体化开发与利用新模式，推动了矿山开采技术的革新。技术研发人员：曾一凡,杨东辉,李昊,武强,刘泽洋,赵佳,翟付龙,袁子龙,任君豪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：2024/7/11