[发明专利]一种地面定向钻井流态化水力采煤方法

说明书

本发明公开了一种地面定向钻井流态化水力采煤方法，包括建井施工、水力采煤、煤岩混合物上井、平行接续采煤作业等步骤。本地面定向钻井流态化水力采煤方法以定向钻技术为基础，在相对于煤层倾斜走向的高端位置自地面利用钻采一体化装置的钻进机构Ⅰ和采煤定向钻杆向煤层打设定向采煤钻井，同时自地面利用钻吸一体化装置的钻进机构Ⅱ和吸煤定向钻杆向煤层打设定向吸煤钻井，然后通过钻采一体化装置对煤层进行水力切割，煤层钻井段底端位置与煤层贯通钻井段贯通后，被水力切割下的煤岩混合物进入煤层贯通钻井段、被泥浆泵泵压提升上井，能够在实现无作业人员井下作业的前提下降低煤炭开采成本，特别适用于对倾斜走向的松软煤层进行煤矿开采。

技术领域

本发明涉及一种水力采煤方法，具体是一种地面定向钻井流态化水力采煤方法，属于煤矿开采技术领域。

背景技术

在我国的能源体系中，煤炭资源占已探明化石能源资源总量的97％左右，煤炭资源仍是能源安全稳定供应的主要能源。目前除了少量的露天采煤外，中国超过90％的煤矿均采用井工开采的方式，即通过在井下布置采煤巷道进行采煤、并通过运输系统将煤运输到地面。这种传统的井工开采方式一方面需要在井下施工大量的采煤巷道以及配套生产的硐室，岩土工程量巨大、煤炭开采成本高，且目前我国浅部煤炭资源已趋于枯竭，煤炭资源开采深度以平均每年10～25米的速度增加，开采深部煤炭资源将成为未来煤炭作为中国主体能源的重要支撑，这无疑会造成煤炭开采成本进一步增加；另一方面，虽然目前已实现机械化采煤，但井下设备安装、设备操作等作业环节仍需大量的作业人员，一旦发生煤与瓦斯突出事故，将造成大量人员伤亡，因此井工开采的安全性不高。

水力采煤是指利用水力来完成矿井生产的采煤、运输、提升等生产环节的全部或部分工作的开采技术，水力采煤方式可极大减少井下的巷道和井下作业人员的配置，煤炭开采成本低、采煤安全性高，水力采煤通常在不稳定煤层、急倾斜煤层、复采煤层以及煤层赋存不规则的区域或块段应用，只要煤层条件合适，就能充分发挥它的优势。

针对钻井水力采煤技术，申请号为02129521.2的中国发明专利公开了一种无人下井钻孔水力采煤方法，其公开了在竖井中安装包括高压水通道、压缩空气通道、返渣筒的开采管柱和包括射流喷嘴、混合室及刮刀钻头的开采设备，利用开采管柱上下移动及转动、开采和破碎周围的煤体；在混合室注入压缩空气、产生气举，水、煤在吸渣口充分混合经返渣筒提升至地表。这种传统的利用竖井水力采煤、并通过竖井原位提升水力切割下的煤岩混合物的方式，一方面，如该发明公开的开采管柱由直径大小不同的四层同心管子组成，高压水通道和压缩空气通道大大压缩了返渣筒的空间、且需保证密封效果，不仅存在开采装备及工艺复杂的问题，而且势必造成采煤竖井的钻孔直径尺寸较大、打设成本较高；另一方面，水力采煤过程中无法同时对返渣筒进行提升，从而导致开采效率较低；再一方面，由于气体的可压缩性较强，且煤层及岩层中的裂隙数量和走向无法具体确定、无法保证绝对的密闭效果，因此采用气举提升煤炭的方式存在不稳定性，即水力切割下的煤岩混合物经返渣筒顶端的排渣口排出时，通常出现停滞或井喷等波动的不连续现象。

为解决上述问题，本申请人申请的申请号为201911037344.9的中国发明专利公开了一种流态化煤气同采系统及其同采方法，该流态化煤气同采系统包括水力采煤部分、井底煤岩处理部分和煤岩输送部分，其中分置设置的水力采煤部分与井底煤岩处理部分可以各自工作、互不影响，可以大大减小采煤竖井的钻孔直径尺寸，且井底煤岩处理部分设置在与煤岩输送部分的独立输送立起井贯通的底巷道内，水力采煤出的煤岩混合物可以通过井底煤岩处理部分和煤岩输送部分进行煤岩分离后的分类运输上井。但这种采煤方法一方面仍需要在煤层底板中开掘底巷道、且底巷道内需要布置大量机械设备，存在需作业人员井下作业以及煤岩输送装备复杂、煤炭开采成本相对较高的问题；另一方面，由于单个采煤钻井实际采煤区域范围有限(通常实际采煤范围为直径2～5m的圆柱形区域)、单井采煤量小，因此在煤层走向范围内的地面上需打设较多的采煤钻井、施工工程量相对较大，且多个采煤钻井之间不可避免的会存在一定的遗煤。

发明内容