CN117514123A - 一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种煤炭原位可控直燃取能‑气化联合开采方法及系统。通过进气管端部安装的定向钻钻头，在钻进过程中识别破碎带、断层等地质构造，通过返排渣得到煤层夹矸情况，带动进气管在煤层内移动，以控制不同区域释氧段的氧化剂含量，控制燃烧过程；其次，当水平井处煤层燃尽形成燃空区后，调节钻进方向，为煤层任意方向的煤的燃烧提供富氧氧化剂或控制煤剧烈燃烧的保护气体，使远离水平井处的煤继续发生燃烧形成新的燃烧区域，从而减少水平井和水平管道的布置，进而，通过一条水平井即可实现煤层内的全方位开采，而不需要在另外开设水平井，即可充分保证煤层内各个方位的煤的充分燃烧、开采，有效提高了煤炭原位开采的效率。

Description

一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法及系统

技术领域

本申请涉及能源开采技术领域，特别涉及一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法及系统。

背景技术

煤炭开采中，传统的机械开采方式——爆破落煤、刀具切割煤炭等方法，对采场围岩的稳定性维护难度很大，开采系统复杂且开采能耗巨大。而煤炭的化学开采是人类清洁开发利用煤炭的革命性技术，，是在含煤底层人为诱导化学反应，进而提取原煤种的有用化学成分的无人化、智能化开采方法，从根本上改变了传统的煤炭开采工作，使得地下煤炭资源开采实现了地下无人化、地面无煤化、产品流态化，从而达到煤炭开采零死亡、环境零损害、资源清洁利用的目的。

目前，煤炭的化学开采方法主要分为三种技术：地下气化、地下热解和生物溶解。对于煤炭的地下气化，在气化过程中产生的反应难以控制，导致合成气成分波动很大；受煤层和地质条件的影响，容易出现井井之间相互漏水、通气等情况；而且气化出来的气体成分不稳定。此外，在煤炭气化过程中可能会产生大量的二氧化碳，这些二氧化碳难以处理，会对环境造成一定的影响；煤炭地下气化的效率也相对较低，需要消耗大量的氧气和热量，成本较高。

对于煤炭的地下热解，一方面，受地质条件的影响较大，在地下进行热解，需要深入到地下深层，对地质条件的要求较高，不同的地质条件可能会影响热解的效果和产物的品质；而且热解过程难以控制，在地下进行热解，需要控制好温度、压力等条件，保持适宜的化学反应条件，否则可能会影响产物的质量和产量；另一方面，地下热解对环境污染较大，地下热解过程中可能会产生一些有害气体和液体，如二氧化碳、硫化氢等，如果没有得到妥善的处理，会对环境造成较大的污染。

对于煤炭的生物溶解，不但作用缓慢，而且还会带来一些环境问题。比如，溶解煤的菌类不容易培养，菌类直接释放在底层中，对土壤及地下水的污染难以估量等。

因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法及系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法，包括：在开采煤田地表向下施工注入井和生产井，其中，注入井穿过覆岩，直达煤层中部，为开采区域起始点；生产井一次钻进完成，为开采区域终点；注入井井口至开采区域采用束管布置；其中，束管中部为工质流入管，工质流入管外围由多个进气管包围，进气管端部连接定向钻钻头，随煤层开采进度向煤层深部推进，进气管的近钻头段为释氧段，释氧段的管道表面分布有多个释放孔，以逸散氧化剂；注入井中束管圆弧光滑延伸至水平井中，且在工质流入管的端部套设点火加热装置；水平井中，前进方向上距进气管端部预设距离处设置气化产物收集器；其中，气化产物收集器围绕水平井中工质水平管布置，且通过气化产物收集管与气相色谱仪相连，以生成气化产物；工质水平管的两端分别与工质流入管、工质流出管相连，工质流出管的另一端、工质流入管的另一端分别与换热器或者涡轮机相连；气化产物收集管流出的气体产物通过气相色谱仪分析后，将气体组分信息反馈给供气调控设备，同时由供气调控设备调控进气管中的氧化剂通入量。

优选的，沿水平井的长度方向，依次将煤层划分为燃空区、富氧燃烧区、贫氧气化区、还原区和干馏干燥区；其中，释氧段位于富氧燃烧区，以通过释放孔向富氧燃烧区释放氧化剂；气化产物收集器随煤层开采依次在贫氧气化区、还原区和干馏干燥区移动。

优选的，注入井和生产井的井壁分别包裹有保温材料。

优选的，开设有释放孔的束管端部可在三维空间内任意移动，且每个进气管的释氧段均可单独控制氧化剂的通入量；水平井内，气化产物收集器可在三维空间内随定向钻钻头任意移动。

优选的，工质流入管、工质水平管、工质流出管、气化产物收集管均采用特斯拉管道。

优选的，在煤层开设有多个水平井；多个水平井的工质水平管相连，且共用一个工质流入管、一个工质流出管。

优选的，工质水平管上按照预设夹角设置有多个工质水平分管。

优选的，煤层燃烧时及后期热储温度保持在100℃以上的时间段内，通入工质流体为CO₂或者超临界CO₂；煤层经燃烧并采出余热后，形成的人造热储在温度达到100℃时，通入工质流体为水。

本申请实施例还提供一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采系统，包括：供气单元、换热单元、采集单元和供气调控设备；供气单元与注入井中布设的进气管连通，用于向煤层燃烧提供氧化剂或惰性气体；其中，进气管深入水平井中的端部安装有定向钻钻头，且靠近定向钻钻头处设置有多个释放孔；换热单元包括：换热器、工质流入管、工质水平管和工质流出管，工质流入管的一端与换热器或者涡轮机连接，另一端由注入井深入并与工质水平管的一端连接，且在工质流入管与工质水平管的圆弧光滑连接处套设点火加热装置；围绕工质水平管还布置有气化产物收集器；其中，气化产物收集器在水平井中，前进方向上距进气管端部预设距离处设置；工质水平管的另一端与工质流出管相连，工质流出管的另一端与换热器或涡轮机相连；采集单元包括气相色谱仪，气相色谱仪通过气化产物收集管与气化产物收集器相连，且气相色谱仪对气化产物收集管流出的气体产物分析后，将气体组分信息反馈给供气调控设备，由供气调控设备同时调控供气单元向进气管中的氧化剂通入量。

有益效果：

本申请实施例提供的煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法中，首先在开采煤田地表向下施工注入井和生产井，注入井穿过覆岩直达煤层中部，未开采区域起始点；生产井一次钻进完成，为开采区域终点；在注入井井口至开采区域采用束管布置；束管中部为工质流入管，工质流入管外围由多个进气管包围，进气管端部连接定向钻钻头，随煤层开采进度向煤层深部推进，进气管的近钻头段为释氧段，释氧段的管道表面分布有多个释放孔，以逸散氧化剂；注入井中束管圆弧光滑延伸至水平井中，且在工质流入管的端部套设点火加热装置；水平井中，前进方向上距进气管端部预设距离处设置气化产物收集器，气化产物收集器围绕水平井中工质水平管布置，且通过气化产物收集管与气相色谱仪相连，生成气化产物；工质水平管的两端分别与工质流入管、工质流出管相连，工质流出管的另一端、工质流入管的另一端分别与换热器相连；气化产物收集管流出的气体产物通过气相色谱仪分析后，将气体组分信息反馈给供气调控设备，同时，由供气调控设备调控进气管中的氧化剂通入量。

藉此，首先，通过进气管端部安装的定向钻钻头，在钻进过程中识别破碎带、断层等地质构造，通过返排渣得到煤层夹矸情况，带动进气管在煤层内移动，以控制不同区域释氧段的氧化剂含量，控制燃烧过程；其次，当水平井处煤层燃尽形成燃空区后，调节钻进方向，为煤层任意方向的煤的燃烧提供富氧氧化剂或控制煤剧烈燃烧的保护气体，使远离水平井处的煤继续发生燃烧形成新的燃烧区域，从而减少水平井和水平管道的布置，进而，通过一条水平井即可实现煤层内的全方位开采，而不需要在另外开设水平井，即可充分保证煤层内各个方位的煤的充分燃烧、开采，有效提高了煤炭原位开采的效率。

再者，通过气化产物收集器对在有氧环境下，燃烧产生的CO、H₂、C_xH_y等以及缺氧环境时生成的煤气等可燃气体进行及时收集，避免了能源浪费，有效提高能源利用率。同时，通过工质水平管中的取热介质将自然燃烧煤层所产生的热量带离，降低了煤剧烈燃烧产生的热动力灾害，将难利用的危险的易自燃煤层利用起来，降低了自燃煤层的灭火成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为根据本申请的一些实施例提供的一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法的流程示意图；

图2为根据本申请的一些实施例提供的在煤层较浅的条件下的“111”的布置方式示意图；

图3为根据本申请的一些实施例提供的在煤层较深的条件下的“1N1”的布置方式示意图；

图4为根据本申请的一些实施例提供煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采的分区示意图；

图5为根据本申请的一些实施例提供的一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

随着科技的发展，针对煤炭化学开采过程中地下气化、地下热解和生物溶解存在的问题，目前提出了煤储层原位燃烧取能方法，以在环境友好型的条件下将没资源进行安全高效利用。现有技术中，针对动力煤，实现了煤层地下原位可控持续燃烧，能将燃烧热充分采出和利用，并将碳进行地下原位埋藏的动力煤应用技术。但是这种方法的煤层在燃烧过程中，一方面，只能沿着水平井方向进行，远离水平井的煤层区域无法进行有效开采，需要重新布置水平井；另一方面，煤在有氧环境生成的CO、H₂、C_xH_y等和缺氧环境生成的煤气等气化产物逸散，未得到充分利用。

基于此，本申请提出了一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法，如图1至图4所示，该煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法包括：

步骤S101、在开采煤田地表向下施工注入井和生产井，注入井穿过覆岩，直达煤层中部，为开采区域起始点，生产井一次钻进完成，为开采区域终点。

本申请中，注入井、生产井的井壁分别包裹保温材料，有效减少高温工质流体、气化产物与覆岩产生热交换，增加工质流体的携热能力，防止气化产物温度降低，产生粘稠装、半固结状煤焦油堵塞管道，以使煤在有氧环境生成的CO、H₂、C_xH_y等和缺氧环境生成的煤气等气化产物能够进行顺畅收集。

步骤S102、注入井井口至开采区域采用束管布置，束管中部为工质流入管，工质流入管外围由多个进气管包围，进气管端部连接定向钻钻头，随煤层开采进度向煤层深入推进，进气管的近钻头段为释氧段，释氧段的管道表面分布多个释放孔，以逸散氧化剂。

本申请中，沿水平井的长度方向，依次将煤层划分为燃空区Ⅰ、富氧燃烧区Ⅱ、贫氧气化区Ⅲ、还原区和Ⅳ干馏干燥区Ⅴ。同时，在开采煤田地表建设供气站，供气站管路连接进气管，释氧段位于富氧燃烧区，由供气站提供富氧氧化剂或者控制煤剧烈燃烧的保护气体(惰性气体)。

其中，燃空区定义为煤层充分燃烧后遗留的煤渣和少量煤焦；在富氧燃烧区，煤层在富氧环境中，碳、甲烷和一氧化碳与氧发生多相化学反应，同时产生大量热能，储层温度和压力迅速升高，气流在压力推动下流向前方远处的煤层贫氧氧化区。而在贫氧氧化区，少量氧气随气压流入煤层，发生热解和缓慢氧化反应，产生少量热量，不能使煤完全氧化。高温气流继续随煤层燃烧方向向前方远处流动达到还原区。

在还原区，煤体受热传导和热辐射，温度达到[800℃，1000℃]，二氧化碳与炙热煤体相遇，还原为一氧化碳。同时储层中的水蒸气与碳发生反应生成一氧化碳、氢气和少量烃类气体。经过还原区的气流温度逐渐降低，以致还原作用停止，无氧的高温气流进入干流干燥区。

在干馏干燥区，无氧的高温气流进入干馏干燥区时，热作用使煤中的挥发成分和水蒸气析出，混合煤气一起向生产井移动并进一步热解生成一氧化碳、氢气和轻质烃类。

本申请中，主要是在富氧燃烧区进行燃烧取热，利用富氧氛围产生大量的二氧化碳和热量，热量在干燥原煤后发生煤气化反应，因此出气口产出气体大部分为CO₂，少部分为CO、C_xH_y和其它气体。

通过进气管端部安装的定向钻钻头，在钻进过程中识别破碎带、断层等地质构造，通过返排渣得到煤层夹矸情况，带动进气管在煤层的三维空间内进行任意移动，且每个进气管的释氧段可通过供气站的供气调控设备单独控制氧化剂的通入量，有效控制燃烧进程。通过供气调控设备调控氧气的通入量，当气相色谱仪测试得出CO₂含量少于50％时，供气调控设备自动增加氧气通入量，与此同时，贫氧气化区、还原区、干馏干燥区在贫氧环境下会产生气化产物，通过气化产物收集器进行收集。在此，需要说明的是，对气化产物收集器的结构形状并不进行限定，在一具体的例子中，气化产物收集器可采用喇叭口状结构，小口端与气化产物收集管相连。

本申请中，定向钻钻头带动进气管在煤层三维空间内任意移动，在当水平井处煤层燃尽形成燃空区后，调节钻进方向，为煤层任意方向的煤的燃烧提供富氧氧化剂(或控制煤剧烈燃烧的保护气体)，使远离水平井处的煤继续发生燃烧形成新的燃烧区域，从而减少水平井和水平管道的布置，进而，通过一条水平井即可实现煤层内的全方位开采，而不需要在另外开设水平井，即可充分保证煤层内各个方位的煤的充分燃烧、开采，有效提高了煤炭原位开采的效率。同时，当煤层剧烈燃烧时，可通过定向钻钻头向剧烈燃烧处移动，通入控制煤剧烈燃烧的保护气体，释放惰性气体进行灭火处理，有效防止煤层燃烧失控。

步骤S103、注入井中束管圆弧光滑延伸至水平井中，且在工质流入管的端部套设点火加热装置；水平井中，前进方向上距进气管端部预设距离处设置气化产物收集器，气化产物收集器围绕水平井中工质水平管布置，且通过气化产物收集管与气相色谱仪相连，生成气化产物。

本申请中，工质水平管的两段分别与工质流入管、工质流出管相连，工质流出管的另一端、工质流入管的另一端分别与换热器或涡轮机相连。通过工质水平管中的取热介质将自然燃烧煤层所产生的热量带离，降低了煤剧烈燃烧产生的热动力灾害，将难利用的、危险的易自燃煤层利用起来，降低了自燃煤层的灭火成本。

在一应用场景中，工质流出管还与外循环管连接，外循环管经过涡轮机发电或换热器取热(涡轮机与换热器并联)，并联管道分支设置两个阀门控制管道的通路和断路，并联管道汇聚于外循环管后，与工质流入管连接，涡轮机发电或换热器两侧设置工质调控设备，外循环管进气口侧设置工质流入口，由于工质流体的添加，以及工质流体循环损耗后的弥补。

发电换热设备(涡轮发电机或换热器)对工质流体携带的热量进行利用，而工质流体的温度过高或过低，均会造成发电换热设备的利用不充分，在此通过工质调控设备对流量阀进行调节，当工质流体温度过高时，由工质调控设备增加工质流入量；当工质流体温度过低时，由工质调控设备减少工质流入量。

在一具体的例子中，工质水平管上按照预设夹角设置有多个工质水平分管，每个工质水平分管分别与工质水平管成一定夹角，且多个工质水平分管在工质水平管上均布，以有效增大与煤层的接触面积，提高换热效率。

其中，在煤层较浅(800米以浅)的条件下，每个工质水平管分别匹配一个工质流入管和一个工质流出管，工质水平管、工质流入管、工质流出管之间采用“111”的布置方式。也就是说煤层中的一个水平井分别对应匹配一个注入井和一个生产井。由于煤层浅埋底层应力低，注入井和生产井使用长度低，与煤岩热交换较少，有效提高了热利用率。

在煤层较深(800米以深)的条件下，大量铺设竖井不但技术难度大，而且成本极高，本申请中，在煤层开设有多个水平井，多个水平井的工质水平管连通，且共用一个工质流入管、一个工质流出管。即多个工质水平管相互连通后，再连接于同一个工质流入管和同一个工质流出管，也就是说，深部条件下的多个水平井相互连通后，再共用一个注入井和一个生产井，形成“1N1”模式。藉以，有效避免了大量铺设竖井所带来的技术、成本问题；而且，只有一个生产井，竖井的整体长度得以有效减少，有效降低了热工质流体流出地表时，竖井与岩体发生热交换的能量。

在一具体的应用场景中，两个采区进行对称布置，使用同一竖井(同一注入井或同一生产井)，有效提高了竖井的利用效率。在煤质较好易于生产时，通入少量氧化剂即可使煤层能够持续燃烧而产生大量热量，使用同一个注入井即可满足氧化剂的通入需求；在煤质较差不利于生产时，通入大量氧化剂使煤层持续燃烧，但产生的热量较少，使用同一个生产井，即可满足生产需求。

本申请中，进气管、工质流入管、工质流出管、工质水平管、气化产物收集管的材质均为高温合金钢，提高耐高温和变形性能，进一步的，工质流入管、工质水平管、工质流出管、气化产物收集管均采用特斯拉管道，藉以，工质流体只能逆时针流动(即沿煤层的推进方向流动)，有效防止开采单元燃烧后内部温度高、压强大而导致工质、气化产物流体倒流。

气化产物收集器相对进气管的端部、围绕工质水平管进行布置，并能够在三维空间内随定向钻钻头任意移动。具体的，气化产物收集器在气化产物收集管的带动下沿水平井的轴向依次在贫氧氧化区、还原区、干馏干燥区随煤层开采进行移动，对在有氧环境下，燃烧产生的CO、H₂、C_xH_y等以及缺氧环境时生成的煤气等气体进行及时收集，避免了能源浪费，有效提高能源利用率。

步骤S104、气化产物收集管流出的气体产物通过气相色谱仪分析后，将气体组分信息反馈给供气调控设备，同时由供气调控设备调控进气管中的氧化剂通入量。

本申请中，主要是在富氧燃烧区进行燃烧取热，利用富氧氛围产生大量的二氧化碳和热量，热量在干燥原煤后发生煤气化反应，因此出气口产出气体大部分为CO₂，少部分为CO、C_xH_y和其它气体，当气相色谱仪测试得出CO₂含量少于50％时，供气调控设备自动增加氧气通入量，与此同时，贫氧气化区、还原区、干馏干燥区在贫氧环境下会产生气化产物，通过气化产物收集器进行收集。

在燃烧的不同阶段，所采用的工质流体是不同的。当煤层燃烧时及后期热储温度保持在100℃以上的时间段内，通入工质流体为CO₂或超临界CO₂。此时，由于CO₂在工质水平管内受热密度减小，注入井口和工质水平管的压强差，加速了CO₂在工质管道(工质流入管、工质水平管、工质流出管)中的流动，同时，利用CO₂良好的携热能力，迅速将煤燃烧产生的热量通过外循环管送至涡轮机发电。当煤层经燃烧并采出余热后，形成的人造热储在温度达到100℃时，通入工质流体为水，此时经工质流出管进入换热器进行换热。

易自然煤作为煤的一种特殊性质，在自然状态下会发生剧烈燃烧，产生热动力灾害，通过工质水平管中的取热介质将自然燃烧煤层所产生的热量带离，通过换热器换热或通过涡轮机发电，既降低了煤剧烈燃烧产生的热动力灾害，解决了易自然煤容易发生燃烧对人员带来危害，又将难利用的、危险的易自燃煤层利用起来，降低了自燃煤层的灭火成本；同时，又能充分利用它易燃的性质使氧化剂通入量减少，使煤层更容易持续燃烧。

本申请实施例还提供一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采系统，如图5所示，该煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采系统包括：供气单元、换热单元、采集单元和供气调控设备。

供气单元(氧化剂、惰性气体)与注入井中布设的进气管连通，用于向煤层燃烧提供氧化剂或惰性气体；其中，进气管深入水平井中的端部安装有定向钻钻头，且靠近定向钻钻头处设置有多个释放孔。

换热单元包括：换热器、工质流入管、工质流出管和工质水平管，工质流入管的一端与换热器或者涡轮机连接，另一端由注入井深入并与工质水平管的一端连接，且在工质流入管与工质水平管的圆弧光滑连接处套设点火加热装置；围绕工质水平管还布置有气化产物收集器；其中，气化产物收集器在水平井中，前进方向上距进气管端部预设距离处设置；工质水平管的另一端与工质流出管相连，工质流出管的另一端与换热器或涡轮机相连；

采集单元包括气相色谱仪，气相色谱仪通过气化产物收集管与气化产物收集器相连，且气相色谱仪对气化产物收集管流出的气体产物分析后，将气体组分信息反馈给供气调控设备，由供气调控设备同时调控供气单元向进气管中的氧化剂通入量。

本申请实施例提供的煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采系统能够实现上述任意煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法的步骤、流程，并达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法，其特征在于，包括：

在开采煤田地表向下施工注入井和生产井，其中，注入井穿过覆岩，直达煤层中部，为开采区域起始点；生产井一次钻进完成，为开采区域终点；

注入井井口至开采区域采用束管布置；其中，束管中部为工质流入管，工质流入管外围由多个进气管包围，进气管端部连接定向钻钻头，随煤层开采进度向煤层深部推进，进气管的近钻头段为释氧段，释氧段的管道表面分布有多个释放孔，以逸散氧化剂；

注入井中束管圆弧光滑延伸至水平井中，且在工质流入管的端部套设点火加热装置；水平井中，前进方向上距进气管端部预设距离处设置气化产物收集器；其中，气化产物收集器围绕水平井中工质水平管布置，且通过气化产物收集管与气相色谱仪相连，以生成气化产物；工质水平管的两端分别与工质流入管、工质流出管相连，工质流出管的另一端、工质流入管的另一端分别与换热器或者涡轮机相连；

气化产物收集管流出的气体产物通过气相色谱仪分析后，将气体组分信息反馈给供气调控设备，同时由供气调控设备调控进气管中的氧化剂通入量。

2.根据权利要求1所述的煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法，其特征在于，沿水平井的长度方向，依次将煤层划分为燃空区、富氧燃烧区、贫氧气化区、还原区和干馏干燥区；其中，释氧段位于富氧燃烧区，以通过释放孔向富氧燃烧区释放氧化剂；气化产物收集器随煤层开采依次在贫氧气化区、还原区和干馏干燥区移动。

3.根据权利要求1所述的煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法，其特征在于，注入井和生产井的井壁分别包裹有保温材料。

4.根据权利要求1所述的煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法，其特征在于，开设有释放孔的束管端部可在三维空间内任意移动，且每个进气管的释氧段均可单独控制氧化剂的通入量；水平井内，气化产物收集器可在三维空间内随定向钻钻头任意移动。

5.根据权利要求1所述的煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法，其特征在于，工质流入管、工质水平管、工质流出管、气化产物收集管均采用特斯拉管道。

6.根据权利要求1所述的煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法，其特征在于，在煤层开设有多个水平井；多个水平井的工质水平管相连，且共用一个工质流入管、一个工质流出管。

7.根据权利要求1所述的煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法，其特征在于，工质水平管上按照预设夹角设置有多个工质水平分管。

8.根据权利要求1所述的煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采方法，其特征在于，

煤层燃烧时及后期热储温度保持在100℃以上的时间段内，通入工质流体为CO₂或者超临界CO₂；

煤层经燃烧并采出余热后，形成的人造热储在温度达到100℃时，通入工质流体为水。

9.一种煤炭原位可控直燃取能-气化联合开采系统，其特征在于，包括：供气单元、换热单元、采集单元和供气调控设备；

供气单元与注入井中布设的进气管连通，用于向煤层燃烧提供氧化剂或惰性气体；其中，进气管深入水平井中的端部安装有定向钻钻头，且靠近定向钻钻头处设置有多个释放孔；

换热单元包括：换热器、工质流入管、工质水平管和工质流出管，工质流入管的一端与换热器或者涡轮机连接，另一端由注入井深入并与工质水平管的一端连接，且在工质流入管与工质水平管的圆弧光滑连接处套设点火加热装置；围绕工质水平管还布置有气化产物收集器；其中，气化产物收集器在水平井中，前进方向上距进气管端部预设距离处设置；工质水平管的另一端与工质流出管相连，工质流出管的另一端与换热器或涡轮机相连；

采集单元包括气相色谱仪，气相色谱仪通过气化产物收集管与气化产物收集器相连，且气相色谱仪对气化产物收集管流出的气体产物分析后，将气体组分信息反馈给供气调控设备，由供气调控设备同时调控供气单元向进气管中的氧化剂通入量。