[發明專利]礦床與地熱協同開采用采場充填降溫裝置及方法

有效

• 申請號: 201710419221.6
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107218738B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 張波;劉浪;張小艷;孫偉博;王美;陳柳;王燕;邱華富;秦學斌;王湃;朱超;方治宇;辛杰
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: F24T10/10
• 分類號: F24T10/10;F28D20/02;F28F27/00;E21C41/16
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司31253
• 代理人: 馮亮

技術領域

本發明屬于深部礦產資源開采技術領域，具體涉及一種礦床與地熱協同開采用采場充填降溫裝置及方法。

背景技術

隨著淺部礦產資源的逐漸減少和枯竭，開發深部礦產資源是國家保證資源安全、擴展經濟社會發展空間的重大需求。同時，深部礦產資源開發利用也符合《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》提出的“深空、深海、深藍和深地”四個領域的戰略要求。超大超深礦床開采技術是“深地”探索的重要領域，是向地球深部礦產資源進軍必須解決的戰略科技問題，也是代表現代礦業科技發展的高端。深部礦產資源開采處于高地應力、高地溫、高井深、高滲透壓等特殊環境，勢必給深部礦床開采帶來眾多科學技術難題，嚴重制約著礦山生產安全、效率和成本等。為此，突破超大超深礦床開采關鍵技術，提升深部礦產資源開發和利用能力，對于“決戰深部”戰略至關重要。

超大超深的礦床開采將會使礦井下形成更多的采空區、引發的更多的地質災害、環境破壞和固體廢棄物排放，必將成為制約深部礦產資源可持續開發利用與礦業健康發展的重要因素。然而，要徹底緩解資源、能源、環境和安全的瓶頸制約，必須突破傳統采礦技術屏障，大力發展以清潔生產、資源高效開采和廢物循環利用為特征的綠色可持續資源開發模式—充填采礦技術，同時也是未來深部采礦方法發展的必然趨勢。

就金屬礦山來說，據不完全統計，目前全世界千米礦井數目已超過150座，其中，南非深井礦山最多有76座，同時也擁有世界最大采深近4800m，平均采深已超過2000m，采深變化范圍為1524m-4800m，以金礦為主；加拿大有30座超千米礦山，采深變化范圍為1524m-2499m，以金、銅-鎳、銅-鉛-鋅礦為主；我國有17座礦山采深超過千米，采深變化范圍為1000m-1600m，以金、有色金屬礦為主，其中夾皮溝金礦為我國典型的深井開采礦山；美國有11座超千米礦山，采深變化范圍為1600m-2438m，以金、銅、銀礦為主。

對于超大超深礦床開采，熱害現象尤為顯著。世界上有許多國家先后出現礦井熱害問題，如秘魯的凱薩帕爾卡銅鉛鋅銀礦，早在1937年就在-823米水平上打了一條32千米的疏干巷道，用以疏干礦體中的熱水，1967年巷道中涌出熱水，水溫高達68.98℃，巖石溫度為61.1℃。南非金礦礦井深度大部分超過2000米，South Deep金礦采深達2800m時，巖石溫度達75℃；Mponeng金礦采深達4100米左右時，巖石溫度達66℃。日本是礦井熱害最多的國家，北海道的豐羽鉛鋅礦，巖石溫度69-130℃，其東南側的信濃礦體預計巖體溫度可達160℃，同時存在熱水和水蒸氣的地熱流體；鹿兒島的菱刈金礦，水溫60℃。美國的孤山銅礦，巖石溫度60℃，水溫36-52℃。此外，在贊比亞、墨西哥、尼加拉瓜、前捷克斯洛伐克、俄羅斯及德國等國也都發現礦井熱害。據初步統計，在國外，南非西部礦井在深度3300m處氣溫達到50℃；日本豐羽鉛鋅礦由于受熱水影響，在深度500m處氣溫高達80℃。隨著礦井開采深度的增加，礦井內的溫度將不斷加大。根據目前對地溫的認識，開采深度每增加1km，地下的巖石溫度將上升25℃。據此推算，如果想要獲取10000m深處的礦產資源，人類將面對250℃的巖石溫度。在現在的技術條件下，這是人類不可能忍受的。

對于深部礦床開采，高井溫是導致熱害的罪魁禍首。然而，高井溫對于地熱開發又是求之不得。地熱作為一種可再生清潔能源，從綠色開采角度來看，地熱也屬于深部開采的范疇。那么，能否可以實現深部礦產資源和地熱協同開采？假定可以借助深部礦產資源開采創造的開采系統，來開發地熱，至少具有以下幾個優勢：(1)已具備一定采深，無需從地表至采深段的鉆探工程，可為地熱開發節省成本；(2)深部空區以具備相當規模，高溫的巖石為地熱開發提供源源不斷的免費熱源；(3)深部開采具備完成的提升運輸通路，以及完備的電力、給排水系統，為地熱開發過程中管路布設和動力供應提供保障；(4)對于一個既定礦山終究會開采完畢，廢棄的礦山可以作為一個地熱開發的工廠。

因此，探索實現深部礦產資源與地熱協同開采的技術很有必要，現有技術中還缺乏這樣的技術。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種設計新穎合理、實現方便、功能完備、能夠實現高效的地熱開采并達到很好的采場降溫效果、實用性強、推廣應用價值高的礦床與地熱協同開采用采場充填降溫裝置。