[發明專利]一種深部煤炭與地熱協同開采設備及方法

有效

• 申請號: 201810021514.3
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108252714B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 張吉雄;齊文躍;張強;王佳奇;周楠
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21F15/00;F03G4/00;F24T10/15
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 樓高潮<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種深部煤炭與地熱協同開采設備及方法。該設備包括地熱開采地面系統、地熱開采地下系統、采煤系統和充填開采系統。方法是根據煤層條件布置充填采煤工作面形成采煤系統、充填系統；將吸熱、蓄熱以及正常似膏體的充填材料分別填充入采空區，在吸熱、蓄熱充填體內鋪設采熱管，形成吸熱帶與隔熱帶；從地面注入冷流體至工作面置換充填體內儲存的熱量形成熱流體，輸送至地面進行發電利用。本發明使深部充填與地熱開采協同，降低工作面溫度的同時，加強了資源的合理化開發利用。

技術領域

本發明涉及一種深部煤炭與地熱協同開采設備及方法，屬于深部煤炭資源充填開采技術領域。

背景技術

目前，深部煤炭資源開采進入常態化，尤其進入1000～2000m的深部煤炭資源開采條件，在復雜地質條件、高地應力、高低溫、高巖溶水壓、高瓦斯以及高強擾動的開采環境下，潛在災變過程集中表現為沖擊地壓頻率和強度增加、采場礦壓顯現強烈、地表沉陷難以預計以及強采礦活動擾動等，深部資源開采與災害防控面臨嚴峻挑戰。

充填采煤技術在巖層運動控制與潛在災變防控、固體廢棄物處理、地表沉陷控制、生態環境保護以及提高煤炭資源采出率方面具有顯著的技術優勢，煤礦綠色開采的核心技術之一，是解決深部資源開采的主要技術選擇。地熱作為一種可再生清潔能源，在進入深部開采之后，巖層溫度增速為(10-40)℃/km，如何降低工作面溫度，促進地熱資源的開發是深部開采面臨的重要難題。為了有效控制巖層運動，在采用充填開采的同時，探索如何實現深部煤炭資源充填和地熱協同開采對深部資源開發具有重要意義。

發明內容

為了克服現有的技術的上述不足，本發明提供一種深部煤炭與地熱協同開采設備及方法，能在降低工作面溫度的同時，加強資源的合理化開發利用。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種深部煤炭與地熱協同開采設備，包括地熱開采地面系統、地熱開采地下系統、采煤系統和充填開采系統，所述采煤系統和充填開采系統按照似膏體充填開采工作面布置；所述的地熱開采地面系統包括發電工作平臺、儲冷流體集流裝置和儲熱流體集流裝置，發電工作平臺分別連接儲冷流體集流裝置和儲熱流體集流裝置，儲冷流體集流裝置和儲熱流體集流裝置的出口分別連接送流管路和回流管路；所述的地熱開采地下系統包括布置在充填體內的采熱管以及分別連接于其兩端的送流管路、回流管路，送流管路和回流管路分別布置于進風巷和回風巷，并從副井內鋪設至工作面。

一種深部煤炭與地熱協同開采方法，包括如下步驟：

1)根據煤層條件布置充填采煤工作面，分別形成采煤系統和充填系統；

2)進行第一充填步距回采，煤炭回采后進行充填，將似膏體充填材料填充入采空區，至采高一半處，停止充填；待似膏體充填材料初凝后，鋪設采熱管，分別連接送流管路、回流管路，繼續進行充填，直至充填材料與頂板相接，形成采熱充填體，即吸熱帶；

3)待第一充填步距內似膏體充填材料終凝后，進行第二充填步距回采，將常態的似膏體充填材料填充入采空區，完成充填后形成隔熱帶；

4)按照充填步距，重復步驟2)、3)，間隔布置吸熱帶與隔熱帶，完成各步距回采和充填；

5)采空區充填完成后，從發電工作平臺提供動力泵送儲冷流體集流裝置的冷流體，注入到送流管路中輸送至工作面內與其連接的采熱管中，冷流體吸收采空區內吸熱、蓄熱充填材料內儲存的熱量，轉換為熱流體，經過回流管路，輸送至地面儲熱流體集流裝置，再連接至發電工作平臺進行利用，完成閉路循環。