[發(fā)明專利]一種深部礦山水熱型地?zé)崮苎h(huán)與煤層協(xié)同開(kāi)采系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010526710.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111721013B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張吉雄;孫強(qiáng);周楠;李猛;劉恒鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F24T10/20
• 分類號(hào): F24T10/20;E21C41/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 王路

本發(fā)明公開(kāi)了一種深部礦山水熱型地?zé)崮苎h(huán)與煤層協(xié)同開(kāi)采系統(tǒng)，在煤層開(kāi)采系統(tǒng)上加設(shè)地?zé)崮苎h(huán)開(kāi)采系統(tǒng)，形成熱?煤協(xié)同開(kāi)采系統(tǒng)，具體為：工作面回采期間進(jìn)行沿空留巷，并在沿空留巷內(nèi)向鄰近含水層實(shí)施熱能提取與冷水回灌存儲(chǔ)的工藝鉆孔，包括抽采鉆孔、回灌鉆孔，鉆孔內(nèi)布置運(yùn)輸管路，對(duì)應(yīng)形成鋪設(shè)于N#工作面沿空巷道內(nèi)的熱能提取管路、鋪設(shè)于1#工作面沿空巷道內(nèi)的冷水回灌管路，所述熱能提取管路、冷水回灌管路均連接至地面的熱能處理站，形成地?zé)崮苎h(huán)開(kāi)采系統(tǒng)，所述N是煤層工作面開(kāi)采數(shù)量。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)深部礦山水熱型地?zé)崮芘c煤炭資源的綜合、協(xié)調(diào)、綠色開(kāi)采，具有廣闊應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于礦山能源開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深部礦山水熱型地?zé)崮苎h(huán)與煤層協(xié)同開(kāi)采系統(tǒng)，尤其適用于深部礦山水熱型地?zé)崮艿那鍧嶉_(kāi)采與循環(huán)利用。

背景技術(shù)

煤炭是我國(guó)的主體能源，我國(guó)中東部地區(qū)的淺部煤炭資源已近枯竭，但深部煤炭資源相對(duì)豐富，但由于深部開(kāi)采受“四高一擾動(dòng)”影響，礦井災(zāi)害頻繁，開(kāi)采設(shè)備要求高，開(kāi)采難度大，礦井生產(chǎn)成本增加，嚴(yán)重制約了深部礦井的高效生產(chǎn)與礦區(qū)環(huán)境協(xié)同發(fā)展。綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等因素影響，進(jìn)入深部開(kāi)采后，僅開(kāi)采煤炭資源已不利于深部礦井綠色礦山建設(shè)、煤炭企業(yè)節(jié)能減排與多元經(jīng)濟(jì)型綜合開(kāi)發(fā)。

地?zé)崮苁且环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生清潔能源，具有儲(chǔ)量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，是一種現(xiàn)實(shí)可行并且具競(jìng)爭(zhēng)力的清潔能源。我國(guó)地?zé)豳Y源豐富，按照正常地溫梯度推算，礦井垂深1000m處圍巖溫度可達(dá)35～45℃。據(jù)國(guó)土資源部2015年數(shù)據(jù)顯示，全球5km以內(nèi)地?zé)豳Y源量約4900萬(wàn)億噸標(biāo)煤，中國(guó)約1/6占，其中，中深層水熱型地?zé)崮苜Y源儲(chǔ)量約為13700億噸標(biāo)煤，開(kāi)發(fā)利用潛力巨大。

現(xiàn)有水熱型地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)方式主要分為兩類，第一類是取熱不取水的方式，包括依靠熱傳導(dǎo)取熱的地埋管式和依靠對(duì)流換熱的換熱器開(kāi)采，第二類是直接開(kāi)采地?zé)崃黧w的方式開(kāi)發(fā)地?zé)帷Ｖ苯娱_(kāi)采地?zé)崃黧w是取熱功率最高的地?zé)衢_(kāi)發(fā)方法，傳統(tǒng)的地?zé)崮荛_(kāi)采主要通過(guò)地面鉆井的方式進(jìn)行開(kāi)采，但其鉆孔成本較高，高應(yīng)力條件下含水層裂隙極易壓實(shí)閉合，冷水不易回灌，導(dǎo)致其開(kāi)采周期、效率較低。因此，在開(kāi)采深部煤層的同時(shí)，利用已有地下工作面、巷道等卸壓空間布置含水層地?zé)崮芴崛≡O(shè)備與系統(tǒng)，既可以解決單獨(dú)開(kāi)采煤炭造成的經(jīng)濟(jì)效益低的問(wèn)題，又可以高效開(kāi)采地?zé)崮芮鍧嵸Y源，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種深部礦山水熱型地?zé)崮苎h(huán)與煤層協(xié)同開(kāi)采系統(tǒng)，在開(kāi)采深部煤層的同時(shí)，利用已有地下工作面、巷道等卸壓空間布置含水層地?zé)崮芴崛≡O(shè)備與系統(tǒng)，既可以解決單獨(dú)開(kāi)采煤炭造成的經(jīng)濟(jì)效益低的問(wèn)題，又可以高效開(kāi)采地?zé)崮芮鍧嵸Y源，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種深部礦山水熱型地?zé)崮苎h(huán)與煤層協(xié)同開(kāi)采系統(tǒng)，在煤層開(kāi)采系統(tǒng)上加設(shè)地?zé)崮苎h(huán)開(kāi)采系統(tǒng)，形成熱-煤協(xié)同開(kāi)采系統(tǒng)，具體為：工作面回采期間進(jìn)行沿空留巷，并在沿空留巷內(nèi)向鄰近含水層實(shí)施熱能提取與冷水回灌存儲(chǔ)的工藝鉆孔，包括抽采鉆孔、回灌鉆孔，鉆孔內(nèi)布置運(yùn)輸管路，對(duì)應(yīng)形成鋪設(shè)于N#工作面沿空巷道內(nèi)的熱能提取管路、鋪設(shè)于1#工作面沿空巷道內(nèi)的冷水回灌管路，所述熱能提取管路、冷水回灌管路均連接至地面的熱能處理站，形成地?zé)崮苎h(huán)開(kāi)采系統(tǒng)，所述N是煤層工作面開(kāi)采數(shù)量。

進(jìn)一步的，水熱型地?zé)崮芴崛∨c存儲(chǔ)的具體工藝如下：

(a)提取工藝：熱能提取管路鋪設(shè)于N#工作面沿空巷道內(nèi)，水熱型地?zé)崮軓暮畬?7)通過(guò)熱能提取管路依次經(jīng)過(guò)沿空巷道、軌道上山、軌道大巷、車場(chǎng)、副井輸送管路提升至熱能處理站，經(jīng)過(guò)循環(huán)利用變成冷水等待下次系統(tǒng)循環(huán)；

(b)存儲(chǔ)工藝：由熱能處理站排出的冷水依次經(jīng)過(guò)副井、車場(chǎng)、軌道大巷、軌道上山，通過(guò)在1#工作面沿空巷道鋪設(shè)的冷水回灌管路注入含水層，等待高溫巖體熱傳導(dǎo)作用后進(jìn)行下次提取利用。

進(jìn)一步的，所述抽采鉆孔、回灌鉆孔的間距滿足下式：