[發明專利]一種深部礦山地熱能與煤炭資源流態化協同開采方法

有效

• 申請號: 202010724561.1
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111997612B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 孫強;張吉雄;周楠;李百宜;劉恒鳳
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21F15/06;F24T10/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明公開了一種深部礦山地熱能與煤炭資源流態化協同開采方法，包括采用深部原位無人智能盾構機進行煤炭資源采掘作業，開采后的煤粉經螺旋輸送機與管路系統流態傳輸至地表；采用條帶式、房柱式等部分開采方法，利用深部原位無人智能盾構機對煤層鄰近薄煤線或較軟弱地熱能儲層進行開采，構筑地熱能存儲空間；開采后的地熱能儲層巖粉添加粉煤灰、水泥等膠結料后，經泵送管路系統流態化傳輸至煤層工作面采空區進行充填作業；地熱能儲層空間構建后，鋪設冷水回灌與熱水提取管路，構筑區域隔離擋墻，形成地熱能循環開采系統；從而達到深部礦山地熱能與煤炭資源的流態化協同開采目的。本發明可實現深部礦山資源的流態化綜合開發，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于深部礦山資源綜合開發技術領域，尤其涉及一種深部礦山地熱能與煤炭資源流態化協同開采方法。

背景技術

深部巖體基本處于三向等壓狀態時，深部巖體進入全范圍塑性流變狀態，巖層運動、 圍巖支護、災害預警與防治等將難以控制，現有的固體礦物資源的開采方式將難以適用。 煤炭深部原位流態化開采就是將深部煤炭就地原位轉化為氣態、液態或氣固液混態物質，在井下原位實現無人智能化的流態化開采技術。原位流態化開采可以改變目前礦業 領域生產效率低、安全性差、生態破壞嚴重、資源采出率低、地面運輸/轉化能量損耗大 等一系列問題，實現深部煤炭資源開采理念與模式的變革。

地熱資源是一種綠色低碳、可循環利用的可再生能源，具有儲量大、分布廣、清潔環保、穩定性好、用途廣泛等特點，是一種現實可行且具有競爭力的新型清潔能源。目前，以熱泵技術為主的淺層水熱型含水層地熱能供暖（制冷）技術已基本成熟，而現有深層地熱能儲層壓裂與冷水回灌技術難度較大，可控性與抽采效率較低。深部煤炭資源流態化開采過程中，為有效控制采場巖層移動，避免沖擊礦壓等災害，采空區需要進行流態化充填作業。

因此，為實現深部礦山煤炭資源的流態化安全開采與流態化充填作業、深部礦山地熱能資源的流態化高效循環開采，亟需研發一種深部礦山地熱能與煤炭資源流態化協同開采方法以解決上述問題。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于提供一種深部礦山地熱能與煤炭資源流態化協同開采方法，實現深部礦山地熱能的高效循環提取與深部煤炭資源的流態化安全開采。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種深部礦山地熱能與煤炭資源流態化協同開采方法，具體包括以下步驟：

步驟a，根據煤層實際采礦地質條件，布置長壁逐巷流態化采煤工作面，進行工作面相關采掘設備選型、系統布置，采用無人智能盾構機進行煤炭資源無人智能化采煤作業，開采后的煤粉經螺旋輸送機與管路系統流態化運輸至地表；

步驟b，采用條帶式、房柱式等部分開采方法，利用無人智能盾構機對煤層下部鄰近軟弱地熱能儲層進行開采，構筑地熱能存儲所需的空間；

步驟c，開采后的地熱能儲層巖粉添加粉煤灰、水泥等膠結材料后，通過泵送管路系統經運料巷輸送至流態化采煤工作面開采后的采空區進行充填作業，形成充填體；

步驟d，地熱能儲層開采后，鋪設冷水回灌管路與熱水提取管路，便于水熱型地熱能的有效存取，在停采線位置構筑區域隔離擋墻，形成地熱能循環開采系統；

步驟e，管路鋪設及隔離擋墻實施完成后，向地熱能存儲空間內注入冷水，在該區域內布置有水位監測與溫度傳感裝置，實時在線監測水熱型地熱能存儲量與溫度閾值；完成本采區地熱能與煤炭資源流態化協同開采作業；

步驟f，重復步驟a~e，完成其它采區地熱能與煤炭資源流態化協同開采作業。

作為本發明一種深部礦山地熱能與煤炭資源流態化協同開采方法的進一步優選方案，在步驟a中，煤炭資源流態化采掘作業由巷道掘進斷面與長度決定，流態化充填作業工序主要由膠結充填材料凝結時間與強度決定，兩者協調配合完成整個采區開采。