[發明專利]深部煤層頂板鉆孔煤熱氣共采方法

有效

• 申請號: 202010922606.6
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN111911224B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 孫路路;程衛民;王海山;王剛;劉義鑫;黃啟銘;張帥虎
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21C41/18;F24T10/10;G06F30/20;E21B47/07
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務所(普通合伙) 50240
• 代理人: 譚小容

本發明公開了一種深部煤層頂板鉆孔煤熱氣共采方法，在地表建設瓦斯抽采泵站，由副井進入深部煤層開采區域，并在第一水平位置設置集中換熱站，主取熱管路結合集中換熱站用于將冷水注入工作面并將熱水運輸至地面；沿副井向井下巷道布置瓦斯抽采管路用于將瓦斯抽采泵站連接至工作面；在工作面的頂板和底板上沿開采方向分別布設S型管路用于取熱或瓦斯抽采，其中頂板上的S型管路布置在裂隙帶；在采煤前，先將主取熱管路與工作面頂板、底板上的S型管路相連，并結合集中換熱站對工作面頂板、底板上的S型管路注水取熱等。通過優化施工步序和結構布置，減少鉆孔數量，簡化結構，提高取熱和施工效率。

技術領域

本發明屬于深部煤層開采技術領域，具體涉及一種深部煤層頂板鉆孔煤熱氣共采方法。

背景技術

面對世界發展大趨勢，我國致力于研究環保又可持續利用的新能源，地熱資源作為綠色的新型能源之一，具有開發利用過程成本低、可持續穩定利用和環保無污染等獨特優點。我國地熱資源儲量豐富，利用前景廣闊，現階段淺層中低溫的地熱資源一般以直接利用為主，高溫地熱資源則多用來進行發電。

在我國中東部地區，煤礦淺層資源逐漸開采殆盡，進而需要轉向深部煤層開采，隨著向深部煤層的開采，地熱現象愈發明顯，井下熱害愈加嚴重，而導致熱害的地熱資源又是寶貴的綠色新能源，在深部礦井中地熱資源豐富，且在礦井的建設生產過程中，需要布設大量巷道、鉆孔，沿布設的巷道鉆孔安裝管路可大大減少取熱成本，提高鉆孔的利用率。

發明內容

本發明旨在提供一種深部煤層頂板鉆孔煤熱氣共采方法，通過優化施工步序和結構布置，減少鉆孔數量，簡化結構，提高取熱和施工效率。

為此，本發明所采用的技術方案為：一種深部煤層頂板鉆孔煤熱氣共采方法，包括以下步驟：

第一步，在深部煤層開采區域的第一水平位置設置集中換熱站，由副井連接取熱管路至地面，集中換熱站通過主取熱管路連接至深部煤層開采的工作面，主取熱管路結合集中換熱站用于將冷水注入工作面并將熱水運輸至地面；在地表建設瓦斯抽采泵站，沿副井向井下巷道布置瓦斯抽采管路用于將瓦斯抽采泵站連接至工作面；

第二步，在工作面的頂板和底板上沿開采方向分別布設S型管路用于取熱或瓦斯抽采，其中頂板上的S型管路布置在裂隙帶；

第三步，在采煤前，先將主取熱管路與工作面頂板、底板上的S型管路相連，并結合集中換熱站對工作面頂板、底板上的S型管路注水取熱；

第四步，在工作面頂板、底板的S型管路出水管處安裝水溫探測裝置用于監測水溫，通過在集中換熱站控制冷水進水速度來控制水溫保持相對穩定；

第五步，在采煤時，工作面頂板上的S型管路停止注水取熱，由工作面頂板向工作面煤層打豎向鉆孔增加瓦斯抽采的自由面，工作面底板上的S型管路繼續注水取熱；將工作面頂板上的S型管路連接至瓦斯抽采管路進行當前工作面的瓦斯氣體抽采，同時工作面底板上的S型管路繼續注水取熱，取熱和瓦斯抽采不影響煤炭的采掘作業，達到工作面煤熱氣共采。

作為上述方案的優選，所述豎向鉆孔的鉆孔數量K由工作面長度S、回采長度L及瓦斯抽采半徑R決定，其中：

1)根據礦井設計資料確定工作面長度S、回采長度L；

2)通過建立抽采模型，使用數值模擬軟件分析某一半徑的鉆孔抽采瓦斯量的演化規律，得出一定負壓下瓦斯抽采半徑R；

3)由下列公式計算得出鉆孔數量K；

令K＝K_S×K_L，K_S＝[S/2R]，K_L＝[L/2R]。

進一步優選為，對于多個工作面煤熱氣共采的情形，若所述集中換熱站至其余水平取熱場所距離較遠，由集中換熱站向各開采區打垂直和水平的鉆孔，以減少主取熱管路的布置長度。