[發(fā)明專利]一種深部煤層開采采空區(qū)充填地熱開采方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010922608.5
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN111911159B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 孫路路;秦波濤;王海山;王剛;黃啟銘;劉義鑫
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;F24T10/13;E21F15/00;G06F30/20
• 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(fā)明公開了一種深部煤層開采采空區(qū)充填地熱開采方法，由副井進入深部煤層開采區(qū)域，在第一水平位置設置集中換熱站，沿副井從地面向井下布置集中換熱管路；對各工作面進行煤體開采，并對采空區(qū)進行導熱材料回填；分別在采空區(qū)的頂板和底板上施工縱向水平鉆孔和橫向水平鉆孔，并鋪設取熱管路，取熱管路靠近集中換熱管路的通過軟管接入集中換熱管路中。在工作面開采后對采空區(qū)使用導熱性良好的材料進行回填，并根據(jù)工作面長度在工作面頂?shù)装濉㈨敯宀贾勉@孔和取熱管路，通過向采空區(qū)充填體和底板巖層豎向鉆孔并插入取熱棒進行取熱，大大增加了取熱面積和取熱效率實現(xiàn)開采后的長期取熱。

技術領域

本發(fā)明屬于深部煤層開采技術領域，具體涉及一種深部煤層開采采空區(qū)充填地熱開采方法。

背景技術

隨著機械化程度日益加強，我國煤礦開采深度也在不斷增加，同時也伴隨著機械散熱和高溫地熱等熱害問題，隨采深增加，巖層溫度隨之提高，礦井熱害越嚴重。礦井熱害會降低作業(yè)人員作效率，嚴重制約礦井經(jīng)濟效率。

地熱資源相較于煤炭資源是一種較為清潔的能源，礦井地熱可供發(fā)電、冬季住宅供暖等使用，且地熱資源分布范圍廣、可再生、可持續(xù)利用，符合持續(xù)健康發(fā)展的要求。現(xiàn)有深部煤層地熱開采，通常是在開采前施工大量鉆孔以便布置取熱管路。目前存在的主要問題是：(1)需要單獨布置大量鉆孔并鋪設取熱管路，鉆孔的施工周期長，且利用率較低，取熱成本較大等問題；(2)煤層開采后，頂板自然垮落形成采空區(qū)后，若沒有提前布置設備后期較難利用采空區(qū)的地熱能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種深部煤層開采采空區(qū)充填地熱開采方法，通過注水取熱，降低工作面制冷設備的冷量散失和損耗，降低制冷費用，且對工作面的開采進度影響小，同時能確保安全開采和長期利用采空區(qū)地熱能。

為此，本發(fā)明所采用的技術方案為：一種深部煤層開采采空區(qū)充填地熱開采方法，包括以下步驟：

第一步，由副井進入深部煤層開采區(qū)域，并在深部煤層開采區(qū)域的第一水平位置設置集中換熱站，沿副井從地面向井下布置集中換熱管路，通過集中換熱管路連接至不同的各水平取熱場所的工作面；

第二步，對各工作面進行煤體開采，并對采空區(qū)進行導熱材料回填；

第三步，分別在采空區(qū)的頂板和底板上沿掘進方向施工若干縱向水平鉆孔，頂板或底板上的所有縱向水平鉆孔遠離集中換熱管路的一端通過橫向水平鉆孔連通，沿著縱向水平鉆孔、橫向水平鉆孔鋪設有取熱管路，取熱管路遠離集中換熱管路的一端相互接通，另一端通過軟管接入集中換熱管路中，其中一根取熱管路作為出水管，其余取熱管路作為進水管；

第四步，先由采空區(qū)的底板向下打若干豎向鉆孔，再隨工作面推進，由采空區(qū)的頂板向?qū)岵牧匣靥顓^(qū)打若干豎向鉆孔，豎向鉆孔沿著每根進水管成列布置，在每個豎向鉆孔內(nèi)插入取熱棒，取熱棒的上端接入各自對應的進水管中；

第五步，在工作面頂?shù)装迦峁苈烦鏊芴幇惭b水溫探測裝置用于監(jiān)測水溫，通過在集中換熱站控制冷水進水速度來控制取水溫度保持相對穩(wěn)定；

第六步，通過集中換熱管路和集中換熱站向采空區(qū)頂板、底板的取熱管路注水，冷水從地面輸送至集中換熱站，由集中換熱站送往各水平的集中換熱管路，冷水從集中換熱管路注入頂?shù)装迦峁苈泛螅ㄟ^取熱棒將采空區(qū)熱量導入冷水中，冷水吸收熱量后變熱，熱水再通過集中換熱管路和集中換熱站輸送到地面進一步利用。

作為上述方案的優(yōu)選，對于不同的各水平取熱場所的工作面，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(qū)打垂直和水平的鉆孔，以減少集中換熱管路的布置長度。

進一步優(yōu)選為，所述集中換熱管路所取熱水送至地面發(fā)電廠減少發(fā)電所需燃煤量，或送至室內(nèi)供暖。