[發明專利]一種高溫高濕礦井地熱循環降溫方法

在審

• 申請號: 202210068974.8
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114382541A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 李賢忠;衡帥;林俊峰;郝世剛;張小東;杜鋒;于建新
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00;E21F3/00;F25B30/06
• 代理公司: 鄭州萬創知識產權代理有限公司 41135
• 代理人: 任彬

本發明公開了一種高溫高濕礦井地熱循環降溫方法，屬于煤礦開采過程中熱害防治利用技術領域；包括以下步驟：通過勘探確定礦井開采高溫熱源區域，選取施工區域；在施工區域內確定出鉆孔的布置位置和鉆孔施工參數，施工平行鉆孔；在鉆孔內敷設可供導熱液循環的U型導熱管路并密封；所有U型導熱管路分別通過冷液注入管和熱液導出管進行集中并連接水源熱泵；水源熱泵通過連接溫差發電器最終將輸出的高溫液體輸送到地面用水系統、低溫液體輸送到工作面降溫系統。本發明通過勘探礦井高溫熱源區域，在開采工作面與巷道之間通過施工鉆孔將高溫熱源循環導出，并通過水源熱泵和溫差發電器的運作最終實現熱源的開采利用以及工作面的降塵降溫。

技術領域

本發明涉及一種礦井地熱防治利用的施工方法，具體涉及一種高溫高濕礦井地熱循環降溫方法，屬于煤礦開采過程中熱害防治利用技術領域。

背景技術

礦井熱害是指礦井開采過程中遇到高低溫，進而導致采掘工作面氣溫過高，危害人體健康，同時高溫條件下煤巖力學特性也發生改變，更易誘發事故，威脅礦井財產與人身安全，必須加以治理。隨著礦井開采深度的增加和深部資源的開發利用，熱害問題也越來越嚴重，同時熱害往往與水害同步發生，進而使得問題復雜化，因此礦井熱害是采礦業不能不面對的地質災害問題。

目前礦井降溫措施主要通過兩類實現：

1)一類是通過通風降溫、隔熱疏導、煤層注水、和在巷道內放置冰塊及個體防護等，此類措施成本較低，但降溫效果有限，不能從根本上治理礦井熱害；

2)另一類是礦井空調系統，通過應用各種空氣熱濕處理手段，調節和改善礦井作業地點的氣候調節，此類方法雖然能有效降溫，但是投資成本高，能耗巨大。

同時熱害豐富區域也是一種資源，可通過合理開采方式進行利用。因此亟需一種礦井降溫技術，在達到熱害防治目的的同時，能夠有效開采利用熱源。

發明內容

本發明的目的是：克服現有技術中存在的不足，提供一種高溫高濕礦井地熱循環降溫方法，通過勘探礦井高溫熱源區域，在開采工作面與巷道之間通過施工平行鉆孔將高溫熱源循環導出，并通過水源熱泵和溫差發電器的運作最終實現熱源的開采利用以及工作面的降塵降溫。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種高溫高濕礦井地熱循環降溫方法，包括以下步驟：

S1、通過勘探確定礦井開采高溫熱源區域，優先選取靠近采掘工作面的區域作為高溫熱源的施工區域，根據高溫熱源區域的大小及儲熱量，確定水源熱泵、溫差發電器及制冷系統的規模并布置設備；

其中，高溫熱源區域儲熱量可采用地熱溫標方法進行估算，結合現場資源勘探，確定該區域熱提取效率R_R，熱提取效率R_R的計算公式如下：

式中，m為從高溫熱源區域鉆孔口到水源熱泵的質量流速，單位為kg/s；H_WH、H₀分別為孔口和最終參考溫度狀態下焓值，單位為kJ/kg；Q_R為高溫熱源區域總含熱量；

S2、根據上述步驟S1中選取的施工區域的地質狀況確定出鉆孔的布置位置，根據制冷系統的制冷量和高溫熱源區域的熱源分布確定施工區域的鉆孔施工參數，并在施工區域內施工平行鉆孔；

S3、在上述步驟S2中施工的平行鉆孔內敷設可供導熱液循環的U型導熱管路，同時在平行鉆孔內敷設注漿管和回漿管，通過注漿管對平行鉆孔的全孔段進行密封；

S4、將上述步驟S3中平行鉆孔內密封完畢的所有U型導熱管路分別通過冷液注入管和熱液導出管集中，集中后的冷熱管路連接在上述步驟S1中布置的水源熱泵上；