一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统技术方案

本发明专利技术公开了一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，在煤层开采系统上加设地热能循环开采系统，形成热‑煤协同开采系统，具体为：工作面回采期间进行沿空留巷，并在沿空留巷内向邻近含水层实施热能提取与冷水回灌存储的工艺钻孔，包括抽采钻孔、回灌钻孔，钻孔内布置运输管路，对应形成铺设于N#工作面沿空巷道内的热能提取管路、铺设于1#工作面沿空巷道内的冷水回灌管路，所述热能提取管路、冷水回灌管路均连接至地面的热能处理站，形成地热能循环开采系统，所述N是煤层工作面开采数量。本发明专利技术可实现深部矿山水热型地热能与煤炭资源的综合、协调、绿色开采，具有广阔应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统
本专利技术属于矿山能源开采
，具体涉及一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，尤其适用于深部矿山水热型地热能的清洁开采与循环利用。
技术介绍
煤炭是我国的主体能源，我国中东部地区的浅部煤炭资源已近枯竭，但深部煤炭资源相对丰富，但由于深部开采受“四高一扰动”影响，矿井灾害频繁，开采设备要求高，开采难度大，矿井生产成本增加，严重制约了深部矿井的高效生产与矿区环境协同发展。综合考虑技术、经济、安全等因素影响，进入深部开采后，仅开采煤炭资源已不利于深部矿井绿色矿山建设、煤炭企业节能减排与多元经济型综合开发。地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生清洁能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，是一种现实可行并且具竞争力的清洁能源。我国地热资源丰富，按照正常地温梯度推算，矿井垂深1000m处围岩温度可达35～45℃。据国土资源部2015年数据显示，全球5km以内地热资源量约4900万亿吨标煤，中国约1/6占，其中，中深层水热型地热能资源储量约为13700亿吨标煤，开发利用潜力巨大。现有水热型地热能的开发方式主要分为两类，第一类是取热不取水的方式，包括依靠热传导取热的地埋管式和依靠对流换热的换热器开采，第二类是直接开采地热流体的方式开发地热。直接开采地热流体是取热功率最高的地热开发方法，传统的地热能开采主要通过地面钻井的方式进行开采，但其钻孔成本较高，高应力条件下含水层裂隙极易压实闭合，冷水不易回灌，导致其开采周期、效率较低。因此，在开采深部煤层的同时，利用已有地下工作面、巷道等卸压空间布置含水层地热能提取设备与系统，既可以解决单独开采煤炭造成的经济效益低的问题，又可以高效开采地热能清洁资源，具有较好的经济性。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，在开采深部煤层的同时，利用已有地下工作面、巷道等卸压空间布置含水层地热能提取设备与系统，既可以解决单独开采煤炭造成的经济效益低的问题，又可以高效开采地热能清洁资源，具有较好的经济性。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，在煤层开采系统上加设地热能循环开采系统，形成热-煤协同开采系统，具体为：工作面回采期间进行沿空留巷，并在沿空留巷内向邻近含水层实施热能提取与冷水回灌存储的工艺钻孔，包括抽采钻孔、回灌钻孔，钻孔内布置运输管路，对应形成铺设于N#工作面沿空巷道内的热能提取管路、铺设于1#工作面沿空巷道内的冷水回灌管路，所述热能提取管路、冷水回灌管路均连接至地面的热能处理站，形成地热能循环开采系统，所述N是煤层工作面开采数量。进一步的，水热型地热能提取与存储的具体工艺如下：(a)提取工艺：热能提取管路铺设于N#工作面沿空巷道内，水热型地热能从含水层(7)通过热能提取管路依次经过沿空巷道、轨道上山、轨道大巷、车场、副井输送管路提升至热能处理站，经过循环利用变成冷水等待下次系统循环；(b)存储工艺：由热能处理站排出的冷水依次经过副井、车场、轨道大巷、轨道上山，通过在1#工作面沿空巷道铺设的冷水回灌管路注入含水层，等待高温岩体热传导作用后进行下次提取利用。进一步的，所述抽采钻孔、回灌钻孔的间距满足下式：(N-1)×d≥L(1)其中，N是煤层工作面开采数量，d是单个煤层工作面宽度，L是抽采钻孔、回灌钻孔沿工作面方向的间距。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优势：本专利技术是一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，在开采煤矿的同时，根据邻近水热型含水层赋存特征，根据煤层工作面开采及布置条件，在工作面巷道内合理布置抽采、回灌管路，与地面热能处理站形成开采循环系统，开采地热能清洁资源。本专利技术方法可实现深部矿山水热型地热能与煤炭资源的综合、协调、绿色开采，经济效益高，在深部矿山开采显出了独特的技术优势、经济优势，具有广阔应用前景。附图说明图1是本专利技术的一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采工艺流程图。图2是本专利技术的一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统布置图图中：1、1#采煤工作面；2、N#采煤工作面；3、热处理站；4、沿空留巷；5、采煤液压支架；6、煤柱；7、水热型含水层；8、1#工作面回风巷；9、N#采煤工作面运输巷；10、N#采煤工作面回风巷；11、热能提取管路；12、冷水回灌管路。具体实施方式本专利技术提供了一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，主要包括采煤工作面系统布置、含水层地热能提取与存储系统布置两大方面：第一步，根据深部矿井采矿地质条件，优化布置井下综合机械化采煤工作面；第二步，根据工作面煤层邻近含/隔水层水文地质赋存特征、覆岩裂隙发育及岩层移动特征等，设计采煤工作面尺寸，并选择合理采煤方法，优化布置井下综合机械化采煤工作面，包括条带开采、限厚开采、井下分选及就地充填开采等，以确保工作面安全回采。第三步，工作面回采期间进行沿空留巷，并在沿空留巷向邻近含水层实施热能提取与存储的工艺钻孔，并安装相应运输管路，完成整个生产系统；作为优选实施例，热-煤协同开采单个工作面宽度与抽采钻孔、回灌钻孔的间距满足下式：(N-1)×d≥L其中，N是煤层工作面开采数量，d是煤层工作面宽度，L是抽采、回灌钻孔的间距。第四步，实时监测热-煤协同开采效果，调节、反馈含水层热能开采与工作面采煤设计参数，实现深部矿山水热型地热能与煤层协同安全开采。本专利技术的另一个目的，是提供深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统的水热型地热能提取与存储的具体工艺，如下：(a)提取工艺：抽采管路铺设于N#工作面沿空巷道4内，水热型地热能从含水层7通过热能提取管路11依次经过沿空巷道4、轨道上山、轨道大巷、车场、副井输送管路提升至热能处理站3，经过循环利用变成冷水等待下次系统循环。(b)存储工艺：由热能处理站3排出的冷水依次经过副井、车场、轨道大巷、轨道上山，通过在1#工作面沿空巷道4铺设的冷水回灌管路12注入含水层7，等待高温岩体热传导作用后进行下次提取利用。同时，对该系统进行实时监测其热-煤协同开采效果，主要包括煤层的高产高效、安全性开采，热能的高效提取、循环利用。下面结合附图对本专利技术的具体实施作进一步的描述：实施例某矿现阶段主采煤层开采深度达到-1300m，矿井设计生产能力为150万t/a，煤层下部50～200m赋存有中强奥陶系灰岩水，煤层厚度为3m，煤层容重为1.4t/m3。本专利技术是一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，其具体步骤如下：第一步，根据深部矿井采矿地质条件，结合矿井生产能力，设计采煤工作面长度150m，工作面推进长度为2100m，“四六”制，一年生产330天；第二步，根据工作面煤层邻近含(隔)水层水文地质赋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，其特征在于：在煤层开采系统上加设地热能循环开采系统，形成热-煤协同开采系统，具体为：工作面回采期间进行沿空留巷，并在沿空留巷内向邻近含水层实施热能提取与冷水回灌存储的工艺钻孔，包括抽采钻孔、回灌钻孔，钻孔内布置运输管路，对应形成铺设于N#工作面沿空巷道内的热能提取管路(11)、铺设于1#工作面沿空巷道内的冷水回灌管路(12)，所述热能提取管路(11)、冷水回灌管路(12)均连接至地面的热能处理站(3)，形成地热能循环开采系统，所述N是煤层工作面开采数量。/n

【技术特征摘要】
1.一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，其特征在于：在煤层开采系统上加设地热能循环开采系统，形成热-煤协同开采系统，具体为：工作面回采期间进行沿空留巷，并在沿空留巷内向邻近含水层实施热能提取与冷水回灌存储的工艺钻孔，包括抽采钻孔、回灌钻孔，钻孔内布置运输管路，对应形成铺设于N#工作面沿空巷道内的热能提取管路(11)、铺设于1#工作面沿空巷道内的冷水回灌管路(12)，所述热能提取管路(11)、冷水回灌管路(12)均连接至地面的热能处理站(3)，形成地热能循环开采系统，所述N是煤层工作面开采数量。


2.根据权利要求1所述的一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，其特征在于，水热型地热能提取与存储的具体工艺如下：
(a)提取工艺：热能提取管路铺...

【专利技术属性】
技术研发人员：张吉雄，孙强，周楠，李猛，刘恒凤，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32