一种高温硬岩地层的矿产资源与地热连续协同开采方法技术

本发明专利技术公开了一种高温硬岩地层的矿产资源与地热连续协同开采方法，涉及一种铝土矿岩层高效开采方法及地热开采技术领域。可用综合机械化设备进行高效开采的目的，并通过水力压裂岩体过程中注入的冷水在岩石裂隙间充分压裂流动这一过程与深埋热岩进行热量交换。掘进探矿巷道；布置贯通巷道，布置长壁工作面；设置压裂与掘进一体化设备；设置液压支架；钻中心钻孔并在中心钻孔的孔底进行初步压裂卸压；钻出周边钻孔或者是加深周边钻孔；注入高压冷水，并向外抽水；安装隔热支护装置；停止钻孔注水和抽水；进行落矿；重复，直至开采结束。克服了常规铝土矿物开采所使用的爆破工艺不安全和低效率问题以及地热资源大量浪费的问题，提高了资源回收率。高了资源回收率。高了资源回收率。

【技术实现步骤摘要】
一种高温硬岩地层的矿产资源与地热连续协同开采方法


[0001]本专利技术涉及一种铝土矿岩层高效开采方法及地热开采
，特别涉及一种高温硬岩地层的矿产资源与地热连续协同开采方法。

技术介绍

[0002]目前，铝土矿主要采用空场法，崩落法和填充法进行采矿。一般在矿体内布置探巷和贯巷，利用破、装、运的基本工艺进行开采。其中破矿方式一般为在矿体自由面进行爆破落矿，然后利用耙斗装岩机向三轮车进行装矿，再由三轮车运出工作面，然而在自由面处进行爆破落矿时，没有任何的防护结构，会使爆破产生的飞溅范围过大，影响操作者的安全，从而存在作业场所安全系数低且技术装备落后的技术问题。同时，上述方法所用设备多，限于该方法井下空间小，因此各设备及工艺的协调困难，导致上述方法的开采效率普遍较低。
[0003]地温随着铝土矿物埋藏深度的增加而增高,大约埋深每增加33米,地温增高1度。若铝土矿物埋藏较深，那么潜在的地温将会较高，地热资源也将会十分丰富。地热能作为一种可再生的清洁能源，在我国分布范围较广，尤其是水热型地热应用较广。水热型地热主要用于发电、供暖、医疗洗浴等领域，主要开采技术为高温干（湿）蒸汽发电技术、热泵技术、梯级利用技术。这些现有的地热开采技术的缺点主要是：设备投资大、消耗多、安装工程量大、费时费力等。其中最为主要的是使用导热系数较低的钢管作为与热储岩层直接接触的套管材料，其结构简单，换热系数低，不利于热传导，降低了地热采收效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对以上问题，提出了一种高温硬岩地层的矿产资源与地热连续协同开采方法，能够达到充分使用多尺度水力压裂技术安全高效破碎铝土岩层，使其达到可用综合机械化设备进行高效开采的目的，并通过水力压裂岩体过程中注入的冷水在岩石裂隙间充分压裂流动这一过程与深埋热岩进行热量交换，最后达到将热水抽出实现矿井降温的目的。
[0005]本专利技术的技术方案为：按以下步骤进行：S1、在预先准备开采的矿物岩层进行探巷并掘进两条与矿物岩层相互平行的探矿巷道10；S2、布置沟通两条探矿巷道10的贯通巷道20，并在所述贯通巷道20内布置长壁工作面70；S3、在所述长壁工作面设置压裂与掘进一体化设备；S4、在所述长壁工作面处设置液压支架；S5、通过压裂与掘进一体化设备中的钻机9向掌子面的前方钻一定深度的中心钻孔3并在中心钻孔3的孔底进行初步压裂卸压；S6、另取钻机在压裂与掘进一体化设备中破岩刀盘4周围的区域，均匀的钻出6个周边钻孔2或者是加深周边钻孔2的深度，周边钻孔的深度≤中心钻孔的深度；
在周边钻孔2的孔底布置封孔器1，再次进行水利压裂，以小范围爆破的方式形成爆破破碎区30；S7、向6个周边钻孔中的一部分注入高压冷水，并经另外一部分周边钻孔向外抽水；热能交换的同时，需要推进破碎刀盘4进行掘进，同时，使得中心钻孔3被压裂与掘进一体化设备中的钻机9加深；S8、在破岩刀盘4推过的区域安装隔热支护装置5；S9、当破岩刀盘4推进至爆破破碎区30后，停止钻孔注水和抽水；S10、在长壁工作面上、所述液压支架的前方进行落矿，并将落矿后的矿物经所述探矿巷道10输送至设定地点；S11、重复S5~S10步骤，直至开采结束。
[0006]进一步的，在步骤S5
‑
S6中，先通过注入强塑性材料再灌装高压水破裂硬岩的方式在中心钻孔的孔底进行初步压裂卸压，再在周边钻孔的孔底引发小范围爆破，所述小范围爆破方式为水力压裂脉动爆破。
[0007]进一步的，在步骤S7中，向6个周边钻孔中处在中部及上部的4个周边钻孔注入冷水，并经6个周边钻孔中处在下部的2个周边钻孔向外抽水。
[0008]进一步的，步骤S8中的隔热支护装置为具有隔热层的支撑套筒。
[0009]进一步的，步骤S10在采用破岩刀盘推进至爆破破碎区边缘，使得爆破破碎区域矿物岩层从岩体中剥离后，经探矿巷道将矿物运离工作面。
[0010]进一步的，所述压裂与掘进一体化设备包括破岩刀盘4、旋转驱动机构43、传动机构44和推进机构45，所述推进机构45上固定连接有机架，所述旋转驱动机构43固定连接在机架上，所述固定轴41也固定连接在机架上，所述破岩刀盘4的中心可旋转的连接在固定轴41上，所述固定轴41上还套接有与破岩刀盘4固定相连的驱动套筒42，所述传动机构44连接在旋转驱动机构43和驱动套筒42之间，通过旋转驱动机构43带动破岩刀盘4旋转；所述机架上还设有与其可拆卸连接的钻机9，所述钻机9的钻头贯穿固定轴41并且向前伸出。
[0011]本专利技术在平行于铝土矿岩层开设一条巷道，并在巷道内设置长壁工作面，通过液压支架避免空顶无支护作业，取消了房柱式开采中的矿房和矿柱，掘进开采时工作人员在液压支架下作业以保证安全，通过制定的压裂热能开采掘进一体化装备结合常规落矿手段，便可形成水力压裂技术破裂铝土岩层实现高效综采的热能交换方法。通过装置部件上的爆破钻孔，运用水力压裂脉冲变频装置对铝土矿岩石进行多轮破碎，形成具有一定破碎程度的破碎岩石区，之后再通过注水钻孔从破碎区顶端注入高压冷水，通过注入的冷水对破碎区进行第三次压裂，液体在经过错综复杂的裂隙破碎区时，与具有较高温度的岩石充分进行地热资源交换，再由下端的抽水钻孔将热水抽出，通过掘进设备和压裂设备相互配合，在以先压裂后综合掘进铝土矿岩层为目的的同时，附以对地热资源进行高效回收，提高铝土矿物的开采效率和地热资源回收率，利用液压支架，工人可避免空顶作业，利用长壁工作面形成矿体连续性开采可以提高工作效率，同时利用压裂坚硬矿体的过程中，对地热资源进行高效回收的同时实现矿井降温，克服了常规铝土矿物开采所使用的爆破工艺不安全和低效率问题以及地热资源大量浪费的问题，提高了资源回收率。
附图说明
[0012]图1为本案中准备巷道的示意图；图2为本案中形成贯通巷道示意图；图3为本案中布置机械化开采布置长壁工作面示意图；图4为本案中压裂与掘进一体化设备示意图；图5为本案中破岩刀盘结构示意图；图6为本案中压裂与掘进一体化设备结构示意图；图中10是探矿巷道，20是贯通巷道，30是爆破破碎区，70是长壁工作面；1是封孔器，2是周边钻孔，3是中心钻孔，4是破岩刀盘，41是固定轴，42是驱动套筒，43是旋转驱动机构，44是传动机构，45是推进机构；5是隔热支护装置，6是初步压裂卸压后的爆破破碎区，7是水热交换的破碎区，8是停止注水的破碎区，9是钻机，11是爆破钻孔，12是注水孔一，13是注水孔二，14是注水孔三，15是注水孔四，16是抽水孔一，17是抽水孔二。
具体实施方式
[0013]为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
[0014]按以下步骤进行：S1、如图1所示，在预先准备开采的矿物岩层进行探巷并掘进两条与矿物岩层相互平行的探矿巷道10；S2、如图2所示，布置沟通两条探矿巷道10的贯通巷道20，并在所述贯通巷道20内布置长壁工作面70；S3、如图3所示，在所述长壁工作面设置压裂与掘进一体化设备；S4、在所述长壁工作面处设置液压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温硬岩地层的矿产资源与地热连续协同开采方法，其特征在于，按以下步骤进行：S1、在预先准备开采的矿物岩层进行探巷并掘进两条与矿物岩层相互平行的探矿巷道（10）；S2、布置沟通两条探矿巷道（10）的贯通巷道（20），并在所述贯通巷道（20）内布置长壁工作面（70）；S3、在所述长壁工作面设置压裂与掘进一体化设备；S4、在所述长壁工作面处设置液压支架；S5、通过压裂与掘进一体化设备中的钻机（9）向掌子面的前方钻一定深度的中心钻孔（3）并在中心钻孔（3）的孔底进行初步压裂卸压；S6、另取钻机在压裂与掘进一体化设备中破岩刀盘（4）周围的区域，均匀的钻出6个周边钻孔（2）或者是加深周边钻孔（2）的深度，周边钻孔的深度≤中心钻孔的深度；在周边钻孔（2）的孔底布置封孔器（1），再次进行水利压裂，以小范围爆破的方式形成爆破破碎区（30）；S7、向6个周边钻孔中的一部分注入高压冷水，并经另外一部分周边钻孔向外抽水；热能交换的同时，需要推进破碎刀盘（4）进行掘进，同时，使得中心钻孔（3）被压裂与掘进一体化设备中的钻机（9）加深；S8、在破岩刀盘（4）推过的区域安装隔热支护装置（5）；S9、当破岩刀盘（4）推进至爆破破碎区（30）后，停止钻孔注水和抽水；S10、在长壁工作面上、所述液压支架的前方进行落矿，并将落矿后的矿物经所述探矿巷道（10）输送至设定地点；S11、重复S5~S10步骤，直至开采结束。2.根据权利要求1所述的一种高温硬岩地层的矿产资源与地热连续协同开采方法，其特征在于，在步骤S5
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S6中，先通过注入强塑性材料再灌装高...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丹，李樯，薛源博，张吉雄，侯文涛，刘勇，吴浩，闫浩，李猛，周楠，孙强，黄鹏，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：