一种矿山地热循环利用协同热害治理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种矿山地热循环利用协同热害治理系统及方法，系统包括地热抽采井、地热水提升管路、水处理站、地热资高效利用系统，其中：所述地热抽采井设置于地热储层中，用于开采地热储层内的地热资源；所述地热水提升管路一端与地热抽采井井口处连接，另一端与位于地面工业广场的水处理站连接；所述水处理站的出口连接地热资高效利用系统；所述地热资高效利用系统的末端连接有冷水回路，冷水回路的另一端连接至矿井回采工作面，冷水回路用于将取热后的低温水输送至矿井回采工作面。本发明专利技术在充分开采与利用矿山地热资源利用的基础上，实现了冷水下井、煤层注冷，降低了煤岩层温度。降低了煤岩层温度。降低了煤岩层温度。

【技术实现步骤摘要】
一种矿山地热循环利用协同热害治理系统及方法


[0001]本专利技术属于矿井热害治理协同地热开采
，具体涉及一种矿山地热循环利用协同热害治理系统及方法。

技术介绍

[0002]高地温矿井的数量随着矿井开采深度的增加逐渐增多。近年来，我国矿产资源开采水平逐渐向深部转移，进而导致矿井热害问题愈发严重，矿业热害问题成为遏制矿井深部开采的重要难题。矿井热害导致工人长期在在高温环境下进行工作，除了影响人体健康外还会诱发各种心理疾病，进而导致生产工作效率低，甚至容易造成安全事故。此外，由于岩石运移及热水上涌等问题导致的岩层初始温度较高，进而造成工作面温度温度高、瓦斯突出、煤体自燃等一系列安全问题。而使用传统的机械式制冷降温方法治理深部高温矿井热害时，矿井围岩热释放量大、风流初始温度高、冷量输送损失大、冷凝热排困难、运城成本高等问题使得这些方法难以满足矿井降温要求。
[0003]在传统热害治理过程中主要可以分为两类措施：机械式制冷和非机械式制冷。其中非机械式制冷主要包括：通风降温、隔热疏导、控制热源、个体防护等；机械式制冷则是通过矿井空调的方式进行矿井降温。但这些方法用于深部矿井热害治理时将面临成本高、效率低、冷量损失大、降温效果差等问题，很难实现矿井内部的大范围推广应用。许多学者对矿井岩层与温度的关系进行研究，发现矿井热害主要决定因素是地层温度，而形成岩层高温的原因又各部相同，深部矿井热害治理的关键是针对性的采取措施降低岩层温度。
[0004]深部矿井热害问题是制约深部矿井安全高效开采的重要因素之一，单纯的矿井降温投入高昂，局限性大，因此把矿井热害治理与地热开采利用相结合不仅是一种“釜底抽薪式”的降温技术，更是开发清洁能源的新途径。然而，目前关于矿井地热开采利用协同热害治理的研究主要存在于理论个层面，相关的工艺方法和技术研究较少。矿山地热虽然会引起矿井热害，但它也是煤系资源开采过程中的一种伴生能源。若合理开采深部岩层中的地热资源，将其与矿产开采相结合，既能获得地热能用于生产生活创造经济价值，又能起到降低矿井温度治理热害的作用。同时，矿井地热开始也煤系伴生地热资源矿井的一条新的生产运营道路。实现煤热共采是资源开发与能源利用的双赢，是“变害为利、变废为宝”的重要举措。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种矿山地热循环利用协同热害治理系统及方法，以实现煤热共采。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种矿山地热循环利用协同热害治理系统，包括地热抽采井、地热水提升管路、水处理站、地热资高效利用系统，其中：
[0008]所述地热抽采井设置于地热储层中，用于开采地热储层内的地热资源；
[0009]所述地热水提升管路一端与地热抽采井井口处连接，另一端与位于地面工业广场的水处理站连接；
[0010]所述水处理站的出口连接地热资高效利用系统；
[0011]所述地热资高效利用系统的末端连接有冷水回路，冷水回路的另一端连接至矿井回采工作面，冷水回路用于将取热后的低温水输送至矿井回采工作面。
[0012]所述地热水提升管路的材质为聚氨酯材料，地热水提升管路上设置有第一水泵，地热抽采井的出水端设置有高压水头。
[0013]所述矿井回采工作面内沿煤层倾向设置有多个注冷通道，贯穿整个矿井回采工作面，注冷通道的注水口与冷水回路连接，且冷水回路中设置有第一临时水仓，第一临时水仓与注水口之间设置有高压水头和第二水泵，注冷通道的出水口处设置有第二临时水仓，第二临时水仓与出水口之间设置有第三水泵，第二临时水仓与设置于地热储层的地热回灌井相连接。
[0014]所述注冷通道出口端沿矿井回采工作面走向方向设置有聚水槽，聚水槽与第二临时水仓连接。
[0015]所述第二临时水仓内设置有污水处理设备。
[0016]所述地热资源高效利用系统包括相互连通的板式换热器、水源热泵、储水箱。
[0017]一种矿山地热循环利用协同热害治理方法，包括以下步骤；
[0018]步骤一，构筑矿山地热循环利用协同热害治理系统：
[0019]步骤二，地热抽采井开采地热储层内的地热水资源；
[0020]步骤三，开采的地热水资源经过地热资源高效利用系统处理后转化为热水；
[0021]步骤四，开采的地热水资源经过地热资源高效利用系统处理后产生的低温水，通过冷水回路，输送至第一临时水仓内；
[0022]步骤五，第一临时水仓内的水注入注冷通道中，向煤岩层内注入冷质；
[0023]步骤六，矿井回采工作面及巷道内风流温度监测：利用温度检测仪监测矿井工作巷道内风流温度，当温度检测仪采集的数据温度小于温度阈值时，停止煤岩层内注冷水，否则执行步骤五；
[0024]步骤七，注冷通道内的水回灌至地热储层内：矿井回采工作面中的注冷通道内热交换后的通过聚水槽收集后统一输送至第二临时水仓内，然后通过地热回灌井，回灌至地热储层内，实现地热资源的循环利用。
[0025]所述步骤一包括以下步骤：
[0026]步骤11，在矿井回采工作面的巷道内竖直向下掘进地热抽采井；
[0027]步骤12，在地热抽采井井口处布置地热水资源提升管路，并延伸至地面工业广场；
[0028]步骤13，在地面工业广场搭建地热资源高效利用系统；
[0029]步骤14，在地热资源高效利用系统末端铺设冷水回路；
[0030]步骤15，在矿井回采工作面内沿煤层倾向布置多个注冷通道，在注冷通道的注水口一侧构筑第一临时水仓，在出水口处搭建第二临时水仓；
[0031]步骤16，在矿井最低水平水仓内竖直向下掘进地热回灌井，地热回灌井与第二临时水仓相连接。
[0032]所述步骤二中，地热资源抽采井采用多井位联合抽采的方式，使地热储层内的地
热水资源通过地热水资源提升管路输送至地面工业广场。
[0033]所述步骤五中，第一临时水仓通过冷水回路将低温水注入注冷通道内，冷质持续流入煤岩层之中，注冷通道周侧煤岩层温度降低，同时，冷质持续注入煤层，注冷通道周侧岩层降温区域扩大，矿井回采工作面及巷道围岩温度随之降低，矿井回采工作面及巷道内风流温度得到降温。
[0034]有益效果：本专利技术提供的一种矿山地热循环利用协同热害治理系统及方法，通过设置井下热储层取热、井上地热利用、冷水下井、煤层注冷、尾水回灌等技术体系，在充分开采与利用矿山地热资源利用的基础上，实现了冷水下井、煤层注冷，降低了煤岩层温度。并且阻止了矿井底部地热能向采矿层的传导，同时，随着冷水注入时间的延长，注入通道副井岩石降温区域逐渐扩大，内部风流温度得到有效的降温，矿井热害治理得到明显改善，为矿井热害治理和煤热共采同步进行提供了有效途径，有利于促进我国深部矿井安全绿色高效开采，同时推动我国矿山地热能的开发与利用，便于推广使用。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的一种矿山地热循环利用协同热害治理系统的结构示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿山地热循环利用协同热害治理系统，其特征在于：包括地热抽采井(2)、地热水提升管路(5)、水处理站(6)、地热资高效利用系统(7)，其中：所述地热抽采井(2)设置于地热储层(1)中，用于开采地热储层(1)内的地热资源；所述地热水提升管路(5)一端与地热抽采井(2)井口处连接，另一端与位于地面工业广场(8)的水处理站(6)连接；所述水处理站(6)的出口连接地热资高效利用系统(7)；所述地热资高效利用系统(7)的末端连接有冷水回路(12)，冷水回路(12)的另一端连接至矿井回采工作面(10)，冷水回路(12)用于将取热后的低温水输送至矿井回采工作面(10)。2.根据权利要求1所述的矿山地热循环利用协同热害治理系统，其特征在于：所述地热水提升管路(5)的材质为聚氨酯材料，地热水提升管路(5)上设置有第一水泵(3)，地热抽采井(2)的出水端设置有高压水头(4)。3.根据权利要求1所述的矿山地热循环利用协同热害治理系统，其特征在于：所述矿井回采工作面(10)内沿煤层倾向设置有多个注冷通道(9)，贯穿整个矿井回采工作面(10)，注冷通道(9)的注水口与冷水回路(12)连接，且冷水回路(12)中设置有第一临时水仓(13)，第一临时水仓(13)与注水口之间设置有高压水头(18)和第二水泵(14)，注冷通道(9)的出水口处设置有第二临时水仓(15)，第二临时水仓(15)与出水口之间设置有第三水泵(16)，第二临时水仓(15)与设置于地热储层(1)的地热回灌井(17)相连接。4.根据权利要求3所述的矿山地热循环利用协同热害治理系统，其特征在于：所述注冷通道(9)出口端沿矿井回采工作面(10)走向方向设置有聚水槽(19)，聚水槽(19)与第二临时水仓(15)连接。5.根据权利要求3或4所述的矿山地热循环利用协同热害治理系统，其特征在于：所述第二临时水仓(15)内设置有污水处理设备。6.根据权利要求1所述的矿山地热循环利用协同热害治理系统，其特征在于：所述地热资源高效利用系统(7)包括相互连通的板式换热器(71)、水源热泵(72)、储水箱(73)。7.一种基于权利要求1所述系统的矿山地热循环利用协同热害治理方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，构筑矿山地热循环利用协同热害治理系统；步骤二，地热抽采井(2)开采地热储层(1)内的地热水...

【专利技术属性】
技术研发人员：万志军，吕嘉锟，张源，余坤，王朱亭，师鹏，卢帅峰，张璐璐，王明利，王冬阳，苟红，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：