矿井煤层热能提取利用系统技术方案

本发明专利技术公开的矿井煤层热能提取利用系统，包括煤层钻孔，煤层钻孔内设置有采热器，采热器采用同轴换热器，采热器上通过向外伸出的煤层采热管道连通有采热换热器，采热换热器上耦合有井下换热器，井下换热器上通过热能输送管道连通有地面换热器，地面换热器上经热泵机组单元耦合有采暖换热器，采暖换热器通过热能利用管道与用户末端连通。本发明专利技术的矿井煤层热能提取利用系统，能够在对煤炭开采无干扰的前提下，利用煤炭开采形成的井巷工程，直接从待采煤层取热，实现煤炭和地热共同开采，不仅能够解决煤矿热害问题、为煤矿安全生产提供保障，而且能够实现煤矿地热能清洁利用、降低碳排放。放。放。

【技术实现步骤摘要】
矿井煤层热能提取利用系统


[0001]本专利技术属于深部地热能利用装置
，具体涉及一种矿井煤层热能提取利用系统。

技术介绍

[0002]随着煤炭工业的高速发展，浅层资源日趋减少甚至枯竭，矿井开采深度逐渐增加，深部开采已成为大势所趋。伴随着不断产生着的高温地热，深部矿井热害问题日益严重。地下岩层原始温度随着地下深度的增加而增加，导致采掘区域气温升高，从而工作条件恶化，严重影响煤矿安全、高效生产。带来深部矿井热害问题的高温地热，实质是由地球内部传递并可持续利用的地热能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种矿井煤层热能提取利用系统，能够在对煤炭开采无干扰的情况下高效持续地将深部矿井煤层储存的地热能进行提取并利用。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：矿井煤层热能提取利用系统，包括煤层钻孔，煤层钻孔内设置有采热器，采热器采用同轴换热器，采热器上通过向外伸出的煤层采热管道连通有采热换热器，采热换热器上耦合有井下换热器，井下换热器上通过热能输送管道连通有地面换热器，地面换热器上经热泵机组单元耦合有采暖换热器，采暖换热器通过热能利用管道与用户末端连通。
[0005]本专利技术的特点还在于，
[0006]煤层钻孔孔径在100～200mm之间，长度在50～200m之间；煤层钻孔开设有多个，竖直方向排列间距为2～5m，水平方向排列间距为5～10m。
[0007]煤层采热管道上设置有流量计、温度传感器、采热循环泵和关断阀。
[0008]流量计、温度传感器和采热循环泵电连接有监控平台。
[0009]采热器上还通过管道连通有储水箱，储水箱与采热器的连通管道上设置有泄水阀。
[0010]热能输送管道上设置有换热循环泵。
[0011]热泵机组单元包括与地面换热器耦合的蒸发端和与采暖换热器耦合的冷凝端。
[0012]热能利用管道上设置有采暖循环泵。
[0013]热能输送管道和热能利用管道上共同连通有定压补水单元。
[0014]定压补水单元包括软化水箱，软化水箱的入口连通有软水器，软化水箱的出口连通有补水定压泵，补水定压泵远离软化水箱的一端通过管道连通至热能输送管道和热能利用管道。
[0015]本专利技术的有益效果是：本专利技术的矿井煤层热能提取利用系统，能够在对煤炭开采无干扰的前提下，利用煤炭开采形成的井巷工程，直接从待采煤层取热，实现煤炭和地热共同开采，不仅能够解决煤矿热害问题、为煤矿安全生产提供保障，而且能够实现煤矿地热能
清洁利用、降低碳排放。该系统占地空间小，不需在井下设置制冷设施，不需考虑井下冷凝热排放问题。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的矿井煤层热能提取利用系统的结构示意图。
[0017]图中，1.煤层钻孔，2.采热器，3.流量计，4.温度传感器，5.泄水阀，6.关断阀，7.采热换热器，8.采热循环泵，9.储水箱，10.监控平台，11.井下换热器，12.地面换热器，13.换热循环泵，14.热泵机组单元，15.定压补水单元，16.采暖循环泵，17.用户末端，18.蒸发端，19.冷凝端，20.软水器，21.补水定压泵，22.软化水箱，23.采暖换热器。
具体实施方式
[0018]下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0019]本专利技术提供了一种矿井煤层热能提取利用系统，如图1所示，包括煤层采热系统、热能输送系统和热能利用系统，煤层采热系统将煤层中储存的地热能提取，通过热能输送系统将地热能由井下输送至地面，位于地面的热能利用系统进一步对热能进行提取和提升，并进行分配和利用。
[0020]煤层采热系统包括煤层钻孔1、采热器2、流量计3、温度传感器4、泄水阀5、关断阀6、采热换热器7、采热循环泵8、储水箱9和监控平台10，采热器2布置于煤层钻孔1内，阀门和管路等附件可布置于进风顺槽等现有井巷工程。在采热前先划分采热工作面，采热工作面平行于采煤工作面，各采热工作面间距5～10m，任意采热工作面可竖向分布一个或多个煤层钻孔1，同一采热工作面的煤层钻孔1竖直方向排列间距为2～5m。煤层钻孔1孔径在100～200mm之间，长度在50～200m之间，在每个煤层钻孔1内布置单根采热器2，同一采热工作面所有采热器2组成一个采热单元。在具体实施时，本专利技术中煤层钻孔1的孔径、长度、排列间距、组成采热单元的采热器2数量、采热单元数量等参数可根据具体热负荷需求来确定。
[0021]热能输送系统包括井下和地面两部分，主要由井下换热器11、地面换热器12和换热循环泵13组成，其作用是将地热能由井下输送至地面。井下换热器11位于井下，与煤层采热系统的采热换热器7进行换热。地面换热器12位于地面，与热能利用系统的热泵机组单元14蒸发端18进行换热。换热循环泵13位于地面，为热能输送管道的换热工质循环提供动力。
[0022]热能利用系统主要包括热泵机组单元14、定压补水单元15、采暖循环泵16和用户末端17。热泵机组单元14可由单台或多台热泵机组串联或并联组成，其可将提取至地面的矿井深部地热能进行进一步提升，热泵机组单元14的冷凝端19和用户末端17进行换热，实现热能的分配和利用。定压补水单元15包括软水器20、补水定压泵21、软化水箱22，为用户末端17和热能输送系统稳定压力并补充循环工质。用户末端17包括煤矿生产或生活福利建筑采暖、井筒防冻、生活热水用热等，采暖循环泵16为热能利用管道的循环工质提供动力。
[0023]在进行煤层地热能开采时，首先根据采热能力确定煤层钻孔1孔径、深度、间距和采热工作面数量及间距等参数。采热工作面平行于采煤工作面排列，一个采热工作面包括至少一个煤层钻孔1，将同轴换热器式的采热器2布置于煤层钻孔1内，一个采热工作面的所有采热器2为一个采热单元，多个采热单元采用并联式连接形成闭环回路。低温采热工质经过采热器2的流入通道和流出通道，将煤层内热量带出，采热器2中的热工质由其顶端正上
方出口管道流出，经过温度传感器4测温，正常情况下保持泄水阀5关断、关断阀6通路，之后依次流经温度传感器4、采热换热器7、温度传感器4、流量计3、采热循环泵8，在采热换热器7内与井下换热器11热交换释放热量，最后经采热器2顶端右侧的入口流入，再次进入煤层采热。上述过程中，通过煤层采热管道上的采热换热器7与井下换热器11热交换过程将热量传递给热能输送系统循环工质，随后热能输送管道将热量输送至地面，再经过地面换热器12和热泵机组单元14蒸发端18的换热过程热量被进一步提取和提升，通过热泵机组单元14冷凝端19将热量分配给采暖换热器23，进而通过热能利用管道使用户末端17进行利用，完成整个系统的换热过程。在对煤层进行采热时，通过温度传感器4和流量计3数据，监控平台10可以获得每个采热单元出口水温和系统实时、累计采热量，从而调节采热循环泵8的频率以改变采热工质流量，从而控制采热量。监控平台10可根据采热单元出口水温判定采热工作面是否完成采热作业，对于完成采热作业的采热单元，首先关闭采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.矿井煤层热能提取利用系统，其特征在于，包括煤层钻孔(1)，煤层钻孔(1)内设置有采热器(2)，采热器(2)采用同轴换热器，采热器(2)上通过向外伸出的煤层采热管道连通有采热换热器(7)，采热换热器(7)上耦合有井下换热器(11)，井下换热器(11)上通过热能输送管道连通有地面换热器(12)，地面换热器(12)上经热泵机组单元(14)耦合有采暖换热器(23)，采暖换热器(23)通过热能利用管道与用户末端(17)连通。2.如权利要求1所述的矿井煤层热能提取利用系统，其特征在于，所述煤层钻孔(1)孔径在100～200mm之间，长度在50～200m之间；煤层钻孔(1)开设有多个，竖直方向排列间距为2～5m，水平方向排列间距为5～10m。3.如权利要求1所述的矿井煤层热能提取利用系统，其特征在于，所述煤层采热管道上设置有流量计(3)、温度传感器(4)、采热循环泵(8)和关断阀(6)。4.如权利要求3所述的矿井煤层热能提取利用系统，其特征在于，所述流量计(3)、温度传感器(4)和采热循环泵(8)电连接有监控平台(10)。5.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琪，苏伟，冯绪，杨亮，张瑞瑛，
申请(专利权)人：中煤西安设计工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：