一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置及方法，属于地下资源开采技术领域；是在煤炭氧化还原反应释放的大量热量基础上对铝土矿进行原位电解制铝，从而实现煤及铝土矿协同共采；本发明专利技术实现了对煤炭与煤层伴生铝土矿的共同原位开采，解决了煤下铝井工开采难度大的问题；充分利用了电解熔融态氧化铝

【技术实现步骤摘要】
一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置及方法


[0001]本专利技术属于地下资源开采
，涉及一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置及方法。

技术介绍

[0002]山西石炭
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二叠系煤下铝土矿在全省含煤地层广泛分布，由于浅部铝土矿资源的日益枯竭，煤下铝的勘查开发日益得到重视。中深部铝土矿逐渐成为铝土矿勘查和开采的主要方向。李志刚等（李志刚，杨彦宏，姬刘亭；煤铝共生资源联合开发模式初探 [J].煤炭工程，2017，49 (10)：43
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47）探讨了河东煤田中不同资源条件下煤铝共生资源联合开发模式，并根据煤铝赋存条件，提出了三种开采方案。王乐（王乐，李海楠，赵雷明等；黄辉头矿煤铝共生资源开采时序研究 [J]. 采矿技术，2018，18(3)：116
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118）根据黄辉头矿的资源赋存条件，分析对比了3种煤下铝矿山建设的方案，优选了煤铝共采的上行开采方案。黄丹等（黄丹，陈何，王昌等；煤系地层覆盖下铝土矿采矿方法研究 [J].有色金属（矿山部分），2019，71(1)：1
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4）在工业实验的基础上提出了煤下铝的协同充填覆岩控制技术。
[0003]由于煤下铝的勘查开发是个复杂的系统工程，受地质条件多方面影响，并且在煤矿的勘查、建设、生产、闭坑不同阶段所面临的地质问题也不同。基于开采技术、勘探技术等的限制，目前许多煤层已被开采，但煤层下部伴生铝土矿未被开采甚至未被勘探，由此导致铝土矿井工开采过程中面临顶板维护困难、地下水侵入严重等问题，故目前铝土矿开采面临诸多技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置及方法，解决煤下铝开采难度大的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的。
[0006]一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置，在矿区布置伸入煤层的第一注入井以及伸入铝土矿层的第二注入井，布置伸入铝土矿层的正负电极装置；在正电极周围布置气体收集井，在负电极周围布置气液收集井；第一注入井分别连接高压热水管路、过热蒸汽管路和氧气管路，第二注入井分别连接高压热水管路、催化剂管路；高压热水管路将高压热水输送至煤层和铝土矿层用于水力压裂，过热蒸汽管路输送过热蒸汽对煤层预热，氧气管路输送氧气进入煤层进行氧化还原反应并放热；催化剂管路输送催化剂至铝土矿层以降低铝土矿中氧化铝的熔点得到熔融态氧化铝；正负电极装置对熔融态氧化铝电解，产生的氧气通过气体收集井收集，产生的单质铝通过气液收集井收集。
[0007]进一步的，气体收集井通过氧气传输管路与所述的氧气管路相连接，用于输入煤层进行氧化还原反应。
[0008]进一步的，所述气体收集井通过管路分别连接有气体收集装置和氧气收集装置；所述气液收集井连接有气液收集装置。
[0009]进一步的，高压热水生成装置通过管路分别与第一注入井和第二注入井相连接；第一注入井通过管路还分别连接有低压高温过热蒸汽生成装置和氧气发生装置；第二注入井通过管路还连接有冰晶石颗粒生成装置。
[0010]进一步的，第一注入井和第二注入井布置在矿区的中心；以第一注入井和第二注入井为中心，在四周布置正负电极装置。
[0011]更进一步的，正负电极装置至少布置两组，每组包括2
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5个正电极和2
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5个负电极；每组的正电极和负电极呈放射状对称分布。
[0012]更进一步的，采用双井法或双层井法对第一注入井和第二注入井进行布置；所述的双井法是第一注入井和第二注入井分别独立设置；所述的双层井法是煤层和铝土矿层中布置的注入井为一口井，以双层井的方式实现物理分隔，即将外井置入煤层形成第一注入井，将内井置入铝土矿层形成第二注入井。
[0013]一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采方法，包括以下步骤：1）通过高压热水对煤层和铝土矿层分别进行水力压裂产生裂隙，同时使高压热水进入煤层；2）将低压高温蒸汽通入煤层对煤层进行充分预热；同时以高压热水为介质将冰晶石颗粒注入铝土矿层；3）向煤层注入氧气，使煤炭、氧气、水在高温条件下发生氧化还原反应，生成氢气与二氧化碳，并对氢气和二氧化碳回收；氧化还原反应产生的大量热量进一步使煤层和位于煤层下部的铝土矿层升温，在冰晶石颗粒以及高温的作用下使铝土矿层产生熔融态氧化铝与熔融态冰晶石的混合物；4）使用正负电极装置对所述混合物进行电解产生氧气和单质铝，并对产生的氧气和单质铝进行收集。
[0014]优选的，收集的氧气被送入煤层进一步利用。
[0015]步骤3）中是持续将过热蒸汽与氧气，交替注入到煤层中，推进氧化还原反应的持续进行，并持续收集所有反应气体并加以利用。
[0016]本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果为：1、本专利技术在煤炭氧化还原反应释放大量热的基础上对铝土矿进行原位电解制铝，实现了对煤炭与煤层伴生铝土矿的共同原位开采，解决了煤下铝井工开采难度大的问题。
[0017]2、本专利技术充分利用了电解熔融态氧化铝
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冰晶石混合物时所产生的氧气，使其辅助进行煤层的氧化还原反应，形成了资源的闭环利用，节约了系统的运行成本。
[0018]3、本专利技术在开采铝土矿时使用了电解的方法，相较于其他开采方法对地下生态环境影响小，能够很好地保护地下水资源。本专利技术的方法在其它地下能源协同原位开采领域同样适用。
附图说明
[0019]图1是实施例1中双井法开采的装置布置剖面图。
[0020]图2是实施例2中双层井法开采的装置布置剖面图。
[0021]图3是实施例1中双井法第二注入井注入冰晶石颗粒的流向示意图。
[0022]图4是实施例1中双井法第一注入井注入氧气、高压热水等的流向示意图。
[0023]图5是实施例2中双层井法注入井的注入过程物质流向示意图。
[0024]图6是实施例2中双层井法的布井示意图。
[0025]图7是实施例1中双井法的布井示意图。
[0026]图中标号：1
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气体收集装置；2
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气体收集井；3
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高压热水生成装置；4
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低压高温过热蒸汽生成装置；5
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氧气发生装置；6
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冰晶石颗粒生成装置；7
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阳极电极；8
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阴极电极；9
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氧气收集装置；10
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气液收集装置；11
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气液收集井；12
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第一注入井；13
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第二注入井；14
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地层；15
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煤层；16
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铝土矿层；17
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氧气传输管。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本专利技术进行进一步详本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置，其特征在于，在矿区布置伸入煤层（15）的第一注入井（12）以及伸入铝土矿层（16）的第二注入井（13），布置伸入铝土矿层（16）的正负电极装置；在正电极周围布置气体收集井（2），在负电极周围布置气液收集井（11）；第一注入井（12）分别连接高压热水管路、过热蒸汽管路和氧气管路，第二注入井（13）分别连接高压热水管路、催化剂管路；高压热水管路将高压热水输送至煤层（15）和铝土矿层（16）用于水力压裂，过热蒸汽管路输送过热蒸汽对煤层（15）预热，氧气管路输送氧气进入煤层（15）进行氧化还原反应并放热；催化剂管路输送催化剂至铝土矿层（16）以降低铝土矿中氧化铝的熔点得到熔融态氧化铝；正负电极装置对熔融态氧化铝电解，产生的氧气通过气体收集井（2）收集，产生的单质铝通过气液收集井（11）收集。2.根据权利要求1所述的一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置，其特征在于，气体收集井（2）通过氧气传输管路（17）与所述的氧气管路相连接，用于输入煤层（15）进行氧化还原反应。3.根据权利要求1所述的一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置，其特征在于，所述气体收集井（2）通过管路分别连接有气体收集装置（1）和氧气收集装置（9）；所述气液收集井（11）连接有气液收集装置（10）。4.根据权利要求1所述的一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置，其特征在于，高压热水生成装置（3）通过管路分别与第一注入井（12）和第二注入井（13）相连接；第一注入井（12）通过管路还分别连接有低压高温过热蒸汽生成装置（4）和氧气发生装置（5）；第二注入井（13）通过管路还连接有冰晶石颗粒生成装置（6）。5.根据权利要求1所述的一种中浅层煤下铝土矿原位高效电解开采装置，其特征在于，第一注入井（12）和第二注入井（13）布置在矿区的中心；以第一注入井（12）和第二注入井（13）为中心，在四周布置正负电极装置。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，武宏哲，邵国荣，朱淳，杨栋，康志勤，赵静，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：