CN107023294A - 矿床与地热协同开采方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿床与地热协同开采方法及系统，其方法包括步骤：一、根据充填开采工艺进行矿块的采准、切割；二、在地面进行矿井地热开采地面系统的施工；三、进行第一分层回采，并在地下进行矿井地热开采地下系统的施工；四、进行第一分层充填，形成采热充填体；五、从第一分层以上部分从下到上依次进行各分层的开采、回采和充填，直至向上到阶段运输巷道；其系统包括矿井地热开采地面系统和矿井地热开采地下系统，矿井地热开采地下系统包括进行各分层回采时铺设的竖井立管、巷道横管和天井立管，以及进行各分层充填时形成的采热充填体。本发明设计新颖合理，在资源回收和地热开发的同时，兼顾了高温采场降温，实用性强，推广应用价值高。
Description
技术领域
本发明属于深部矿产资源开采技术领域，具体涉及一种矿床与地热协同开采方法及系统。
背景技术
随着浅部矿产资源的逐渐减少和枯竭，开发深部矿产资源是国家保证资源安全、扩展经济社会发展空间的重大需求。同时，深部矿产资源开发利用也符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》提出的“深空、深海、深蓝和深地”四个领域的战略要求。超大超深矿床开采技术是“深地”探索的重要领域，是向地球深部矿产资源进军必须解决的战略科技问题，也是代表现代矿业科技发展的高端。深部矿产资源开采处于高地应力、高地温、高井深、高渗透压等特殊环境，势必给深部矿床开采带来众多科学技术难题，严重制约着矿山生产安全、效率和成本等。为此，突破超大超深矿床开采关键技术，提升深部矿产资源开发和利用能力，对于“决战深部”战略至关重要。
超大超深的矿床开采将会使矿井下形成更多的采空区、引发的更多的地质灾害、环境破坏和固体废弃物排放，必将成为制约深部矿产资源可持续开发利用与矿业健康发展的重要因素。然而，要彻底缓解资源、能源、环境和安全的瓶颈制约，必须突破传统采矿技术屏障，大力发展以清洁生产、资源高效开采和废物循环利用为特征的绿色可持续资源开发模式—充填采矿技术，同时也是未来深部采矿方法发展的必然趋势。
就金属矿山来说，据不完全统计，目前全世界千米矿井数目已超过150座，其中，南非深井矿山最多有76座，同时也拥有世界最大采深近4800m，平均采深已超过2000m，采深变化范围为1524m-4800m，以金矿为主；加拿大有30座超千米矿山，采深变化范围为1524m-2499m，以金、铜-镍、铜-铅-锌矿为主；我国有17座矿山采深超过千米，采深变化范围为1000m-1600m，以金、有色金属矿为主，其中夹皮沟金矿为我国典型的深井开采矿山；美国有11座超千米矿山，采深变化范围为1600m-2438m，以金、铜、银矿为主。
对于超大超深矿床开采，热害现象尤为显著。世界上有许多国家先后出现矿井热害问题，如秘鲁的凯萨帕尔卡铜铅锌银矿，早在1937年就在-823米水平上打了一条32千米的疏干巷道，用以疏干矿体中的热水，1967年巷道中涌出热水，水温高达68.98℃，岩石温度为61.1℃。南非金矿矿井深度大部分超过2000米，South Deep金矿采深达2800m时，岩石温度达75℃；Mponeng金矿采深达4100米左右时，岩石温度达66℃。日本是矿井热害最多的国家，北海道的丰羽铅锌矿，岩石温度69-130℃，其东南侧的信浓矿体预计岩体温度可达160℃，同时存在热水和水蒸气的地热流体；鹿儿岛的菱刈金矿，水温60℃。美国的孤山铜矿，岩石温度60℃，水温36-52℃。此外，在赞比亚、墨西哥、尼加拉瓜、前捷克斯洛伐克、俄罗斯及德国等国也都发现矿井热害。据初步统计，在国外，南非西部矿井在深度3300m处气温达到50℃；日本丰羽铅锌矿由于受热水影响，在深度500m处气温高达80℃。随着矿井开采深度的增加，矿井内的温度将不断加大。根据目前对地温的认识，开采深度每增加1km，地下的岩石温度将上升25℃。据此推算，如果想要获取10000m深处的矿产资源，人类将面对250℃的岩石温度。在现在的技术条件下，这是人类不可能忍受的。
对于深部矿床开采，高井温是导致热害的罪魁祸首。然而，高井温对于地热开发又是求之不得。地热作为一种可再生清洁能源，从绿色开采角度来看，地热也属于深部开采的范畴。那么，能否可以实现深部矿产资源和地热协同开采？假定可以借助深部矿产资源开采创造的开采系统，来开发地热，至少具有以下几个优势：(1)已具备一定采深，无需从地表至采深段的钻探工程，可为地热开发节省成本；(2)深部空区以具备相当规模，高温的岩石为地热开发提供源源不断的免费热源；(3)深部开采具备完成的提升运输通路，以及完备的电力、给排水系统，为地热开发过程中管路布设和动力供应提供保障；(4)对于一个既定矿山终究会开采完毕，废弃的矿山可以作为一个地热开发的工厂。
因此，探索实现深部矿产资源与地热协同开采的技术很有必要，现有技术中还缺乏这样的技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种方法步骤新颖、实现方便、在资源回收和地热开发的同时兼顾了高温采场降温、实用性强、推广应用价值高的矿床与地热协同开采方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种矿床与地热协同开采方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据充填开采工艺进行矿块的采准、切割，形成天井、联络巷、阶段运输巷道、竖井和回采空间；
步骤二、在地面进行矿井地热开采地面系统的施工，具体的施工过程为：在地面设置用于存储冷换热流体的集流体装置和用于存储热换热流体的蓄热流体装置，并在住宅/办公区设置用于为住宅/办公区供热的冷热交换器；在集流体装置的流体入口处连接与冷热交换器的冷换热流体出口连接的冷换热流体输送管，在集流体装置的流体出口处连接地面送流体管，在地面送流体管上连接送流体动力泵，在蓄热流体装置的流体入口处连接地面回流体管，在蓄热流体装置的流体出口连接与冷热交换器的热流体入口连接的热换热流体输送管，在热换热流体输送管上连接热换热流体输送动力泵；
步骤三、进行第一分层回采，并在地下进行矿井地热开采地下系统的施工，具体的施工过程为：在竖井内铺设竖井立管，在阶段运输巷道内铺设巷道横管，并在与天井连接处设置巷道横管预留接口，在天井中铺设天井立管，同时在每个联络巷内设置天井立管预留接口；其中，所述竖井立管包括竖井送流体立管和竖井回流体立管，所述巷道横管包括巷道送流体横管和巷道回流体横管，所述天井立管包括天井送流体立管和天井回流体立管，所述竖井送流体立管与地面送流体管连接，所述竖井回流体立管与地面回流体管连接，所述巷道送流体横管与竖井送流体立管和天井送流体立管均连接，所述巷道回流体横管与竖井回流体立管和天井回流体立管均连接；
步骤四、进行第一分层充填，充填时相变蓄热材料和采热管分层交替设置，并设置溜井和硬化顶，形成采热充填体，具体过程为：
步骤401、在采空区安装溜井模具，并设定充填时的相变蓄热材料充填层数和采热管的层数；
步骤402、输入相变蓄热材料进行充填，至需要设置采热管的高度后，在相变蓄热材料上铺设作业平板，铺设采热管，采热管铺设完成后撤掉作业平板，并将采热管与天井立管预留接口连接；
步骤403、重复步骤402，直至相变蓄热材料充填层数和采热管的层数达到了步骤401设定的值；
步骤404、输入硬化材料进行充填，形成硬化顶；
步骤五、从第一分层以上部分从下到上依次进行各分层的开采、回采和充填，且在各分层回采时，均按照步骤三的施工过程进行矿井地热开采地下系统的施工，在各分层充填时，均按照步骤四的方法进行充填，直至向上到阶段运输巷道；
步骤五中在完成第N分层的开采、回采和充填后，启动送流体动力泵和热换热流体输送动力泵，在送流体动力泵的作用下，集流体装置内的冷换热流体经过地面送流体管进入竖井送流体立管，再进入巷道送流体横管，分送到每个天井送流体立管，然后送到与天井送流体立管连接的采热管中，冷换热流体在流过采热管时吸收相变蓄热材料积蓄的地热而成为热换热流体，然后进入天井回流体立管，经过巷道回流体横管和竖井回流体立管到达地面回流体管，汇入蓄热流体装置存储，完成矿井地热的开采，蓄热流体装置内的热换热流体再在热换热流体输送动力泵的作用下，经过热换热流体输送管通往冷热交换器进行利用；其中，N的取值为大于等于1的自然数。
上述的矿床与地热协同开采方法，其特征在于：步骤二中所述换热流体为水或有机工质。
上述的矿床与地热协同开采方法，其特征在于：步骤二中所述换热流体为水，所述冷换热流体输送管为冷水输送管；所述集流体装置为集水箱或集水池，所述蓄热流体装置为蓄热水箱或蓄热水池。
上述的矿床与地热协同开采方法，其特征在于：步骤二中还在蓄热流体装置的流体出口连接发电机组。
上述的矿床与地热协同开采方法，其特征在于：步骤四中各层的采热管均铺设成蛇形。
本发明还提供了一种设计新颖合理、实现方便、在资源回收和地热开发的同时兼顾了高温采场降温、实用性强、推广应用价值高的实现上述方法的矿床与地热协同开采系统，其特征在于：包括矿井地热开采地面系统和矿井地热开采地下系统，所述矿井地热开采地面系统包括设置在地面上的用于存储冷换热流体的集流体装置和用于存储热换热流体的蓄热流体装置，以及设置在住宅/办公区用于为住宅/办公区供热的冷热交换器；所述集流体装置的流体入口处连接有与冷热交换器的冷换热流体出口连接的冷换热流体输送管，所述集流体装置的流体出口处连接有地面送流体管，所述地面送流体管上连接有送流体动力泵，所述蓄热流体装置的流体入口处连接有地面回流体管，所述蓄热流体装置的流体出口连接有与冷热交换器的热换热流体入口连接的热换热流体输送管，所述热换热流体输送管上连接有热换热流体输送动力泵；所述矿井地热开采地下系统包括进行各分层回采时铺设在竖井内的竖井立管、铺设在阶段运输巷道内的巷道横管和铺设在天井内的天井立管，以及进行各分层充填时形成的采热充填体；所述巷道横管上与天井连接处设置有巷道横管预留接口，每个联络巷内均设置天井立管预留接口，所述竖井立管包括竖井送流体立管和竖井回流体立管，所述巷道横管包括巷道送流体横管和巷道回流体横管，所述天井立管包括天井送流体立管和天井回流体立管，所述竖井送流体立管与地面送流体管连接，所述竖井回流体立管与地面回流体管连接，所述巷道送流体横管与竖井送流体立管和天井送流体立管均连接，所述巷道回流体横管与竖井回流体立管和天井回流体立管均连接；所述采热充填体包括分层交替设置的相变蓄热材料和采热管，以及设置在顶部的硬化顶和设置在相变蓄热材料上的溜井。
上述的矿床与地热协同开采系统，其特征在于：所述换热流体为水或有机工质。
上述的矿床与地热协同开采系统，其特征在于：所述换热流体为水，所述冷换热流体输送管为冷水输送管；所述集流体装置为集水箱或集水池，所述蓄热流体装置为蓄热水箱或蓄热水池。
上述的矿床与地热协同开采系统，其特征在于：所述蓄热流体装置的流体出口上连接有发电机组。
上述的矿床与地热协同开采系统，其特征在于：各层的采热管均铺设成蛇形。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的矿床与地热协同开采方法，用充填采矿法实现地下矿床的回采，再通过构建矿井地热开采地面系统和矿井地热开采地下系统实现地热开采，方法步骤新颖，实现方便。
2、本发明在资源回收和地热开发的同时，兼顾了高温采场降温，功能完备。
3、本发明矿床与地热协同开采系统的结构简单，设计新颖合理，实现方便。
4、本发明能够为矿山带来额外的能量及经济来源，并且可以延续矿山的生命周期。
5、本发明的实用性强，推广应用价值高。
综上所述，本发明设计新颖合理，实现方便，在资源回收和地热开发的同时，兼顾了高温采场降温，实用性强，推广应用价值高。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明矿床与地热协同开采系统的结构示意图。
图2为本发明采热充填体的立体图。
图3为图2的主视图。
图4为图3的A-A剖视图。
附图标记说明:
1—天井； 2—联络巷； 3—阶段运输巷道；
4—竖井； 6-1—竖井送流体立管； 6-2—竖井回流体立管；
7-1—巷道送流体横管； 7-2—巷道回流体横管； 8-1—天井送流体立管；
8-2—天井回流体立管； 10—集流体装置； 11—蓄热流体装置；
12—地面送流体管； 13—送流体动力泵； 14—地面回流体管；
15—冷热交换器； 16—住宅/办公区； 17—热换热流体输送动力泵；
18—热换热流体输送管； 19—冷换热流体输送管；
21—采热充填体； 21-1—相变蓄热材料； 21-2—采热管；
21-3—溜井； 21-4—硬化顶； 22—巷道横管预留接口；
23—天井立管预留接口； 24—发电机组； 25—围岩；
26—土壤层； 27—矿床。
具体实施方式
如图1所示，本发明的矿床与地热协同开采方法，包括以下步骤：
步骤一、根据充填开采工艺进行矿块的采准、切割，形成天井1、联络巷2、阶段运输巷道3、竖井4和回采空间；
步骤二、在地面进行矿井地热开采地面系统的施工，具体的施工过程为：在地面设置用于存储冷换热流体的集流体装置10和用于存储热换热流体的蓄热流体装置11，并在住宅/办公区16设置用于为住宅/办公区16供热的冷热交换器15；在集流体装置10的流体入口处连接与冷热交换器15的冷换热流体出口连接的冷换热流体输送管19，在集流体装置10的流体出口处连接地面送流体管12，在地面送流体管12上连接送流体动力泵13，在蓄热流体装置11的流体入口处连接地面回流体管14，在蓄热流体装置11的流体出口连接与冷热交换器15的热流体入口连接的热换热流体输送管18，在热换热流体输送管18上连接热换热流体输送动力泵17；
步骤三、进行第一分层回采，并在地下进行矿井地热开采地下系统的施工，具体的施工过程为：在竖井4内铺设竖井立管，在阶段运输巷道3内铺设巷道横管，并在与天井1连接处设置巷道横管预留接口22，在天井1中铺设天井立管，同时在每个联络巷2内设置天井立管预留接口23；其中，所述竖井立管包括竖井送流体立管6-1和竖井回流体立管6-2，所述巷道横管包括巷道送流体横管7-1和巷道回流体横管7-2，所述天井立管包括天井送流体立管8-1和天井回流体立管8-2，所述竖井送流体立管6-1与地面送流体管12连接，所述竖井回流体立管6-2与地面回流体管14连接，所述巷道送流体横管7-1与竖井送流体立管6-1和天井送流体立管8-1均连接，所述巷道回流体横管7-2与竖井回流体立管6-2和天井回流体立管8-2均连接；矿井地热开采地下系统借助矿井已有工程(竖井4、阶段运输巷道3、天井1等)铺设连接管道；巷道横管预留接口22用于在设置其他天井时，实现巷道送流体横管与天井送流体立管，以及巷道回流体横管与天井回流体立管的连接；
步骤四、进行第一分层充填，结合图2、图3和图4，充填时相变蓄热材料21-1和采热管21-2分层交替设置，并设置溜井21-3和硬化顶21-4，形成采热充填体21，具体过程为：
步骤401、在采空区安装溜井21-3模具，并设定充填时的相变蓄热材料21-1充填层数和采热管21-2的层数；具体实施时，设定充填时的相变蓄热材料21-1充填层数和采热管21-2的层数是根据分层的高度确定的，先根据分层的高度确定出采热管21-2的层间距离和每层相变蓄热材料21-1的高度，然后就能确定出相变蓄热材料21-1充填层数和采热管21-2的层数；
步骤402、输入相变蓄热材料21-1进行充填，至需要设置采热管21-2的高度后，在相变蓄热材料21-1上铺设作业平板，铺设采热管21-2，采热管21-2铺设完成后撤掉作业平板，并将采热管21-2与天井立管预留接口23连接；
步骤403、重复步骤402，直至相变蓄热材料21-1充填层数和采热管21-2的层数达到了步骤401设定的值；
步骤404、输入硬化材料进行充填，形成硬化顶21-4；具体实施时，当相变蓄热材料21-1的硬度和强度能够达到采矿设备行走要求时，也可以不设置硬化顶21-4。
步骤五、从第一分层以上部分从下到上依次进行各分层的开采、回采和充填，且在各分层回采时，均按照步骤三的施工过程进行矿井地热开采地下系统的施工，在各分层充填时，均按照步骤四的方法进行充填，直至向上到阶段运输巷道3；即在完成第一分层的开采、回采和充填后，进行第一分层上部第二分层的开采、回采和充填，且在进行第二分层的回采时，按照步骤三的施工过程进行矿井地热开采地下系统的施工，在进行第二分层的充填时，按照步骤四的方法进行充填；以此类推，在完成第二分层的开采、回采和充填后，进行第二分层上部第三分层的开采、回采和充填，且在进行第三分层的回采时，按照步骤三的施工过程进行矿井地热开采地下系统的施工，在进行第三分层的充填时，按照步骤四的方法进行充填；直至向上到阶段运输巷道3。随着矿石开采的推进，矿井地热开采地下系统不断扩充，逐渐形成规模，整个矿山完成开采后，由矿井地热开采地上系统和矿井地热开采地下系统构成的终态规模的矿井地热开采系统形成。
步骤五中在完成第N分层的开采、回采和充填后，启动送流体动力泵13和热换热流体输送动力泵17，在送流体动力泵13的作用下，集流体装置10内的冷换热流体经过地面送流体管12进入竖井送流体立管6-1，再进入巷道送流体横管7-1，分送到每个天井送流体立管8-1，然后送到与天井送流体立管8-1连接的采热管21-2中，冷换热流体在流过采热管21-2时吸收相变蓄热材料21-1积蓄的地热而成为热换热流体，然后进入天井回流体立管8-2，经过巷道回流体横管7-2和竖井回流体立管6-2到达地面回流体管14，汇入蓄热流体装置11存储，完成矿井地热的开采，蓄热流体装置11内的热换热流体再在热换热流体输送动力泵17的作用下，经过热换热流体输送管18通往冷热交换器15进行利用；其中，N的取值为大于等于1的自然数。取N的值为大于等于1的自然数，是为了随着矿石开采的推进，使矿井地热开采地下系统形成一定的规模，而具备了开采矿井地热的能力，从而实现矿床与地热协同开采。相变蓄热材料21-1能够从围岩25中不断吸收热量并存储。具体实施时，在住宅/办公区16的地热利用方式有：地热供暖、地热温室、地热工业利用、地热水产养殖、地热水疗和地热孵化等。
本实施例中，步骤二中所述换热流体为水或有机工质。
本实施例中，步骤二中所述换热流体为水，所述冷换热流体输送管19为冷水输送管；所述集流体装置10为集水箱或集水池，所述蓄热流体装置11为蓄热水箱或蓄热水池。
本实施例中，步骤二中还在蓄热流体装置11的流体出口连接发电机组24。具体实施时，蓄热流体装置11设置有多个流体出口，其中一个连接热换热流体输送管18，另一个连接发电机组24，还可以有预留接口用于连接其他可以利用热量的设备。冷换热流体在流过采热管21-2时吸收相变蓄热材料21-1积蓄的地热而成为热换热流体，然后进入天井回流体立管8-2，经过巷道回流体横管7-2和竖井回流体立管6-2到达地面回流体管14，汇入蓄热流体装置11存储，还能进入发电机组24进行发电。地热发电是根据能量转换原理，首先将地热转换成机械能，再将机械能转换为电能。
本实施例中，步骤四中各层的采热管21-2均铺设成蛇形。具体实施时，根据各分层的宽度确定各层中采热管21-2铺设时的管间距。
本发明的矿床与地热协同开采系统，包括矿井地热开采地面系统和矿井地热开采地下系统，所述矿井地热开采地面系统包括设置在地面上的用于存储冷换热流体的集流体装置10和用于存储热换热流体的蓄热流体装置11，以及设置在住宅/办公区16用于为住宅/办公区16供热的冷热交换器15；所述集流体装置10的流体入口处连接有与冷热交换器15的冷换热流体出口连接的冷换热流体输送管19，所述集流体装置10的流体出口处连接有地面送流体管12，所述地面送流体管12上连接有送流体动力泵13，所述蓄热流体装置11的流体入口处连接有地面回流体管14，所述蓄热流体装置11的流体出口连接有与冷热交换器15的热换热流体入口连接的热换热流体输送管18，所述热换热流体输送管18上连接有热换热流体输送动力泵17；所述矿井地热开采地下系统包括进行各分层回采时铺设在竖井4内的竖井立管、铺设在阶段运输巷道3内的巷道横管和铺设在天井1内的天井立管，以及进行各分层充填时形成的采热充填体21；所述巷道横管上与天井1连接处设置有巷道横管预留接口22，每个联络巷2内均设置天井立管预留接口23，所述竖井立管包括竖井送流体立管6-1和竖井回流体立管6-2，所述巷道横管包括巷道送流体横管7-1和巷道回流体横管7-2，所述天井立管包括天井送流体立管8-1和天井回流体立管8-2，所述竖井送流体立管6-1与地面送流体管12连接，所述竖井回流体立管6-2与地面回流体管14连接，所述巷道送流体横管7-1与竖井送流体立管6-1和天井送流体立管8-1均连接，所述巷道回流体横管7-2与竖井回流体立管6-2和天井回流体立管8-2均连接；所述采热充填体21包括分层交替设置的相变蓄热材料21-1和采热管21-2，以及设置在顶部的硬化顶21-4和设置在相变蓄热材料21-1上的溜井21-3。
本实施例中，所述换热流体为水或有机工质。
本实施例中，所述换热流体为水，所述冷换热流体输送管19为冷水输送管；所述集流体装置10为集水箱或集水池，所述蓄热流体装置11为蓄热水箱或蓄热水池。
本实施例中，所述蓄热流体装置11的流体出口上连接有发电机组24。具体实施时，当换热流体采用有机工质时，发电机组24采用有机朗肯循环发电机组。
本实施例中，各层的采热管21-2均铺设成蛇形。
综上所述，本发明以实现深部矿产资源与地热协同开采为着眼点，并结合充填采矿工艺，采用相变蓄热材料进行充填，并以相变蓄热材料为蓄热载体，在资源回收和地热开发的同时，兼顾了高温采场降温；在高温深井下，以实现矿床和地热同时开采的目的，构建了基于相变蓄热材料充填体的矿床与地热协同开采模式，用充填采矿法实现地下矿床的回采，同时以形成采热充填体作为蓄热载体，完成地热开采。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种矿床与地热协同开采方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据充填开采工艺进行矿块的采准、切割，形成天井(1)、联络巷(2)、阶段运输巷道(3)、竖井(4)和回采空间；
步骤二、在地面进行矿井地热开采地面系统的施工，具体的施工过程为：在地面设置用于存储冷换热流体的集流体装置(10)和用于存储热换热流体的蓄热流体装置(11)，并在住宅/办公区(16)设置用于为住宅/办公区(16)供热的冷热交换器(15)；在集流体装置(10)的流体入口处连接与冷热交换器(15)的冷换热流体出口连接的冷换热流体输送管(19)，在集流体装置(10)的流体出口处连接地面送流体管(12)，在地面送流体管(12)上连接送流体动力泵(13)，在蓄热流体装置(11)的流体入口处连接地面回流体管(14)，在蓄热流体装置(11)的流体出口连接与冷热交换器(15)的热换热流体入口连接的热换热流体输送管(18)，在热换热流体输送管(18)上连接热换热流体输送动力泵(17)；
步骤三、进行第一分层回采，并在地下进行矿井地热开采地下系统的施工，具体的施工过程为：在竖井(4)内铺设竖井立管，在阶段运输巷道(3)内铺设巷道横管，并在与天井(1)连接处设置巷道横管预留接口(22)，在天井(1)中铺设天井立管，同时在每个联络巷(2)内设置天井立管预留接口(23)；其中，所述竖井立管包括竖井送流体立管(6-1)和竖井回流体立管(6-2)，所述巷道横管包括巷道送流体横管(7-1)和巷道回流体横管(7-2)，所述天井立管包括天井送流体立管(8-1)和天井回流体立管(8-2)，所述竖井送流体立管(6-1)与地面送流体管(12)连接，所述竖井回流体立管(6-2)与地面回流体管(14)连接，所述巷道送流体横管(7-1)与竖井送流体立管(6-1)和天井送流体立管(8-1)均连接，所述巷道回流体横管(7-2)与竖井回流体立管(6-2)和天井回流体立管(8-2)均连接；
步骤四、进行第一分层充填，充填时相变蓄热材料(21-1)和采热管(21-2)分层交替设置，并设置溜井(21-3)和硬化顶(21-4)，形成采热充填体(21)，具体过程为：
步骤401、在采空区安装溜井(21-3)模具，并设定充填时的相变蓄热材料(21-1)充填层数和采热管(21-2)的层数；
步骤402、输入相变蓄热材料(21-1)进行充填，至需要设置采热管(21-2)的高度后，在相变蓄热材料(21-1)上铺设作业平板，铺设采热管(21-2)，采热管(21-2)铺设完成后撤掉作业平板，并将采热管(21-2)与天井立管预留接口(23)连接；
步骤403、重复步骤402，直至相变蓄热材料(21-1)充填层数和采热管(21-2)的层数达到了步骤401设定的值；
步骤404、输入硬化材料进行充填，形成硬化顶(21-4)；
步骤五、从第一分层以上部分从下到上依次进行各分层的开采、回采和充填，且在各分层回采时，均按照步骤三的施工过程进行矿井地热开采地下系统的施工，在各分层充填时，均按照步骤四的方法进行充填，直至向上到阶段运输巷道(3)；
步骤五中在完成第N分层的开采、回采和充填后，启动送流体动力泵(13)和热换热流体输送动力泵(17)，在送流体动力泵(13)的作用下，集流体装置(10)内的冷换热流体经过地面送流体管(12)进入竖井送流体立管(6-1)，再进入巷道送流体横管(7-1)，分送到每个天井送流体立管(8-1)，然后送到与天井送流体立管(8-1)连接的采热管(21-2)中，冷换热流体在流过采热管(21-2)时吸收相变蓄热材料(21-1)积蓄的地热而成为热换热流体，然后进入天井回流体立管(8-2)，经过巷道回流体横管(7-2)和竖井回流体立管(6-2)到达地面回流体管(14)，汇入蓄热流体装置(11)存储，完成矿井地热的开采，蓄热流体装置(11)内的热换热流体再在热换热流体输送动力泵(17)的作用下，经过热换热流体输送管(18)通往冷热交换器(15)进行利用；其中，N的取值为大于等于1的自然数。
2.按照权利要求1所述的矿床与地热协同开采方法，其特征在于：步骤二中所述换热流体为水或有机工质。
3.按照权利要求2所述的矿床与地热协同开采方法，其特征在于：步骤二中所述换热流体为水，所述冷换热流体输送管(19)为冷水输送管；所述集流体装置(10)为集水箱或集水池，所述蓄热流体装置(11)为蓄热水箱或蓄热水池。
4.按照权利要求1所述的矿床与地热协同开采方法，其特征在于：步骤二中还在蓄热流体装置(11)的流体出口连接发电机组(24)。
5.按照权利要求1所述的矿床与地热协同开采方法，其特征在于：步骤四中各层的采热管(21-2)均铺设成蛇形。
6.一种实现如权利要求1所述方法的矿床与地热协同开采系统，其特征在于：包括矿井地热开采地面系统和矿井地热开采地下系统，所述矿井地热开采地面系统包括设置在地面上的用于存储冷换热流体的集流体装置(10)和用于存储热换热流体的蓄热流体装置(11)，以及设置在住宅/办公区(16)用于为住宅/办公区(16)供热的冷热交换器(15)；所述集流体装置(10)的流体入口处连接有与冷热交换器(15)的冷换热流体出口连接的冷换热流体输送管(19)，所述集流体装置(10)的流体出口处连接有地面送流体管(12)，所述地面送流体管(12)上连接有送流体动力泵(13)，所述蓄热流体装置(11)的流体入口处连接有地面回流体管(14)，所述蓄热流体装置(11)的流体出口连接有与冷热交换器(15)的热换热流体入口连接的热换热流体输送管(18)，所述热换热流体输送管(18)上连接有热换热流体输送动力泵(17)；所述矿井地热开采地下系统包括进行各分层回采时铺设在竖井(4)内的竖井立管、铺设在阶段运输巷道(3)内的巷道横管和铺设在天井(1)内的天井立管，以及进行各分层充填时形成的采热充填体(21)；所述巷道横管上与天井(1)连接处设置有巷道横管预留接口(22)，每个联络巷(2)内均设置天井立管预留接口(23)，所述竖井立管包括竖井送流体立管(6-1)和竖井回流体立管(6-2)，所述巷道横管包括巷道送流体横管(7-1)和巷道回流体横管(7-2)，所述天井立管包括天井送流体立管(8-1)和天井回流体立管(8-2)，所述竖井送流体立管(6-1)与地面送流体管(12)连接，所述竖井回流体立管(6-2)与地面回流体管(14)连接，所述巷道送流体横管(7-1)与竖井送流体立管(6-1)和天井送流体立管(8-1)均连接，所述巷道回流体横管(7-2)与竖井回流体立管(6-2)和天井回流体立管(8-2)均连接；所述采热充填体(21)包括分层交替设置的相变蓄热材料(21-1)和采热管(21-2)，以及设置在顶部的硬化顶(21-4)和设置在相变蓄热材料(21-1)上的溜井(21-3)。
7.按照权利要求6所述的矿床与地热协同开采系统，其特征在于：所述换热流体为水或有机工质。
8.按照权利要求7所述的矿床与地热协同开采系统，其特征在于：所述换热流体为水，所述冷换热流体输送管(19)为冷水输送管；所述集流体装置(10)为集水箱或集水池，所述蓄热流体装置(11)为蓄热水箱或蓄热水池。
9.按照权利要求6所述的矿床与地热协同开采系统，其特征在于：所述蓄热流体装置(11)的流体出口上连接有发电机组(24)。
10.按照权利要求6所述的矿床与地热协同开采系统，其特征在于：各层的采热管(21-2)均铺设成蛇形。
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