CN108252714A - 一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法 - Google Patents

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Abstract

一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法。该设备包括地热开采地面系统、地热开采地下系统、采煤系统和充填开采系统。方法是根据煤层条件布置充填采煤工作面形成采煤系统、充填系统；将吸热、蓄热以及正常似膏体的充填材料分别填充入采空区，在吸热、蓄热充填体内铺设采热管，形成吸热带与隔热带；从地面注入冷流体至工作面置换充填体内储存的热量形成热流体，输送至地面进行发电利用。本发明使深部充填与地热开采协同，降低工作面温度的同时，加强了资源的合理化开发利用。

Description

一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法
技术领域
本发明涉及一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法，属于深部煤炭资源充填开采技术领域。
背景技术
目前，深部煤炭资源开采进入常态化，尤其进入1000～2000m的深部煤炭资源开采条件，在复杂地质条件、高地应力、高低温、高岩溶水压、高瓦斯以及高强扰动的开采环境下，潜在灾变过程集中表现为冲击地压频率和强度增加、采场矿压显现强烈、地表沉陷难以预计以及强采矿活动扰动等，深部资源开采与灾害防控面临严峻挑战。
充填采煤技术在岩层运动控制与潜在灾变防控、固体废弃物处理、地表沉陷控制、生态环境保护以及提高煤炭资源采出率方面具有显著的技术优势，煤矿绿色开采的核心技术之一，是解决深部资源开采的主要技术选择。地热作为一种可再生清洁能源，在进入深部开采之后，岩层温度增速为(10-40)℃/km，如何降低工作面温度，促进地热资源的开发是深部开采面临的重要难题。为了有效控制岩层运动，在采用充填开采的同时，探索如何实现深部煤炭资源充填和地热协同开采对深部资源开发具有重要意义。
发明内容
为了克服现有的技术的上述不足，本发明提供一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法，能在降低工作面温度的同时，加强资源的合理化开发利用。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种深部煤炭与地热协同开采设备，包括地热开采地面系统、地热开采地下系统、采煤系统和充填开采系统，所述采煤系统和充填开采系统按照似膏体充填开采工作面布置；所述的地热开采地面系统包括发电工作平台、储冷流体集流装置和储热流体集流装置，发电工作平台分别连接储冷流体集流装置和储热流体集流装置，储冷流体集流装置和储热流体集流装置的出口分别连接送流管路和回流管路；所述的地热开采地下系统包括布置在充填体内的采热管以及分别连接于其两端的送流管路、回流管路，送流管路和回流管路分别布置于进风巷和回风巷的，并从副井内铺设至工作面。
一种深部煤炭与地热协同开采方法，包括如下步骤：
1)根据煤层条件布置充填采煤工作面，分别形成采煤系统和充填系统；
2)进行第一充填步距回采，煤炭回采后进行充填，将似膏体充填材料填充入采空区，至采高一半处，停止充填；待似膏体充填材料初凝后，铺设采热管，分别连接送流管路、回流管路，继续进行充填，直至充填材料与顶板相接，形成采热充填体，即吸热带；
3)待第一充填步距内似膏体充填材料终凝后，进行第二充填步距回采，将常态的似膏体充填材料填充入采空区，完成充填后形成隔热带；
4)按照充填步距，重复步骤1)、2)，间隔布置吸热带与隔热带，完成各步距回采和充填；
5)采空区充填完成后，从发电工作平台提供动力泵送储冷流体集流装置的冷流体，注入到送流管路中输送至工作面内与其连接的采热管中，冷流体吸收采空区内吸热、蓄热充填材料内储存的热量，转换为热流体，经过回流管路，输送至地面储热流体集流装置，再连接至发电工作平台进行利用，完成闭路循环。
相比现有技术，本发明的一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法，将深部充填开采技术与地热开采技术有机结合，用似膏体充填材料形成吸热带与隔热带，既能有效控制岩层运动，又能降低工作面温度，从地面注入冷流体至工作面置换充填体内储存的热量形成热流体，输送至地面进行发电利用，促进了地热资源的开发利用，实现了深部绿色化开采。可见，本发明方法新颖，集采煤、充填、地热开发、采场降温于一体，具有很好的推广价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明一个实施例中开采设备的结构布置图。
图2为本发明一个实施例的工作面布置图。
图中：1、主井，2、副井，3、风井，4、储冷流体集流装置，5、储热流体集流装置，6、回流管路，7、送流管路，8、发电工作平台，9、似膏体充填材料，10、进风巷，11、回风巷，12、采煤机，13、刮板输送机，14、采热管，15、吸热带，16、隔热带。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
图1和图2示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图中的一种深部煤炭与地热协同开采设备，包括地热开采地面系统、地热开采地下系统、采煤系统和充填开采系统。所述的地热开采地面系统包括发电工作平台8、储冷流体集流装置4和储热流体集流装置5，发电工作平台8分别连接储冷流体集流装置4和储热流体集流装置5，储冷流体集流装置4和储热流体集流装置5的出口分别连接送流管路7和回流管路6；所述的地热开采地下系统包括布置在充填体内的采热管14以及分别连接于其两端的送流管路7、回流管路6，送流管路7和回流管路6分别布置于进风巷10和回风巷11的，并从副井2内铺设至工作面，通常还开设有主井1和风井3。
本实施例的一种深部煤炭与地热协同开采方法，包括如下步骤：
1)根据煤层条件布置充填采煤工作面，分别形成采煤系统和充填系统；
2)利用采煤机12和刮板输送机13等设备，进行第一充填步距回采，煤炭回采后进行充填，将似膏体充填材料9填充入采空区，至采高一半处，停止充填；待似膏体充填材料9初凝后，铺设采热管14，分别连接送流管路7、回流管路6，继续进行充填，直至充填材料与顶板相接，形成采热充填体，即吸热带15；
3)待第一充填步距内似膏体充填材料9终凝后，进行第二充填步距回采，将正常似膏体充填材料9填充入采空区，完成充填后形成隔热带16；
4)按照充填步距，重复步骤1)、2)，间隔布置吸热带15与隔热带16，完成各步距回采和充填；
5)采空区充填完成后，从发电工作平台8提供动力泵送储冷流体的储冷流体集流装置4内的冷流体，注入到送流管路7中，在压力作用下通过送流管路7输送至工作面内与其连接的采热管14中，冷流体吸收采空区内似膏体充填材料9内储存的热量，转换为热流体，经过回流管路6，输送至地面储存热流体的储热流体集流装置5，再连接至发电工作平台8进行利用，完成闭路循环。
在本实施例中，所述送流管路7和回流管路6由隔热材料制成，具有良好的储热功能。所述采热管14的形状布置为图2所示的连续矩形折线状的连续蛇形。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种深部煤炭与地热协同开采设备，包括地热开采地面系统、地热开采地下系统、采煤系统和充填开采系统，所述采煤系统和充填开采系统按照似膏体充填开采工作面布置；其特征是：所述的地热开采地面系统包括发电工作平台(8)、储冷流体集流装置(4)和储热流体集流装置(5)，发电工作平台(8)分别连接储冷流体集流装置(4)和储热流体集流装置(5)，储冷流体集流装置和储热流体集流装置(5)的出口分别连接送流管路(7)和回流管路(6)；
所述的地热开采地下系统包括布置在充填体内的采热管(14)以及分别连接于其两端的送流管路(7)、回流管路(6)，送流管路(7)和回流管路(6)分别布置于进风巷(10)和回风巷(11)的，并从副井(2)内铺设至工作面。
2.一种采用权利要求1所述深部煤炭与地热协同开采设备的开采方法，其特征是：包括如下步骤：
1)根据煤层条件布置充填采煤工作面，分别形成采煤系统和充填系统；
2)进行第一充填步距回采，煤炭回采后进行充填，将似膏体充填材料(9)填充入采空区，至采高一半处，停止充填；待似膏体充填材料(9)初凝后，铺设采热管(14)，分别连接送流管路(7)、回流管路(6)，继续进行充填，直至充填材料与顶板相接，形成采热充填体，即吸热带(15)；
3)待第一充填步距内似膏体充填材料(9)终凝后，进行第二充填步距回采，将常态的似膏体充填材料(9)填充入采空区，完成充填后形成隔热带(16)；
4)按照充填步距，重复步骤1)、2)，间隔布置吸热带(15)与隔热带(16)，完成各步距回采和充填；
5)采空区充填完成后，从发电工作平台(8)提供动力泵送储冷流体集流装置(4)的冷流体，注入到送流管路(7)中输送至工作面内与其连接的采热管(14)中，冷流体吸收采空区内吸热、蓄热充填材料内储存的热量，转换为热流体，经过回流管路(6)，输送至地面储热流体集流装置(5)，再连接至发电工作平台(8)进行利用，完成闭路循环。
3.根据权利要求2所述的一种深部煤炭与地热协同开采方法，其特征是：所述的送流管路(7)和回流管路(6)由隔热材料制成。
4.根据权利要求2或3所述的一种深部煤炭与地热协同开采方法，其特征是：所述采热管(14)的形状布置为连续蛇形。
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