CN109944631A - 一种采空区安全处置方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于采矿技术领域，公开了一种采空区安全处置方法，包括：获取采空区的水渗流体积，并基于所述水渗流体积搭建水循环系统；将所述采空区内的渗流水抽取到地上供暖系统；将地上供暖系统的回流水泵送到所述采空区内。本发明提供的采空区安全处置方法，通过将采空区作为地热供暖系统的热源，通过循环水将地底热量带走，降低热量积累，从而避免残矿自然以及由之导致的衍生物污染和爆炸风险。
Description
技术领域
本发明涉及采矿技术领域，特别涉及一种采空区安全处置方法和系统。
背景技术
矿山开采后的矿坑或者回填区内往往会有残留的煤等可燃化石残矿，易在空气中氧化自燃，同时由于随着矿坑深度增加，其温度也相应增加，也就使得爆炸和有毒有害气体释放的安全风险激增。对于此类矿坑现有技术中往往管理和安全措施不到位，成为高位安全隐患。限于成本和人力限制，现有技术中缺少有效的处置手段。
发明内容
本发明提供一种采空区安全处置方法和系统，解决现有技术中采空区中残留化石矿已氧化自燃，爆炸风险高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种采空区安全处置方法，包括：
获取采空区的水渗流体积，并基于所述水渗流体积搭建水循环系统；
将所述采空区内的渗流水抽取到供暖系统；
将地上供暖系统的回流水泵送到所述采空区内。
进一步地，所述采空区安全处置方法还包括：
在水渗流体积低于所述供暖系统的供热水量的情况下，向所述采空区内注入外源水，补充渗流水参与地底循环水量。
进一步地，所述采空区为充填处理后的采空区。
进一步地，所述获取采空区的水渗流体积包括：
采用深孔测量法测量充填后采空区内部的温度和流体速率；
采用达西渗流定律，确定充填后采空区内水渗流体积。
一种采空区地热供暖系统，包括：矿坑采空区、抽水循环管道、回流循环管道、第一泵送设备、第二泵送设备以及集中供暖机组；
所述抽取循环管道铺设在所述矿坑采空区，并与所述集中供暖机组相连，所述第一泵送设备设置在所述抽取循环管道上，用于将所述矿坑采空区内的渗流水抽取到所述集中供暖机组，向供热管网供水；
所述回流循环管道铺设在所述矿坑采空区，并与所述集中供暖机组相连，所述第二泵送设备设置在所述回流循环管道上，用于将供暖管网回流的供暖水泵送到所述矿坑采空区。
进一步地，所述采空区地热供暖系统还包括：补水仓和补水泵；
所述补水仓的输出端通过所述补水泵与所述回流循环管道相连。
进一步地，还包括：监控单元；
所述监控单元包括：流量监测仪、水温监测仪、流量控制阀组以及控制器终端；
所述流量监测仪、所述水温检测仪以及所述流量控制阀组设置在所述抽取循环管道上，并与所述控制器终端相连。
进一步地，所述采空区地热供暖系统还包括：井底预处理设备；
所述井底预处理设备连接在所述抽取循环管道上。
进一步地，井底预处理设备包括：过滤设备；
所述过滤设备连接在所述抽取循环管道上。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的采空区安全处置方法和系统，通过将矿坑采空区进行建设铺设循环管道，作为地热供暖热源，通过渗流水或者外源水作为循环介质，带走地热热量，而后循环到地热供暖机组而后输送到供热管网，并将供热回流水泵送回矿坑采空区，循环吸热后再次供热；如此循环，从而使得采空区的热量积累处于较低水平，降低自然风险，同时还能够挤压空气空间，从而进一步降低自燃的风险。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种采空区安全处置方法和系统，解决现有技术中采空区中残留化石矿已氧化自燃，爆炸风险高的技术问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本实施例提供一种采空区安全处置方法，包括：
获取采空区的水渗流体积，并基于所述水渗流体积搭建水循环系统；
将所述采空区内的渗流水抽取到供暖系统；
将地上供暖系统的回流水泵送到所述采空区内。
也就是说，将采矿形成的采空区作为地热供暖的热交换空间，通过渗流水作为循环介质流过对应区域实现热量交换，带走热量供给集中供暖管网，而后将回流水再次循环到采空区；如此循环吸热，能够降低残矿的热量积累，从而降低自燃风险，以及由之产生的爆炸和有毒害衍生物的风险。
进一步地，所述采空区安全处置方法还包括：
在水渗流体积低于所述供暖系统的供热水量的情况下，向所述采空区内注入外源水，补充渗流水参与地底循环水量。
也就是说，当渗流水的水量不足或者区域较大时，可以通过将外源水泵入到采空区作为补充，保证循环流量；同时也可以作为调节循环水温的手段。
一般来说，所述采空区为充填处理后的采空区，能够使得循环水与采空区具备更大的接触面积，提升接触换热效率。
进一步地，所述获取采空区的水渗流体积包括：采用深孔测量法测量充填后采空区内部的温度和流体速率；采用达西渗流定律，确定充填后采空区内水渗流体积。
具体来说，采用深孔测量法研究充填后采空区内部的温度和流体速率v。充填后采空区范围一般比较大，采用深孔测量法可以测量到采空区内部深部区域，测量深度依据采空区范围进行具体确定，一般取采空区短边边长的三分之一。深孔测量法选定好测点后开始钻孔，消除各因素对钻孔测量的影响，将测温仪器和测速仪器的探头送入孔内的适当位置，进行固定工作，固定结束后开始记录仪器上的数据，待温度值和流速值稳定时间超过12个小时后记录充填后采空区内部的温度和渗流流体速率v。
在实验室内使用深孔测量法钻孔岩芯测量充填后采空区岩层的渗透率，和现场实测的基础上，采用达西渗流定律，考虑温度的变化带来的影响。达西定律的基本原理中渗流速度v可由下式计算：
式中：kij是充填后采空区内渗透率张量、μ流体的动力黏性系数均为常数，H表示水力压头，T表示流体温度，Bij表示温度系数，充填后采空区内流体压力应当满足：
Δp＝0 (2)
当试验段长度大于试验孔径时，可将模型简化为柱坐标系下一维径向模型故将(2)式简化为：
可求解出解析解：
p2＝c1lnr+c2 (4)
试验达到稳定状态时，可测定测控内部的体积流量为：
式中，L为试验段长度。
依据上式的计算确定充填后采空区内水渗流体积，不同区域测点流体体积进行加权叠加定量确定整个区域的流体体积。
依据水渗流体积在矿山内部巷道中布置保温管道，并在矿山井下进行初级处理渗流水后运输到地面，集中处理后进行供暖。
供暖后废水采用专门的管道输送到矿山采空区内进行循环利用。
由公式(1)计算充填后采空区内渗流流体的压力差，然后通过公式(2)～(5)进行计算测点流体体积流量，不同区域测点流体体积流量进行叠加定量确定整个区域的流体体积，计算出充填后采空区内的流体体积后经过保温管道和井下初级处理，运输送至地面进行集中处理后用于供暖，暖后废水采用专门的管道输送到矿山采空区内进行循环利用。矿区开发中的面临高温问题、采空区充填后自然引起爆炸等问题，形成类似“中低温对流型地热系统”的一种人工的地热系通。
本实施例还提供一种基于上述方法的装置系统。
一种采空区地热供暖系统，包括：矿坑采空区、抽水循环管道、回流循环管道、第一泵送设备、第二泵送设备以及集中供暖机组；
所述抽取循环管道铺设在所述矿坑采空区，并与所述集中供暖机组相连，所述第一泵送设备设置在所述抽取循环管道上，用于将所述矿坑采空区内的渗流水抽取到所述集中供暖机组，向供热管网供水；
所述回流循环管道铺设在所述矿坑采空区，并与所述集中供暖机组相连，所述第二泵送设备设置在所述回流循环管道上，用于将供暖管网回流的供暖水泵送到所述矿坑采空区。
进一步地，所述采空区地热供暖系统还包括：补水仓和补水泵；所述补水仓的输出端通过所述补水泵与所述回流循环管道相连。
进一步地，还包括：监控单元；所述监控单元包括：流量监测仪、水温监测仪、流量控制阀组以及控制器终端；所述流量监测仪、所述水温检测仪以及所述流量控制阀组设置在所述抽取循环管道上，并与所述控制器终端相连。实现水温，水流量的自动控制。
进一步地，所述采空区地热供暖系统还包括：井底预处理设备；所述井底预处理设备连接在所述抽取循环管道上。井底预处理设备包括：过滤设备；所述过滤设备连接在所述抽取循环管道上。
当然，还可以是其他的预处理设备。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的采空区安全处置方法和系统，通过将矿坑采空区进行建设铺设循环管道，作为地热供暖热源，通过渗流水或者外源水作为循环介质，带走地热热量，而后循环到地热供暖机组而后输送到供热管网，并将供热回流水泵送回矿坑采空区，循环吸热后再次供热；如此循环，从而使得采空区的热量积累处于较低水平，降低自然风险，同时还能够挤压空气空间，从而进一步降低自燃的风险。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种采空区安全处置方法，其特征在于，包括：
获取采空区的水渗流体积，并基于所述水渗流体积搭建水循环系统；
将所述采空区内的渗流水抽取到供暖系统；
将地上供暖系统的回流水泵送到所述采空区内。
2.如权利要求1所述的采空区安全处置方法，其特征在于，所述采空区安全处置方法还包括：
在水渗流体积低于所述供暖系统的供热水量的情况下，向所述采空区内注入外源水，补充渗流水参与地底循环水量。
3.如权利要求2所述的采空区安全处置方法，其特征在于，所述采空区为充填处理后的采空区。
4.如权利要求3所述的采空区安全处置方法，其特征在于，所述获取采空区的水渗流体积包括：
采用深孔测量法测量充填后采空区内部的温度和流体速率；
采用达西渗流定律，确定充填后采空区内水渗流体积。
5.一种采空区地热供暖系统，其特征在于，包括：矿坑采空区、抽水循环管道、回流循环管道、第一泵送设备、第二泵送设备以及集中供暖机组；
所述抽取循环管道铺设在所述矿坑采空区，并与所述集中供暖机组相连，所述第一泵送设备设置在所述抽取循环管道上，用于将所述矿坑采空区内的渗流水抽取到所述集中供暖机组，向供热管网供水；
所述回流循环管道铺设在所述矿坑采空区，并与所述集中供暖机组相连，所述第二泵送设备设置在所述回流循环管道上，用于将供暖管网回流的供暖水泵送到所述矿坑采空区。
6.如权利要求5所述的采空区地热供暖系统，其特征在于，所述采空区地热供暖系统还包括：补水仓和补水泵；
所述补水仓的输出端通过所述补水泵与所述回流循环管道相连。
7.如权利要求6所述的采空区地热供暖系统，其特征在于，还包括：监控单元；
所述监控单元包括：流量监测仪、水温监测仪、流量控制阀组以及控制器终端；
所述流量监测仪、所述水温检测仪以及所述流量控制阀组设置在所述抽取循环管道上，并与所述控制器终端相连。
8.如权利要求7所述的采空区地热供暖系统，其特征在于，所述采空区地热供暖系统还包括：井底预处理设备；
所述井底预处理设备连接在所述抽取循环管道上。
9.如权利要求5所述的采空区地热供暖系统，其特征在于，井底预处理设备包括：过滤设备；
所述过滤设备连接在所述抽取循环管道上。
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| US20160186565A1 (en) * | 2013-09-02 | 2016-06-30 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Method for cooling a refuge chamber in an emergency situation |
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