CN111927454A - 深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法，由副井进入深部煤层开采区域，并在深部煤层开采区域的第一水平位置设置集中换热站，集中换热管路通过集中换热管路连接至不同的各水平取热场所；沿工作面及对应的左右顺槽打U型超长探水钻孔，探水作业完成后再借用U型超长探水钻孔埋设取热水管，每个工作面的取热管路的两端与集中换热管路之间采用隔热软管连接；取热完成后，先将对应工作面的隔热软管取下，并对集中换热管路的相应接头进行封堵；使用综掘机进行煤层开采，开采过程中综掘机将取热水管直接破碎。通过打超长探水钻孔对工作面进行探水工作，并利用钻孔布置取热管路，对工作面进行取热，从而减少工作面热害。

Description

深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法
技术领域
本发明属于地热能开发及水害防治技术领域，具体涉及一种深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法。
背景技术
随着全球经济发展对能源需求的持续增长，煤炭、石油等资源大量开采，对环境的污染也日益加剧。地热资源是极具发展前景的可再生能源，我国土地面积广阔，地热资源在我国开发利用潜力较大，地热资源丰富且开采稳定。
随矿井开采深度的增加，水文地质条件愈加复杂，井下若发生突水事故也会造成较浅部煤层更加严重的影响。若没有提前探水预测的措施，对巷道前方水文条件认识不足，会对水害防治工作产生严重影响，并且可能造成资源和设备的损失，危害工人的人身安全。
现有煤层开采，通常是在开采前布置探水钻孔，再进行巷道掘进，探水钻孔仅用于探明水情，钻孔利用率较低。而井下取热作业一般需布置大量钻孔并布设取热管路，布置钻孔施工周期较长，影响煤层开采的进度；同时取热管路布置在岩层中，地层运动易导致取热管路过度变形而损坏。
发明内容
本发明旨在提供一种深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法，通过打超长探水钻孔对工作面进行探水工作，并利用钻孔布置取热管路，对工作面进行取热，从而减少工作面热害。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法，包括以下步骤：
第一步，由副井进入深部煤层开采区域，并在深部煤层开采区域的第一水平位置设置集中换热站，沿副井从地面向井下布置集中换热管路，通过集中换热管路连接至不同的各水平取热场所；
第二步，沿工作面及对应的左右顺槽打U型超长探水钻孔，用于对各工作面进行探水作业，探水作业完成后再借用U型超长探水钻孔埋设取热水管，每个工作面的取热管路的两端与集中换热管路之间采用隔热软管连接，并结合集中换热管路、集中换热站将冷水注入各工作面并将热水运输至地面，从而进行取热；
第三步，取热完成后，先将对应工作面的隔热软管取下，并对集中换热管路的相应接头进行封堵；
第四步，使用综掘机进行巷道掘进，开采过程中综掘机将取热水管直接破碎，取热水管不需要回收。
作为上述方案的优选，对于不同的各水平取热场所，若所述集中换热站至其余水平取热场所距离较远，由集中换热站向各开采区打垂直和水平的钻孔，以减少集中换热管路的布置长度。
进一步优选为，所述集中换热管路所取热水送至地面发电厂减少发电所需燃煤量，或送至室内供暖。
进一步优选为，在掘进井下大巷和采区上下山时，使用超长钻孔探水，提前探明井下水害，探水作业完成并利用钻孔埋管注水取热。布置钻孔位置范围扩大至井下大巷，进一步增大探水钻孔取热的使用范围，减少能源浪费。
进一步优选为，对所述集中换热管路和取热管路的热水出管部分做隔热处理，避免热害区域的高温扩散至其它工作场所。随着工作面的推进，为确保煤层开采人员的安全，采用隔热处理的方式，能避免高温取热管路带来的高温危险。
本发明的有益效果：(1)掘进巷道前，直接利用煤层开采已有的副井和顺槽钻设超长探水钻孔，进行大范围一次性探水，探水结束后再利用钻孔布置取热管路，对钻孔区域附近进行取热，取热后将热水输送至地面进一步利用，提高了钻孔的利用率，且将井下热害转化利用；(2)利用副井和顺槽布置集中换热管路和集中换热站，利用U型超长探水钻孔铺设取热管路，不需要另外再单独钻孔铺管，减少了工作量，加快了施工进度；(3)集中换热管路的铺设方向与工作面的推进方向正好相反，便于沿工作面推进不断铺设取热管路，作业顺序为取热管路随采空区三带的推进而依次布置，施工较为方便，同时可降低工作面、采空区的温度，减少自燃带、采空区的热量积聚；(4)集中换热管路和取热管路的综合利用，实现管路铺设时最大限度地减少拐弯，大大减少注水阻力，并结合隔热软管，能防止地层运动使管路过度变形而损坏。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为图1中探水钻孔及取热管路的布置俯视图(同一水平位置有多个工作面的情况)。
图中：1、副井，2、集中换热站，3、集中取热管路，4、工作面，5、顺槽，6、探水钻孔，7、隔热软管。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1、图2所示，一种深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法，包括以下步骤：
第一步，由副井1进入深部煤层开采区域，并在深部煤层开采区域的第一水平位置设置集中换热站2，沿副井1从地面向井下布置集中换热管路3，通过集中换热管路3连接至各水平不同的取热场所。深部煤层开采区域通常涉及多个水平位置的煤层开采，其中位置最高的煤层开采区域称为“第一水平位置”。同一水平位置不限于一个工作面，图中所示为上下三个水平位置，同一水平位置设置有三个工作面的情况。
集中换热管路3结合集中换热站2用于将冷水注入各水平取热场所的工作面4并将热水运输至地面。集中换热管路3沿副井1开始向下铺设，经第一水平位置的集中换热站2直至各水平取热场所的工作面4，集中换热管路3一根为冷水进管，另一根为热水出管。
第二步，沿每个工作面4及对应的左右顺槽5打U型超长探水钻孔6，用于对各工作面4进行探水作业。探水作业完成后再借用U型超长探水钻孔6埋设取热水管，每个工作面的取热管路的两端与集中换热管路3之间采用隔热软管7连接，并结合集中换热管路3、集中换热站2将冷水注入各工作面4并将热水运输至地面，从而进行取热。
第三步，取热完成后，先将对应工作面的隔热软管7取下，并对集中换热管路3的相应接头进行封堵。
第四步，使用综掘机进行煤层开采，开采过程中综掘机将取热水管6直接破碎，取热水管6不需要回收，不妨碍正常的采掘工作。
对于不同的各水平取热场所，若集中换热站2至其余水平取热场所距离较远，由集中换热站2向各开采区打垂直和水平的钻孔，以减少集中换热管路3的布置长度。
集中换热管路3所取热水送至地面发电厂减少发电所需燃煤量，或送至室内供暖。
在掘进井下大巷和采区上下山时，使用超长钻孔探水，提前探明井下水害，并埋管注水取热。
对集中换热管路3、取热管路的热水出管部分做隔热处理，避免热害区域的高温扩散至其它工作场所。
开采前，对所有采区工作面进行探水，并埋管取热，可降低围岩、工作面温度，减少工作面制冷设备冷量损失；探水结束后，向钻孔6埋管注水，由换热站向工作面取热管路注水，吸收热量后将水送回换热站，换热站将热水输送至地面进一步进行利用，既探明掘进巷道全程是否存在水害，又通过埋管注水取热，将该区域地热加以利用。

Claims (5)

1.一种深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，由副井(1)进入深部煤层开采区域，并在深部煤层开采区域的第一水平位置设置集中换热站(2)，沿副井(1)从地面向井下布置集中换热管路(3)，通过集中换热管路(3)连接至不同的各水平取热场所；
第二步，沿工作面(4)及对应的左右顺槽(5)打U型超长探水钻孔(6)，用于对各工作面(4)进行探水作业，探水作业完成后再借用U型超长探水钻孔埋设取热水管，每个工作面的取热管路的两端与集中换热管路(3)之间采用隔热软管(7)连接，并结合集中换热管路(3)、集中换热站(2)将冷水注入各工作面(4)从而进行取热，并将热水运输至地面；
第三步，取热完成后，先将对应工作面的隔热软管(7)取下，并对集中换热管路(3)的相应接头进行封堵；
第四步，使用综掘机进行巷道掘进，开采过程中综掘机将取热水管直接破碎，取热水管不需要回收。
2.根据权利要求1所述的深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法，其特征在于：对于不同的各水平取热场所，若所述集中换热站(2)至其余水平取热场所距离较远，由集中换热站(2)向各开采区打垂直和水平的钻孔，以减少集中换热管路(3)的布置长度。
3.根据权利要求1或2所述的深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法，其特征在于：所述集中换热管路(3)所取热水送至地面发电厂减少发电所需燃煤量，或送至室内供暖。
4.根据权利要求1所述的深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法，其特征在于：在掘进井下大巷和采区上下山时，使用超长钻孔(6)探水，提前探明井下水害，并埋管注水取热。
5.根据权利要求1所述的深部煤层超长钻孔探水及地热一体化开采方法，其特征在于：对所述集中换热管路(3)和取热管路的热水出管部分做隔热处理，避免热害区域的高温扩散至其它工作场所。
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