CN111997612B - 一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,包括采用深部原位无人智能盾构机进行煤炭资源采掘作业,开采后的煤粉经螺旋输送机与管路***流态传输至地表;采用条带式、房柱式等部分开采方法,利用深部原位无人智能盾构机对煤层邻近薄煤线或较软弱地热能储层进行开采,构筑地热能存储空间;开采后的地热能储层岩粉添加粉煤灰、水泥等胶结料后,经泵送管路***流态化传输至煤层工作面采空区进行充填作业;地热能储层空间构建后,铺设冷水回灌与热水提取管路,构筑区域隔离挡墙,形成地热能循环开采***;从而达到深部矿山地热能与煤炭资源的流态化协同开采目的。本发明可实现深部矿山资源的流态化综合开发,具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于深部矿山资源综合开发技术领域,尤其涉及一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法。
背景技术
深部岩体基本处于三向等压状态时,深部岩体进入全范围塑性流变状态,岩层运动、 围岩支护、灾害预警与防治等将难以控制,现有的固体矿物资源的开采方式将难以适用。 煤炭深部原位流态化开采就是将深部煤炭就地原位转化为气态、液态或气固液混态物质,在井下原位实现无人智能化的流态化开采技术。原位流态化开采可以改变目前矿业 领域生产效率低、安全性差、生态破坏严重、资源采出率低、地面运输/转化能量损耗大 等一系列问题,实现深部煤炭资源开采理念与模式的变革。
地热资源是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源,具有储量大、分布广、清洁环保、稳定性好、用途广泛等特点,是一种现实可行且具有竞争力的新型清洁能源。目前,以热泵技术为主的浅层水热型含水层地热能供暖(制冷)技术已基本成熟,而现有深层地热能储层压裂与冷水回灌技术难度较大,可控性与抽采效率较低。深部煤炭资源流态化开采过程中,为有效控制采场岩层移动,避免冲击矿压等灾害,采空区需要进行流态化充填作业。
因此,为实现深部矿山煤炭资源的流态化安全开采与流态化充填作业、深部矿山地热能资源的流态化高效循环开采,亟需研发一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法以解决上述问题。
发明内容
技术问题:本发明的目的在于提供一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,实现深部矿山地热能的高效循环提取与深部煤炭资源的流态化安全开采。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,具体包括以下步骤:
步骤a,根据煤层实际采矿地质条件,布置长壁逐巷流态化采煤工作面,进行工作面相关采掘设备选型、***布置,采用无人智能盾构机进行煤炭资源无人智能化采煤作业,开采后的煤粉经螺旋输送机与管路***流态化运输至地表;
步骤b,采用条带式、房柱式等部分开采方法,利用无人智能盾构机对煤层下部邻近软弱地热能储层进行开采,构筑地热能存储所需的空间;
步骤c,开采后的地热能储层岩粉添加粉煤灰、水泥等胶结材料后,通过泵送管路***经运料巷输送至流态化采煤工作面开采后的采空区进行充填作业,形成充填体;
步骤d,地热能储层开采后,铺设冷水回灌管路与热水提取管路,便于水热型地热能的有效存取,在停采线位置构筑区域隔离挡墙,形成地热能循环开采***;
步骤e,管路铺设及隔离挡墙实施完成后,向地热能存储空间内注入冷水,在该区域内布置有水位监测与温度传感装置,实时在线监测水热型地热能存储量与温度阈值;完成本采区地热能与煤炭资源流态化协同开采作业;
步骤f,重复步骤a~e,完成其它采区地热能与煤炭资源流态化协同开采作业。
作为本发明一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法的进一步优选方案,在步骤a中,煤炭资源流态化采掘作业由巷道掘进断面与长度决定,流态化充填作业工序主要由胶结充填材料凝结时间与强度决定,两者协调配合完成整个采区开采。
作为本发明一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法的进一步优选方案,在步骤b中,所述煤层邻近地热能储层选取薄煤线或软弱易开采且储热性能较好的岩层,以便于地热能储层空间的构建与存储。
作为本发明一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法的进一步优选方案,在步骤b中,所述构筑地热能存储所需的空间,其区域内岩体留设尺寸应满足地热能循环开采过程的长期稳定。
作为本发明一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法的进一步优选方案,在步骤d中,所述铺设冷水回灌与热水提取管路分别位于地热能存储空间上巷与下巷,以便于水热型地热能的有效输送。
作为本发明一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法的进一步优选方案,在步骤e中,所述地热能存储空间内设置有水位监测与温度传感装置,用于实时在线监测水热型地热能存储量与温度阈值。
本发明的有益效果包括:
1、本发明可实现深部矿山煤炭资源流态化充填作业所需的大量充填材料来源保障;
2、本发明可实现深部矿山地热能资源的高效循环开发;
3、本发明可有效利用井下固体废弃岩石,控制采场岩层移动,实现地热能资源高效、循环开采,实现煤层资源的安全开采;该方法简单、实用,经济、社会效益明显,具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法原理图。
其中:1-运料巷,2-流态化采煤工作面,3-充填体,4-待采煤层,5-无人智能盾构机,6-螺旋输送机,7-冷水回灌管路,8-水位监测与温度传感装置,9-地热能存储空间,10-地热能储层,11-胶结材料泵送管路,12-区域隔离挡墙,13-热水提取管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明:
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,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,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,都属于本发明保护的范围。
某矿主采煤层埋深达到2000m,煤层采高为3.0m,下部邻近围岩地温达到70~80℃,为实现深部矿山地热能的高效循环提取与深部煤炭资源的流态化安全开采,现采用深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法。
所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,包括以下具体步骤:
a. 根据煤层实际采矿地质条件,布置长壁逐巷流态化采煤工作面2,进行工作面相关采掘设备选型、***布置,采用无人智能盾构机5进行煤炭资源无人智能化采煤作业,开采后的煤粉经螺旋输送机6与管路***流态化运输至地表;
b. 采用条带式、房柱式等部分开采方法,利用无人智能盾构机对煤层下部邻近50m层位的软弱地热能储层进行开采,构筑地热能存储所需的空间;
c. 开采后的地热能储层岩粉添加粉煤灰、水泥等胶结材料后,通过泵送管路***11经运料巷1输送至流态化采煤工作面2开采后的采空区进行充填作业,形成充填体3;
d. 地热能储层开采后,铺设冷水回灌管路7与热水提取管路13,便于水热型地热能的有效存取,在停采线位置构筑区域隔离挡墙12,形成地热能循环开采***;
e. 管路铺设及隔离挡墙实施完成后,向地热能存储空间9内注入冷水,在该区域内布置有水位监测与温度传感装置8,实时在线监测水热型地热能存储量与温度阈值;完成本采区地热能与煤炭资源流态化协同开采作业;
f. 重复步骤a~e,完成其他采区地热能与煤炭资源流态化协同开采作业。
所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,所述煤层的流态化开采作业工序主要由巷道掘进断面与长度决定,流态化充填作业工序主要由胶结充填材料凝结时间与强度决定,两者协调配合完成整个采区开采。
所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,所述煤层邻近地热能储层一般选取薄煤线或软弱易开采且储热性能较好的岩层,以便于地热能存储空间的构建与存储。
所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,所述采用条带式、房柱式等部分开采方法后,遗留地热能储层尺寸、强度等设计能够满足地热能循环开采长期稳定。
所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,所述铺设冷水回灌与热水提取管路分别位于地热能存储空间上巷与下巷,以便于水热型地热能的有效输送。
所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,所述地热能存储空间内设置有水位监测与温度传感装置,可实时在线监测水热型地热能存储量与温度阈值。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段,还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤a,根据煤层实际采矿地质条件,布置长壁逐巷流态化采煤工作面(2),进行工作面相关采掘设备选型、***布置,采用无人智能盾构机(5)进行煤炭资源无人智能化采煤作业,开采后的煤粉经螺旋输送机(6)与管路***流态化运输至地表;
步骤b,采用条带式或房柱式开采方法,利用无人智能盾构机对煤层下部邻近软弱地热能储层进行开采,构筑地热能存储所需的空间;
步骤c,开采后的地热能储层岩粉添加粉煤灰和水泥后,通过泵送管路***(11)经运料巷(1)输送至流态化采煤工作面(2)开采后的采空区进行充填作业,形成充填体(3);
步骤d,地热能储层开采后,铺设冷水回灌管路(7)与热水提取管路(13),便于水热型地热能的有效存取,在停采线位置构筑区域隔离挡墙(12),形成地热能循环开采***;
步骤e,管路铺设及隔离挡墙实施完成后,向地热能存储空间(9)内注入冷水,在该区域内布置有水位监测与温度传感装置(8),实时在线监测水热型地热能存储量与温度阈值;完成本采区地热能与煤炭资源流态化协同开采作业;
步骤f,重复步骤a~e,完成其它采区地热能与煤炭资源流态化协同开采作业。
2.根据权利要求1所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,其特征在于,在步骤a中,煤炭资源流态化采掘作业由巷道掘进断面与长度决定,流态化充填作业工序主要由胶结充填材料凝结时间与强度决定,两者协调配合完成整个采区开采。
3.根据权利要求1所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,其特征在于,在步骤b中,所述煤层下部邻近软弱地热能储层选取薄煤线或软弱易开采且储热性能较好的岩层,以便于地热能储层空间的构建与存储。
4.根据权利要求1所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,其特征在于,在步骤b中,所述构筑地热能存储所需的空间,其区域内岩体留设尺寸应满足地热能循环开采过程的长期稳定。
5.根据权利要求1所述的一种深部矿山地热能与煤炭资源流态化协同开采方法,其特征在于,在步骤d中,所述铺设冷水回灌管路(7)与热水提取管路(13)分别位于地热能存储空间上巷与下巷,以便于水热型地热能的有效输送。
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