RU2716534C1 - Способ использования геотермального тепла и тепла отвалов вскрышных пород глубоких карьеров угледобычи - Google Patents
Способ использования геотермального тепла и тепла отвалов вскрышных пород глубоких карьеров угледобычи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716534C1 RU2716534C1 RU2018134825A RU2018134825A RU2716534C1 RU 2716534 C1 RU2716534 C1 RU 2716534C1 RU 2018134825 A RU2018134825 A RU 2018134825A RU 2018134825 A RU2018134825 A RU 2018134825A RU 2716534 C1 RU2716534 C1 RU 2716534C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- coal
- dumps
- overburden
- geothermal
- Prior art date
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N sulfluramid Chemical group CCNS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000010878 waste rock Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
- E21C41/32—Reclamation of surface-mined areas
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
- F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
- F24T10/15—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using bent tubes; using tubes assembled with connectors or with return headers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
Изобретение относится к открытым разработкам угледобывающей промышленности и энергетики. Техническим результатом изобретения является получение геотермальной и тепловой энергии отвалов на отработанных глубоких карьерах добычи угля. Предлагается способ использования геотермальной энергии и тепла отвалов вскрышных пород глубоких карьеров угледобычи через теплообменник, уложенный на подстилающую породу добытого угля. При этом нагрев теплоносителя в теплообменнике происходит на подстилающем слое породы добытого угля на глубине 100 и более метров, закрытом сверху вскрышными тлеющими породами внутреннего отвала.
Description
Изобретение относится к открытым разработкам угледобывающей промышленности и энергетике.
Сложная экологическая обстановка в угледобывающих регионах России объясняется интенсивной разработкой угольных месторождений. Пятый год подряд страна наращивает добычу угля. По данным Минэнерго в 2015 году добыто 373 млн. тон. В 2017 добыто 400 млн тон. Рост добычи угля в ближайшие годы планируется довести до 430 млн тон. Добыча и сжигание угля приводит к огромным выбросам парниковых и токсичных газов, аэрозолей и теплоты. В связи с этим использование менее вредного тепла недр представляется важной экологической и ресурсосберегающей задачей. Человечество имеет технологии, позволяющие почти повсеместно использовать имеющиеся тепловые ресурсы. В Германии, например, на основе геотермии производится экологически чистое тепло установленной мощности около 600 МВт (с использованием приповерхностной геотермии тепловыми насосами). Установленная мощность во всем мире составляет от 15 до 20 тыс.МВт (термической энергии) и 8400. МВт (электроэнергии) и это лишь небольшая часть того, что можно получать. Теплового потока из глубин, в принципе, достаточно для покрытия всего теплопотребления человечества.
Анализ показывает, что запасы геотермальной энергии на планете достаточны для того, чтобы на длительное время обеспечить потребности всего человечества, а ее стоимость - одна из самых низких среди возобновляемых источников энергии.
Однако, приемлемые для использования в современных энергетических установках уровни теплоты, с температурой более 1500С, находятся на значительных глубинах, порядка 4…5 тыс. м. Основные современные способы использования геотермальной энергии основаны на скважинных технологиях, с использованием тепловых насосов, не имеющих климатических или иных ограничений. Особенно геотермальные, использующие тепло скважин: как бы ни было на улице - холодно или жарко - температура на глубине 18 м. будет от +7°С в холода и до +12°С в жару.
Существуют способы использования геотермальной (тепловой) энергии в регионах с высокой вулканической деятельностью. Теплоносителем является пар или вода, истекающие из прилегающих к вулкану подземных геотермальных источников или теплообменники смонтированные в высокотемпературных зонах вулканической деятельности.
Существуют способы использования тепловой энергии тепловыми насосами, низкотемпературных подземных вод со скважин. Способ не имеют климатических или иных ограничений. Температура на глубине 18 м будет +7°С, но охлажденную тепловым насосом воду необходимо сбрасывать на поверхность земли, или закачивать в соседнюю скважину. Этот способ зависит от количества скважин и не может обеспечить тепло затратные производства.
Существует способ использования тепла из стволов глубиной 100 метров, в которые опускают специальный резервуар, с антифризом, который нагревается теплом грунта. Затем он подается на тепловые насосы, Остывший антифриз возвращается обратно в резервуар. И цикл повторяется снова. Но и этот способ лимитируется участком теплоотдачи и ограничивает объем снятого тепла
Наиболее близким к изобретению является способ использования энергии, с глубины 100 и более метров, через стенки горных выработок глубоких шахт. При реализации этого способа рассеянная в пространстве геотермальная энергия может быть сконцентрирована в протяженных каналах лабиринтной конфигурации. При использовании отработанных выработок сокращаются затраты на бурение скважин и выполнение других работ. Однако, для повышения теплопередачи стенок выработанного пространства и воздушного теплоносителя способ предусматривает специальную затратную технологию. «Усовершенствование экологически безопасной технологии рационального использования тепловой энергии недр на глубоких угольных шахтах». Шипика Алена Сергеевна. Реферат диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук, Донецкий национальный технический университет. Украина. Научный руководитель: к.т.н., доц. Завьялова Елена Леонидовна.
Это изобретение использует шахтные выработки. Подготовка которых для увеличения теплопередачи к теплоносителю относительно затратна.
Целью предлагаемого изобретения является использование геотермальной энергии и тепла отвалов вскрышных пород глубоких карьеров угледобычи, отличающийся тем, что теплоноситель в теплообменнике нагревается на подстилающем слое породы, добытого угольного пласта, и тепловой энергией тлеющих отвалов вскрыши.
Цель достигается тем, что на подстилающий слой породы добытого угольного пласта, в карьере, укладывается теплообменник с последующим формированием над ним внутреннего отвала.
Практически способ реализуется следующим образом. В отработанном пространстве карьера, перед фронтом формирования внутреннего отвала, на выровненную поверхность карьера, укладывают гигроскопическую подушку, например из бентонита, для повышения теплопередачи, под трубчатый теплообменник, например из труб морского газопровода, выдерживающие расчетное внешнее давление породы отвала. Теплообменники монтируют последовательно по две трубы, по мере продвижения фронта передового уступа и засыпают вскрышными породами. Трубы соединяют в циркуляционные коллекторы подачи и откачки теплоносителя. Коллекторы располагают в тоннелях для их обслуживания, выведенные на глубину 2 м. от дневной поверхности. Наступающий фронт отсыпки внутреннего отвала накрывает трубы теплообменника слоем породы, большей глубины карьера на коэффициента разрыхления породы.
Одной из особенностей угледобывающих карьеров, влияющей на тепловой режим отвалов горных пород является наличие в них углерода в виде вмещающих пород, аргиллитов, не промышленных пропластов угля между вскрышными породами и т.д.
В настоящее время технический анализ угля в пласте подтверждает содержание горючих химических элементов углерода и водорода в массе угля. Расчеты показали, что в макромолекуле масса углерода составляет 74,4%, водорода - 6%, а кислорода - 19,6%. Внезапные выбросы метана: теоретические основы: / Колесниченко Е.А. Артемьев И.Г. М: Горное дело ООО Киммерийский центр, 2013. 232 с. (библиотека горного инженера. Т. 9 «Рудничная аэрология». Кн. 6) Таким образом, разложение угля при нагревании, и выделении им газовых компонентов углерода, водорода и кислорода, создает условия для горения угля и вмещающих пород без доступа воздуха. Для запуска этого процесса необходимо нагреть эту массу
Коэффициент разрыхления кроющих пород при вскрытии угля достигает 1,6. Это значит, что монолит вскрыши превращен в обломки различного размера, а пространство между ними в 0,6 объема отвала заполнил воздух. Этого кислорода достаточно для запуска тлеющего окисления углерода с выделением тепла до полного его выгорания.
Тепло, без конвективного теплоносителя равномерно распределяется в породе отвала за счет инфракрасного теплопереноса. Проведенные нами исследования теплового режима на Северном отвале, разреза «Черногорский», второй ярус внешнего отвала, сформированного при пробивке въездной траншеи разреза Черногорский, ООО «СУЭК-Хакасия» в 1960 г. подтверждают длительность горения остатков угля в породе отвалов. Среднегодовая температура в период исследования в 2015-2018 гг. на глубинах 5. 15, 35 см. определена в диапазоне 8-10 градусов тепла, через 58 лет после формирования отвала. Теплоноситель, например вода, в теплообменнике нагревается за счет геотермальной и тепловой энергии отвалов вскрышных пород и подается потребителю, что дает возможность, например, обогревать зимние теплицы на бортах отвала. С экономическим эффектом равным затратам на покупку тепла, а это 80% себестоимости продукции в круглогодовом режим работы теплиц.
Получаемое, предлагаемым способом тепло, по мере отработки месторождения будут увеличиваться, за счет увеличения площади выработанного пространства карьера, для укладки теплообменников и увеличения площади теплиц, что дает возможность трудоустроить освобождающийся персонал, при полной отработке месторождения и обеспечить круглогодовую потребность населения витаминами. Исходя из темпов добычи угля площадь горных отводов для угледобывающей промышленности исчисляется сотнями тысяча га. Это дает возможность создать значительный источник экологически чистого и дешевого тепла и электроэнергии на длительный период.
Проведенные исследования притока тепла к опытному теплоприемнику, установленному на глубине 100 метров на площади 30 метров, в установившемся режиме, дает возможность обогревать 1,5 квадратных метров зимних теплиц при среднегодовой температуре - 8,2 градуса.
Неотвратимая необходимость интенсивной добычи угля, обусловленная экономическими условиями развития бизнеса и дает возможность создать колоссальные возможности использования тепла карьеров угдедобычи для будущих поколений. Инвестиции, в этот сравнительно не дорогой проект, эффективные высокой окупаемостью и долговечны.
Claims (1)
- Способ использования геотермальной энергии и тепла отвалов вскрышных пород глубоких карьеров угледобычи через теплообменник, уложенный на подстилающую породу добытого угля, отличающийся тем, что нагрев теплоносителя в теплообменнике происходит на подстилающем слое породы добытого угля на глубине 100 и более метров, закрытом сверху вскрышными тлеющими породами внутреннего отвала.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018134825A RU2716534C1 (ru) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Способ использования геотермального тепла и тепла отвалов вскрышных пород глубоких карьеров угледобычи |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018134825A RU2716534C1 (ru) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Способ использования геотермального тепла и тепла отвалов вскрышных пород глубоких карьеров угледобычи |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2716534C1 true RU2716534C1 (ru) | 2020-03-12 |
Family
ID=69898275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018134825A RU2716534C1 (ru) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Способ использования геотермального тепла и тепла отвалов вскрышных пород глубоких карьеров угледобычи |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2716534C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113626991A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-09 | 中国矿业大学 | 一种废弃被淹煤矿矿井水热储潜能计算方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2027119C1 (ru) * | 1992-07-27 | 1995-01-20 | Симон Апресович Айрапетян | Тепловой аккумулятор энергии |
| RU2430312C1 (ru) * | 2010-02-01 | 2011-09-27 | Тагир Мавлитович Хафизов | Установка для использования геотермальной энергии низкотемпературных подземных горных пород |
| RU2626922C2 (ru) * | 2015-07-22 | 2017-08-02 | Александр Александрович Максименко | Аккумулятор тепловой энергии |
| CN108252714A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-07-06 | 中国矿业大学 | 一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法 |
-
2018
- 2018-10-01 RU RU2018134825A patent/RU2716534C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2027119C1 (ru) * | 1992-07-27 | 1995-01-20 | Симон Апресович Айрапетян | Тепловой аккумулятор энергии |
| RU2430312C1 (ru) * | 2010-02-01 | 2011-09-27 | Тагир Мавлитович Хафизов | Установка для использования геотермальной энергии низкотемпературных подземных горных пород |
| RU2626922C2 (ru) * | 2015-07-22 | 2017-08-02 | Александр Александрович Максименко | Аккумулятор тепловой энергии |
| CN108252714A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-07-06 | 中国矿业大学 | 一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113626991A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-09 | 中国矿业大学 | 一种废弃被淹煤矿矿井水热储潜能计算方法 |
| CN113626991B (zh) * | 2021-07-20 | 2024-05-14 | 中国矿业大学 | 一种废弃被淹煤矿矿井水热储潜能计算方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sharmin et al. | A state-of-the-art review on geothermal energy extraction, utilization, and improvement strategies: conventional, hybridized, and enhanced geothermal systems | |
| Duffield et al. | Geothermal energy: Clean power from the earth's heat | |
| Self et al. | Review of underground coal gasification technologies and carbon capture | |
| Chu et al. | Mine-oriented low-enthalpy geothermal exploitation: A review from spatio-temporal perspective | |
| Arnórsson et al. | Utilization of geothermal resources | |
| Sadovenko et al. | Geotechnical schemes to the multi-purpose use of geothermal energy and resources of abandoned mines | |
| Rudakov et al. | Effectiveness evaluation for geothermal heat recovery in closed mines of Donbas | |
| RU2716534C1 (ru) | Способ использования геотермального тепла и тепла отвалов вскрышных пород глубоких карьеров угледобычи | |
| US11732929B2 (en) | Optimized CO2 sequestration and enhanced geothermal system | |
| US20220034258A1 (en) | System and process for producing clean energy from hydrocarbon reservoirs | |
| RU2547847C1 (ru) | Способ разработки сланцевых нефтегазоносных залежей и технологический комплекс оборудования для его осуществления | |
| US20130061592A1 (en) | Process for Maximization and Optimization of Coal Energy | |
| Lachassagne et al. | Hydrogeological model of a high energy geothermal field (Bouillante area, Guadeloupe, French West Indies) | |
| CN111931264A (zh) | 一种深部矿山水热型地热能与煤层协同开采工作面设计方法 | |
| Gnatus et al. | Hot dry rocks: An inexhaustible and renewable source of energy | |
| CN109458159B (zh) | 一种温差发电热激法开采海域水合物***及方法 | |
| WO2012023881A1 (ru) | Способ получения энергии из петротермальных источников и устройство для его осуществления | |
| Morozov et al. | Geothermal Energy Use, Country Update for Ukraine | |
| WO2013115656A1 (en) | Energy stave | |
| RU2371638C1 (ru) | Скважинная система теплоснабжения с подземным теплогидроаккумулированием | |
| RU2380488C1 (ru) | Способ гидравлического оттаивания мерзлых пород | |
| Petrescu-Mag et al. | The Romanian perspective on geothermal energy resources. The chemistry of the geothermal waters from Oradea Triassic aquifer | |
| Petrović et al. | Valorization of non-balanced coal reserves in Serbia for underground coal gasification | |
| JP2024026022A (ja) | 地球上が必要とする、全てのエネルギーを、極く安価なコストと、二酸炭素の発生は、全くない、０にて、地球上が必要とする、全てのエネルギーを賄う方法。 | |
| Smith | Renewable energy: Power beneath our feet |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201002 |