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专利号: 2020109226085
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种深部煤层开采采空区充填地热开采方法,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的工作面;

第二步,对各工作面进行煤体开采,并对采空区进行导热材料(4)回填;

第三步,分别在采空区的顶板和底板上沿掘进方向施工若干纵向水平钻孔(5),顶板或底板上的所有纵向水平钻孔(5)远离集中换热管路(3)的一端通过横向水平钻孔(9)连通,沿着纵向水平钻孔(5)、横向水平钻孔(9)铺设有取热管路(6),取热管路(6)远离集中换热管路(3)的一端相互接通,另一端通过软管(10)接入集中换热管路(3)中,其中一根取热管路(6)作为出水管,其余取热管路(6)作为进水管;

第四步,先由采空区的底板向下打若干竖向钻孔(7),再随工作面推进,由采空区的顶板向导热材料回填区打若干竖向钻孔(7),竖向钻孔(7)沿着每根进水管成列布置,在每个竖向钻孔(7)内插入取热棒(8),取热棒(8)的上端接入各自对应的进水管中;

第五步,在工作面顶底板取热管路出水管处安装水温探测装置用于监测水温,通过在集中换热站控制冷水进水速度来控制取水温度保持相对稳定;

第六步,通过集中换热管路(3)和集中换热站(2)向采空区顶板、底板的取热管路(6)注水,冷水从地面输送至集中换热站(2),由集中换热站(2)送往各水平的集中换热管路(3),冷水从集中换热管路(3)注入顶底板取热管路后,通过取热棒(8)将采空区热量导入冷水中,冷水吸收热量后变热,热水再通过集中换热管路(3)和集中换热站(2)输送到地面进一步利用。

2.根据权利要求1所述的深部煤层开采采空区充填地热开采方法,其特征在于:对于不同的各水平取热场所的工作面,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2所述的深部煤层开采采空区充填地热开采方法,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所述的深部煤层开采采空区充填地热开采方法,其特征在于:在采空区的顶板和底板上施工有3—5个相互平行的纵向水平钻孔(5),沿着每个纵向水平钻孔(5)等距间隔设置有若干取热棒(8),在纵向水平钻孔(5)与横向水平钻孔(9)相交的位置处设置有一个取热棒(8),所述取热棒(8)之间的间隔不得大于取热棒(8)的影响直径。

5.根据权利要求4所述的深部煤层开采采空区充填地热开采方法,其特征在于:在采空区的顶板、底板上的竖向钻孔(7)的数量由工作面长度S、回采长度L及取热棒影响半径R决定:

1)根据矿井设计资料确定回采长度L,工作面长度S;

2)通过建立取热棒周围岩层的物理模型,模拟分析其温度场的变化情况,确定取热棒的影响半径R;

3)由下列公式计算得出钻孔数量K;

令K=KS×KL,KS=[S/2R],KL=[L/2R]。

6.根据权利要求1所述的深部煤层开采采空区充填地热开采方法,其特征在于:对所述集中换热管路(3)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。