[发明专利]一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法

说明书

一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法。该设备包括地热开采地面系统、地热开采地下系统、采煤系统和充填开采系统。方法是根据煤层条件布置充填采煤工作面形成采煤系统、充填系统；将吸热、蓄热以及正常似膏体的充填材料分别填充入采空区，在吸热、蓄热充填体内铺设采热管，形成吸热带与隔热带；从地面注入冷流体至工作面置换充填体内储存的热量形成热流体，输送至地面进行发电利用。本发明使深部充填与地热开采协同，降低工作面温度的同时，加强了资源的合理化开发利用。

技术领域

本发明涉及一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法，属于深部煤炭资源充填开采技术领域。

背景技术

目前，深部煤炭资源开采进入常态化，尤其进入1000～2000m的深部煤炭资源开采条件，在复杂地质条件、高地应力、高低温、高岩溶水压、高瓦斯以及高强扰动的开采环境下，潜在灾变过程集中表现为冲击地压频率和强度增加、采场矿压显现强烈、地表沉陷难以预计以及强采矿活动扰动等，深部资源开采与灾害防控面临严峻挑战。

充填采煤技术在岩层运动控制与潜在灾变防控、固体废弃物处理、地表沉陷控制、生态环境保护以及提高煤炭资源采出率方面具有显著的技术优势，煤矿绿色开采的核心技术之一，是解决深部资源开采的主要技术选择。地热作为一种可再生清洁能源，在进入深部开采之后，岩层温度增速为(10-40)℃/km，如何降低工作面温度，促进地热资源的开发是深部开采面临的重要难题。为了有效控制岩层运动，在采用充填开采的同时，探索如何实现深部煤炭资源充填和地热协同开采对深部资源开发具有重要意义。

发明内容

为了克服现有的技术的上述不足，本发明提供一种深部煤炭与地热协同开采设备及方法，能在降低工作面温度的同时，加强资源的合理化开发利用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种深部煤炭与地热协同开采设备，包括地热开采地面系统、地热开采地下系统、采煤系统和充填开采系统，所述采煤系统和充填开采系统按照似膏体充填开采工作面布置；所述的地热开采地面系统包括发电工作平台、储冷流体集流装置和储热流体集流装置，发电工作平台分别连接储冷流体集流装置和储热流体集流装置，储冷流体集流装置和储热流体集流装置的出口分别连接送流管路和回流管路；所述的地热开采地下系统包括布置在充填体内的采热管以及分别连接于其两端的送流管路、回流管路，送流管路和回流管路分别布置于进风巷和回风巷，并从副井内铺设至工作面。

一种深部煤炭与地热协同开采方法，包括如下步骤：

1)根据煤层条件布置充填采煤工作面，分别形成采煤系统和充填系统；

2)进行第一充填步距回采，煤炭回采后进行充填，将似膏体充填材料填充入采空区，至采高一半处，停止充填；待似膏体充填材料初凝后，铺设采热管，分别连接送流管路、回流管路，继续进行充填，直至充填材料与顶板相接，形成采热充填体，即吸热带；

3)待第一充填步距内似膏体充填材料终凝后，进行第二充填步距回采，将常态的似膏体充填材料填充入采空区，完成充填后形成隔热带；

4)按照充填步距，重复步骤2)、3)，间隔布置吸热带与隔热带，完成各步距回采和充填；

5)采空区充填完成后，从发电工作平台提供动力泵送储冷流体集流装置的冷流体，注入到送流管路中输送至工作面内与其连接的采热管中，冷流体吸收采空区内吸热、蓄热充填材料内储存的热量，转换为热流体，经过回流管路，输送至地面储热流体集流装置，再连接至发电工作平台进行利用，完成闭路循环。