[发明专利]一种多水平深井降温及地热利用系统及工艺

说明书

本发明公开了一种多水平深井降温及地热利用系统及工艺，该系统包括深井采热系统、浅部换热系统及高温水提升系统。所述深井采热系统包括吸热管路、导热流体提升管路、导热流体下送管路、水泵、温度传感器，所述浅部换热系统包括散热管路、蓄热水池、进水泵、进水阀门、温度传感器、液位仪，所述高温水提升系统包括出水泵、流量计、出水阀门、高温水提升管路。所述导热流体利用水作导流介质、相变材料作吸热材料，显著提高了采热效率及采热量。本发明系统结构简单，可长期使用，利用矿井多水平持续降温、效果显著，降温范围广，地热利用率高，单位能耗低，有效解决了深井采煤工作面温度过高的问题，为井下工作人员提供舒适的作业环境。

技术领域

本发明属于煤矿深部资源开采技术领域，具体涉及一种多水平深井降温及地热利用系统及工艺。

背景技术

随着我国浅部煤矿资源的衰竭，深部矿产资源的开采势在必行。但随煤矿开采深度的增加，地温越来越高。矿井深度超过1000m以后，地温普遍超过50℃，高地温产生的热害问题严重影响了煤矿工人的身心健康，并制约着煤矿的安全高效生产。

目前矿井深部降温，主要采用两种方式：一是在地面建立大型降温系统，通过专用管道向井下输送冷水或冰块，在采场进行热交换后，再输送回地表进行重复冷却使用，以此降低采场范围内的温度，但是该方法系统庞大，设备投资高，矿井深度大，提升运输困难，运营成本高，且使用水作热交换介质，热交换效率低，不足以满足大型矿井的需求；二是采用局部降温措施，通过优化采区布置、通风方式，增加局部冷却设施等进行降温，但是该方法效率低，降温效果不明显，仅适用于采场范围较小的条件。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多水平深井降温及地热利用系统及工艺，这是一种利用深井多水平进行矿井降温和地热利用的系统，该系统具有设备运营成本低、降温范围广、降温效果显著、地热利用率高、单位能耗低、安全可靠等优点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多水平深井降温及地热利用系统，从深井由下往上依次包括深井采热系统、浅部换热系统及高温水提升系统；

所述深井采热系统位于矿井深部水平，在深井处进行热量采集；包括吸热管路，以及连接所述吸热管路的进口端的导热流体下送管路、连接所述吸热管路的出口端的导热流体提升管路；所述导热流体提升管路上设置有水泵；

所述浅部换热系统位于矿井浅部水平，利用深井采热系统采集的热量对水进行加热；包括蓄热水池和其内部设置的对其进行加热的散热管路，所述散热管路的进口端与所述导热流体提升管路相连，所述散热管路的出口端与所述导热流体下送管路相连；所述蓄热水池为密闭空间，进水端外部设有进水泵与进水阀门；

所述高温水提升系统上下分别连接地表与浅部换热系统，将浅部换热系统中加热后的热水提升至地表；包括设置在蓄热水池外部的出水阀门和高温水提升管路，所述出水阀门连接有设置在蓄热水池外部的出水泵；地表连接有热水利用系统。

进一步的，所述矿井深部水平位于地表下2000m以深，所述矿井浅部水平位于地表下800～1000m深度。

进一步的，所述吸热管路为密闭管路，其内导热流体为利用水作导流介质、相变材料微颗粒作吸热材料，所述相变材料根据所处深部水平地温条件而定，相变温度较所述矿井深部水平位置的地温低5～10℃，所述相变材料微颗粒直径集中分布于1～5μm，在导热流体中浓度为50～60％。

进一步的，所述导热流体下送管路上设置有流量计。

进一步的，所述吸热管路上设置有温度传感器。

进一步的，所述蓄热水池内设有温度传感器和液位仪。

进一步的，所述出水阀门连接有设置在蓄热水池内部的流量计。