[发明专利]一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统

说明书

本发明公开了一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，在煤层开采系统上加设地热能循环开采系统，形成热‑煤协同开采系统，具体为：工作面回采期间进行沿空留巷，并在沿空留巷内向邻近含水层实施热能提取与冷水回灌存储的工艺钻孔，包括抽采钻孔、回灌钻孔，钻孔内布置运输管路，对应形成铺设于N#工作面沿空巷道内的热能提取管路、铺设于1#工作面沿空巷道内的冷水回灌管路，所述热能提取管路、冷水回灌管路均连接至地面的热能处理站，形成地热能循环开采系统，所述N是煤层工作面开采数量。本发明可实现深部矿山水热型地热能与煤炭资源的综合、协调、绿色开采，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于矿山能源开采技术领域，具体涉及一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，尤其适用于深部矿山水热型地热能的清洁开采与循环利用。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，我国中东部地区的浅部煤炭资源已近枯竭，但深部煤炭资源相对丰富，但由于深部开采受“四高一扰动”影响，矿井灾害频繁，开采设备要求高，开采难度大，矿井生产成本增加，严重制约了深部矿井的高效生产与矿区环境协同发展。综合考虑技术、经济、安全等因素影响，进入深部开采后，仅开采煤炭资源已不利于深部矿井绿色矿山建设、煤炭企业节能减排与多元经济型综合开发。

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生清洁能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，是一种现实可行并且具竞争力的清洁能源。我国地热资源丰富，按照正常地温梯度推算，矿井垂深1000m处围岩温度可达35～45℃。据国土资源部2015年数据显示，全球5km以内地热资源量约4900万亿吨标煤，中国约1/6占，其中，中深层水热型地热能资源储量约为13700亿吨标煤，开发利用潜力巨大。

现有水热型地热能的开发方式主要分为两类，第一类是取热不取水的方式，包括依靠热传导取热的地埋管式和依靠对流换热的换热器开采，第二类是直接开采地热流体的方式开发地热。直接开采地热流体是取热功率最高的地热开发方法，传统的地热能开采主要通过地面钻井的方式进行开采，但其钻孔成本较高，高应力条件下含水层裂隙极易压实闭合，冷水不易回灌，导致其开采周期、效率较低。因此，在开采深部煤层的同时，利用已有地下工作面、巷道等卸压空间布置含水层地热能提取设备与系统，既可以解决单独开采煤炭造成的经济效益低的问题，又可以高效开采地热能清洁资源，具有较好的经济性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，在开采深部煤层的同时，利用已有地下工作面、巷道等卸压空间布置含水层地热能提取设备与系统，既可以解决单独开采煤炭造成的经济效益低的问题，又可以高效开采地热能清洁资源，具有较好的经济性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种深部矿山水热型地热能循环与煤层协同开采系统，在煤层开采系统上加设地热能循环开采系统，形成热-煤协同开采系统，具体为：工作面回采期间进行沿空留巷，并在沿空留巷内向邻近含水层实施热能提取与冷水回灌存储的工艺钻孔，包括抽采钻孔、回灌钻孔，钻孔内布置运输管路，对应形成铺设于N#工作面沿空巷道内的热能提取管路、铺设于1#工作面沿空巷道内的冷水回灌管路，所述热能提取管路、冷水回灌管路均连接至地面的热能处理站，形成地热能循环开采系统，所述N是煤层工作面开采数量。

进一步的，水热型地热能提取与存储的具体工艺如下：

(a)提取工艺：热能提取管路铺设于N#工作面沿空巷道内，水热型地热能从含水层(7)通过热能提取管路依次经过沿空巷道、轨道上山、轨道大巷、车场、副井输送管路提升至热能处理站，经过循环利用变成冷水等待下次系统循环；

(b)存储工艺：由热能处理站排出的冷水依次经过副井、车场、轨道大巷、轨道上山，通过在1#工作面沿空巷道铺设的冷水回灌管路注入含水层，等待高温岩体热传导作用后进行下次提取利用。

进一步的，所述抽采钻孔、回灌钻孔的间距满足下式：