[发明专利]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

权利要求书

1.一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，其特征在于：在煤层开采工作面上加设地热能开采系统，形成热-煤协同开采工作面；具体为：所述地热能开采系统包括在煤层开采工作面的沿空留巷内平行布置的钻孔排组及与之连接的存提取运输管路，所述钻孔排组由提取钻孔排组与存储钻孔排组间隔组成，每一钻孔排组由数个钻孔间隔组成，由沿空巷道沿垂直方向实施钻孔到邻近含水层；提取钻孔排组与存储钻孔排组同存提取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。

2.根据权利要求1所述的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，其特征在于：所述的钻孔排组中，提取钻孔与存储钻孔的数量比例为1:1且一一对应，所述的提取钻孔排组与相邻存储钻孔排组的间排距大于理论间排距L：

式中：

L—提取与存储对井井底距离，m；

Q—年总存储量，m³/h；

t—冷热水混和锋面到达开采井的时间，a；

π—取3.14；

h—热储层有效厚度，m；

n—热储层孔隙度，％。

3.根据权利要求1所述的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，其特征在于：钻孔孔径为200～400mm。

4.根据权利要求1所述的一种深部矿山水热型地热能与煤层协同开采工作面参数设计方法，其特征在于：所述的提取钻孔排组，相邻的提取钻孔间距大于理论提取钻孔间距D：

式中：

D—提取钻孔间距，m；

Q_W—为热水井开采100年所排放的总热量，kcal；

Q_r—地热井开采影响区内可采热储存量；

π—取3.14；

f—抽采不均衡系数，取值1.5～2；

T—采暖时间，d；

Q—矿井日提取地热水水量，m³/d；

C_W—热储层水平均比热容，kcal/m³·℃；

t_w—地热水平均温度，℃；

t_o—地层常温带温度，℃。

K—热储层地热采收率，％；

h—热储层有效厚度，m；

C_r—热储层平均比热容，kcal/m³·℃；

t_r—热储层平均温度，℃。

5.根据权利要求1-4任一项所述的深部矿山水热型地热能与煤层协同开采工作面设计方法，其特征在于：包括以下步骤：首先，根据矿井采矿地质条件、水文地质赋存特征及矿井生产能力，确定煤层开采工作面及相应的采煤方法，选择热-煤协同开采工作面采煤方法，并确定煤层开采工作面尺寸参数及控制围岩裂隙发育程度；然后，设计提取钻孔排组与存储钻孔排组的布置方式，包括数量、间排距、孔径在内的参数。

6.根据权利要求5所述的深部矿山水热型地热能与煤层协同开采工作面设计方法，其特征在于：采煤方法包括限厚开采、条带开采与充填开采；煤层开采工作面尺寸参数包括采厚及工作面倾向长度；设计的煤层开采工作面开采后，满足围岩裂隙发育控制要求。