[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

说明书

本发明公开了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，首先，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提取存储装置，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。本发明设计方法简单、实用，可为深部矿山水热型地热能与煤层协同开采工作面及钻孔设计提供理论设计及工程技术应用指导，促进我国深部能源的多元协同清洁绿色开发，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于热煤共采技术领域，具体涉及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，主要是根据矿井采矿地质条件、含(隔)水层水文地质赋存特征及矿井生产能力，给出地热能与煤层协同开采工作面采煤方法、尺寸参数、以及地热能提 取与存储钻孔布置方式、数量、间排距、孔径等基本参数设计。

背景技术

近年来，我国十分重视能源结构调整，鼓励清洁能源的开发与利用，提出把发展清洁低碳能源作为调整能源结构的主攻方向，坚持发展非化石能源与清洁高效利用化石能源并举。逐步降低煤炭消费比重，提高非化石能源消费比重，大幅降低二氧化碳排放强 度和污染物排放水平，而地热资源作为一种新型清洁能源，其储量大、分布广，具有清 洁环保、用途广泛、稳定性好、可循环利用等特点，应用市场非常广阔。

随着煤矿矿井向大采深方向发展，深部开采面临复杂的高地应力、高地温、高瓦斯、 高岩溶水压与强开采扰动的“四高一扰动”开采环境，潜在动力灾害加剧，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开采，但深部开采的同时也为开采地热资源提供了可 能。传统地热能开采主要采用地面钻井抽采的方式，其成本较高。深部煤炭资源开采的 过程中，以开采煤炭资源为基础，利用地下开采空间，通过在工作面、硐室、巷道等区 域实施开采钻孔，并布置提取与存储管路，就近开采深部井下地热资源，可节省大量的 人力、物力及财力，使得井下煤炭资源与地热资源综合开发，形成一种热-煤协同开采 模式，实现矿山地热能开采的目的。

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 能与煤层协同开采工作面设计方法，为深部矿山水热型地热能与煤层协同开采提供理论 设计及工程技术应用指导。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明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，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。

进一步的，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，％。

进一步的，钻孔孔径为200～400mm。