[发明专利]一种矿井热害治理协同地热开采体系

说明书

本发明公开了一种矿井热害治理协同地热开采体系，包括分别设置在进风井侧和回风井侧的注入井和生产井，注入井侧设置有矿井蓄水池，注入井下侧设置有水平的冷水注入通道，矿井蓄水池通过注水管向冷水注入通道内注入高压冷水，生产井侧设置有热泵，生产井下侧设置有水平且低于冷水注入通道的热水采热通道，热泵通过采热管将热水采热通道内热水抽出，热泵一路冷水输出进入矿井蓄水池，另一路热水输出进入地面水站，矿井工作巷道顶壁上安装有检测风流温度的温度检测仪。本发明冷水注入通道阻止了岩层底部地热能向采矿层的热传导，工作巷道围岩温度降低，抽取的高温岩层热水从回风侧输送至地面，减少了热损失，矿井热害治理协同地热开采有效。

技术领域

本发明属于热害治理协同地热开采技术领域，具体涉及一种矿井热害治理协同地热开采体系。

背景技术

地下温度随着矿井开采深度的增加逐渐升高。近年来，我国矿产资源开采水平逐渐向深部转移，矿井热害愈发严重，热害问题成为遏制矿井深部开采的重要难题。矿井热害不仅会影响工人劳动效率，长期在高温环境下作业将影响人体健康，引发各种生理疾病，并容易造成安全事故。此外，岩层初始岩温较高时矿井将面临更加严峻的瓦斯突出、矿石自燃等灾害。而使用传统制冷降温方法治理深部高温矿井热害时，矿井围岩热释放量大、风流初始温度高、冷量输送损失大、冷凝热排热困难等问题使得这些方法难以满足矿井降温要求。

在传统热害治理过程中主要可以分为两类治理措施，一类是非机械制冷降温方法，包括通风降温、隔热疏导、控制热源、个体防护等；另一类是机械制冷方法，通过利用不同的制冷介质传递冷量吸收井下热量，比如人工制冷水/冰降温、热管降温、压缩空气制冷以及二氧化碳降温等方法。但这些方法用于深部矿井热害治理时将面临成本高、效率低、冷量损失大、降温效果差等问题难以推广应用。许多学者对矿井巷道围岩与温度研究发现，矿井热害主要决定因素是地层温度，深部矿井热害治理的关键是采取有效方法降低井巷围岩温度。在深部矿井高原始岩温、高热导率的情况下采用隔热材料等措施难以有效控制巷道岩壁的温度。

深部矿井热害问题是制约深部开采的重要因素之一，单纯的矿井降温投入高昂，局限性很大，把矿井热害治理与地热开采相结合逐渐成为大家的共识。然而，目前关于矿井地热开采协同热害治理的研究主要是理论研究，相关工艺方法和技术研究较少。矿井地热虽然会引起矿井热害，但它也是矿井采矿过程中的一种伴生资源。若合理开采岩层中的热能，将其与矿产开采相结合，既能获得热能用于生产生活创造经济价值，又能起到降低矿井温度治理热害的作用。同时，矿井地热开采也是废弃矿井继续生产运营的一条可选道路。矿井地热协同开采是资源开发与能源利用的双赢，是“变害为利、变废为宝”的重要举措。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井热害治理协同地热开采体系，其设计新颖合理，通过设置呈上下布设的冷水注入通道和热水采热通道，冷质持续流入岩层，其附近岩石温度逐渐降温，从而冷水注入通道阻止了岩层底部地热能向采矿层的热传导，同时，随着冷水注入时间的延长，注入通道附近岩石降温区域逐渐扩大，上层矿井工作巷道围岩温度也将降低，内部风流温度得到有效的降温，矿井热害治理得到明显改善，通过热水采热通道抽取的高温岩层热水从矿井巷道回风侧输送至地面，一方面防止了抽采的高温岩层向巷道内释放热能加重热害，另一方面，回风侧风流温度较高，减少了抽采的岩层热水的热损失，为矿井热害治理和地热开采同步进行提供了有效途径，有利于促进我国深部矿井安全绿色高效开采，同时推动我国矿山地热能的开发与利用，便于推广使用。