[发明专利]矿床与地热协同开采用采场充填降温装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于深部矿产资源开采技术领域，具体涉及一种矿床与地热协同开采用采场充填降温装置及方法。

背景技术

随着浅部矿产资源的逐渐减少和枯竭，开发深部矿产资源是国家保证资源安全、扩展经济社会发展空间的重大需求。同时，深部矿产资源开发利用也符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》提出的“深空、深海、深蓝和深地”四个领域的战略要求。超大超深矿床开采技术是“深地”探索的重要领域，是向地球深部矿产资源进军必须解决的战略科技问题，也是代表现代矿业科技发展的高端。深部矿产资源开采处于高地应力、高地温、高井深、高渗透压等特殊环境，势必给深部矿床开采带来众多科学技术难题，严重制约着矿山生产安全、效率和成本等。为此，突破超大超深矿床开采关键技术，提升深部矿产资源开发和利用能力，对于“决战深部”战略至关重要。

超大超深的矿床开采将会使矿井下形成更多的采空区、引发的更多的地质灾害、环境破坏和固体废弃物排放，必将成为制约深部矿产资源可持续开发利用与矿业健康发展的重要因素。然而，要彻底缓解资源、能源、环境和安全的瓶颈制约，必须突破传统采矿技术屏障，大力发展以清洁生产、资源高效开采和废物循环利用为特征的绿色可持续资源开发模式—充填采矿技术，同时也是未来深部采矿方法发展的必然趋势。

就金属矿山来说，据不完全统计，目前全世界千米矿井数目已超过150座，其中，南非深井矿山最多有76座，同时也拥有世界最大采深近4800m，平均采深已超过2000m，采深变化范围为1524m-4800m，以金矿为主；加拿大有30座超千米矿山，采深变化范围为1524m-2499m，以金、铜-镍、铜-铅-锌矿为主；我国有17座矿山采深超过千米，采深变化范围为1000m-1600m，以金、有色金属矿为主，其中夹皮沟金矿为我国典型的深井开采矿山；美国有11座超千米矿山，采深变化范围为1600m-2438m，以金、铜、银矿为主。

对于超大超深矿床开采，热害现象尤为显著。世界上有许多国家先后出现矿井热害问题，如秘鲁的凯萨帕尔卡铜铅锌银矿，早在1937年就在-823米水平上打了一条32千米的疏干巷道，用以疏干矿体中的热水，1967年巷道中涌出热水，水温高达68.98℃，岩石温度为61.1℃。南非金矿矿井深度大部分超过2000米，South Deep金矿采深达2800m时，岩石温度达75℃；Mponeng金矿采深达4100米左右时，岩石温度达66℃。日本是矿井热害最多的国家，北海道的丰羽铅锌矿，岩石温度69-130℃，其东南侧的信浓矿体预计岩体温度可达160℃，同时存在热水和水蒸气的地热流体；鹿儿岛的菱刈金矿，水温60℃。美国的孤山铜矿，岩石温度60℃，水温36-52℃。此外，在赞比亚、墨西哥、尼加拉瓜、前捷克斯洛伐克、俄罗斯及德国等国也都发现矿井热害。据初步统计，在国外，南非西部矿井在深度3300m处气温达到50℃；日本丰羽铅锌矿由于受热水影响，在深度500m处气温高达80℃。随着矿井开采深度的增加，矿井内的温度将不断加大。根据目前对地温的认识，开采深度每增加1km，地下的岩石温度将上升25℃。据此推算，如果想要获取10000m深处的矿产资源，人类将面对250℃的岩石温度。在现在的技术条件下，这是人类不可能忍受的。

对于深部矿床开采，高井温是导致热害的罪魁祸首。然而，高井温对于地热开发又是求之不得。地热作为一种可再生清洁能源，从绿色开采角度来看，地热也属于深部开采的范畴。那么，能否可以实现深部矿产资源和地热协同开采？假定可以借助深部矿产资源开采创造的开采系统，来开发地热，至少具有以下几个优势：(1)已具备一定采深，无需从地表至采深段的钻探工程，可为地热开发节省成本；(2)深部空区以具备相当规模，高温的岩石为地热开发提供源源不断的免费热源；(3)深部开采具备完成的提升运输通路，以及完备的电力、给排水系统，为地热开发过程中管路布设和动力供应提供保障；(4)对于一个既定矿山终究会开采完毕，废弃的矿山可以作为一个地热开发的工厂。

因此，探索实现深部矿产资源与地热协同开采的技术很有必要，现有技术中还缺乏这样的技术。

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，提供一种设计新颖合理、实现方便、功能完备、能够实现高效的地热开采并达到很好的采场降温效果、实用性强、推广应用价值高的矿床与地热协同开采用采场充填降温装置。