[发明专利]一种采空区充填体提取地热能的系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种采空区充填体提取地热能的系统及其工作方法，主要通过在采空区充填体中布置采热管路的方式对充填体内的热能进行提取。开采步骤为：在送流管路中注入采集地热所需的储热介质，储热介质经流布置在充填体中的采热管后被加热，由回流管路输送至发电车间，储热介质经发电利用后冷却，重新循环至送流管路中，如此循环，实现对采空区充填体内热能的提取。主要系统包括送流系统、回流系统、采热系统、集热及发电系统。本发明可以实现深部矿产资源充填开采和地热开采的协同，各工艺之间的干扰较小，可以降低采场的温度，发电设备设置在井下，无需大功率提升泵，能量消耗低，是一种绿色高效的深部矿井地热能开采方法。

技术领域

本发明属于深部地热开采领域和充填开采技术领域，尤其适用于深部煤炭资源与地热资源协同共采的技术领域，具体涉及一种采空区充填体提取地热能的系统及其工作方法。

背景技术

随着我国浅部矿产资源逐渐被消耗殆尽，开采逐渐向。但是开采深度的加大导致采场温度过高，严重影响采场作业人员的生命安全。地热不仅是一种热害，也是一种能源。在深部矿井开采的同时进行地热能的开采不仅可以降低采场温度，还能够发电。

充填开采在开采矿产资源的同时可以实现对控制岩层的运动，减少地表沉陷，保护含水层的稳定，处理废弃物，防控灾害，是采矿技术发展的一个重要方向。探索如何利用充填开采技术实现绿色安全高效开采的同时解决热害，实现对地热能的利用具有十分重要的意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种采空区充填体提取地热能的系统及其工作方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种采空区充填体提取地热能的方法，主要通过在采空区充填体中布置采热管路的方式对充填体内的热能进行提取。在送流管路中注入采集地热所需的储热介质，储热介质经流布置在充填体中的采热管后被加热，由回流管路输送至发电车间，储热介质经发电利用后冷却，重新循环至送流管路中，如此循环，实现对采空区充填体内热能的提取。主要包括系统：送流系统、回流系统、采热系统、集热及发电系统。

送流系统，其具体特征为：送流系统设备包括送流管路、送流泵和储热介质补充阀门。送流管路由隔热材料组成，减少储热介质在运输过程中的热量交换。其中送流管路由集热发电系统前端敷设至充填采热工作面对应的回采巷道，管路沿矿井原有的巷道进行敷设，不新掘巷道。

回流系统，其具体特征为：回流系统设备包括回流管路和回流泵。回流管路与送流管路材质相同，具有隔热性能。送流管路和回流管路在工作面处段分别位于两个不同的回采巷道中。回流管路由集热发电系统末端敷设至充填采热工作面对应的回采巷道，管路沿矿井原有的巷道进行敷设，不新掘巷道。

采热系统，其具体特征为：采热系统设备包括采热管、导热硅脂、采热管固定装置、采热管与送流管路及回流管路的链接装置。其中采热管采用导热性能优良的管体，为了增加管体与充填体之间的接触密实性，增加热传导系数，在采热管周围涂导热硅脂。采热管为蛇形，其沿工作面方向布置，分别链接送流管路和回流管路。蛇形采热管蛇形平面垂直工作面顶底板布置，利用固定装置将蛇形采热管两侧弯曲处分别固定在顶底板上。这种采热管安装形式可以实现充填作业的一次性全高充填，无需分层充填和凝固等待时间。

集热及发电系统，其具体特征为：集热及发电系统设备包括蓄水设备、闪蒸设备、发电设备。由于适宜开采的深部矿井的充填体温度一般难以达到储热介质的沸点，储热介质在吸热后难以形成蒸汽来推动发电机运转，一般采用低压闪蒸设备将储热介质气化，进而推动汽轮进行发电。除此之外，还可以不利用蒸汽进行发电，运用热膨胀能进行发电。发电机的发电原理可以是发电设备布置在井下，可以减少深井储热介质泵送困难、耗能大的问题。