[发明专利]采煤塌陷区地表水、采空区、地热综合利用方法及试验设备

说明书

一种采煤塌陷区地表水、采空区、地热综合利用方法及试验设备，涉及采矿工程技术领域。该方法包括：确定地热水汇集区，在大巷内布置热能交换设备，设置地热水抽采系统，地热水抽采系统包括地热井、抽采管道和尾水回注管道，抽采管道连接热能交换设备，尾水回注管连接热能交换设备的出水口；在地表布置水渠，并在地表移动盆地设置排水系统，引导地表水流入地下；通过地面开采形成的采煤塌陷区控制地表水的定向有序流动，实现地下水的可持续开采。利用试验设备综合模拟该方法，该试验设备包括地下水系统、地质模拟系统和储热模拟系统。该方法解决了地热利用的水源问题，重构了地下水系，还利用地质构造直接向储热层注水，井下换热缩短了提升距离。

技术领域

本发明涉及采矿工程技术领域，尤其是一种采煤塌陷区地表水、采空区、地热综合利用的方法，以及模拟该方法的试验设备。

背景技术

煤层地下开采面积达到一定范围以后，地表产生下沉、倾斜、水平移动等一系列运动，随着地下开采面积的增大，地表形成大面积塌陷区，改变了矿区原有的地形、地貌，同时也会对地表原有水系以及潜在储水空间产生较大影响，引发矿区水环境变化，继而影响农业地质环境、储水灌溉、交通等一系列问题。受水体下采煤的影响，储水堤坝、河流等重要水利设施原有高程信息可能会发生改变，在地表运动过程中可能会产生裂缝、坝体的整体沉降，以及河流部分区段积水量增加等不利因素。同时，煤层的开采也会严重破坏及污染地下水系，影响地下水资源的开发与利用，因此，运用地表变形预计方法以及数值模拟方法，从采空区地表变形机理上揭示煤层开采过程对水系演变的影响过程，分析地表产生积水的原因，对矿区生态系统的治理与恢复至关重要。从地表变形动态发展角度，基于地表已有的部分已损坏排水设施，提出改造修复方案，并通过人工构建排水设施重建地表排水系统，对改善受影响地表的排水状况具有重要作用。结合数值模拟分析软件对重建后的水系特征进行分析，以求达到积水快速、安全排出的目的，改善已采取地表生态环境。

煤炭开采后破坏了地下水系的完整结构，因此对地质环境具有重要影响。地下水向采空区域聚集这是主要的聚水区域。地下水经过一定的岩体结构便会形成新水，这是地下的自清洁作用，完全实现地下水系的恢复已无可能。煤炭的大量开采和使用带来两大突出问题:一是煤炭开采带来的生态损害，核心是地下水破坏和生态环境损伤问题；二是煤炭消费带来的环境破坏，主要是煤炭燃烧污染物排放问题。煤炭产业必须推动能源技术革命，带动产业升级。

发明内容

为了解决地热利用的水源问题，重构地下水系，利用地质构造直接向储热层注水，本发明提供了一种采煤塌陷区地表水、采空区、地热综合利用方法及试验设备；具体的技术方案如下。

一种采煤塌陷区地表水、采空区、地热综合利用方法，其特征在于，步骤包括：

S1.确定地热水汇集区；

S2.在大巷内布置热能交换设备；

S3.布置地热水抽采系统，所述地热水抽采系统包括地热井、抽采管道和尾水回注管道，抽采管道连接热能交换设备的进水口，尾水回注管连接热能交换设备的出水口；

S4.在地表布置水渠，并在地表移动盆地设置排水系统，引导地表水流入地下；

S5.通过地面开采形成的采煤塌陷区控制地表水的定向有序流动，实现地下水的可持续开采，结合地面管路和岩层裂隙带、弯曲带等空间结构，实现地下水系的完整空间恢复，构建采煤塌陷区地表水-地热资源联合体系，将实现采煤塌陷地的综合利用。

优选的是，地热水汇集区包括断层和地热储层的交界区域。

优选的是，大巷内还布置有钻井硐室，从钻井硐室分别向地热水汇集区和地热储层开挖地热井，沿地热井向地热水汇集区布置抽采管道。

还优选的是，抽采管道和尾水回注管道的端部间隔设定的安全距离。

还优选的是，采煤塌陷区的导水裂隙发育情况根据地质探测确定，根据导水裂隙发育情况和塌陷区地形调整地下水的流动。