一种深部煤层采空区埋管取热方法
技术领域
本发明属于深部煤层开采技术领域，具体涉及一种深部煤层采空区埋管取热方法。
背景技术
地热资源是人类发现的仅次于太阳能的第二大可再生清洁能源，我国地热资源丰富，地热资源总量约占全球地热资源总量的7.9％，相较于太阳能、风能、核能等，具备资源储量丰富、资源分布范围广、开采成本较低且应用范围广等特点，可供冬季住宅供暖、发电等利用；
现阶段使用开采地热水的方法容易导致地下水位下降，进而导致底层破坏，发生地面沉降的情况，而井下埋管取热可以有效地保护地层，避免大规模的地面沉降现象。现有深部煤层开采，通常是在开采前施工大量钻孔以便布置管路，而采空区埋管最大限度利用工作面巷道，减少钻孔布置的工作量。目前存在的主要问题是：(1)需要单独布置大量钻孔并铺设取热管路，钻孔的利用率较低，取热成本较大；(2)煤层开采后形成采空区后，较难利用采空区的地热能。
发明内容
本发明旨在提供一种深部煤层采空区的埋管取热方法，通过注水取热，降低采空区温度，对工作面的开采进度影响小，同时能确保安全开采和长期利用采空区地热能。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种深部煤层采空区埋管取热方法，包括以下步骤：
第一步，由副井进入深部煤层开采区域，并在深部煤层开采区域的第一水平位置设置集中换热站，集中换热站通过集中换热管路连接至深部煤层开采的工作面，集中换热管路结合集中换热站用于将冷水注入工作面并将热水运输至地面；
第二步，在工作面沿左右顺槽分别布置入水管和出水管，并随工作面的推进布置若干横向取热管路，每根横向取热管路的两端分别与入水管、出水管连通，且每铺设一根横向取热管路后及时通过导热材料进行充填，实现边采边铺边回填，通过采空区及时回填以防止顶板冒落损坏管路。
作为上述方案的优选，若开采煤层较厚，则对该煤层进行下行分层开采，按步骤二的方法布置管路并进行充填，直至将采空区埋管完成并充填满。布置多层取热管路，增大对采空区的取热面积，提高对采空区热量的利用率；既能确保采空区的长期取热，又能防止顶板冒落损坏管路。
进一步优选为，同一采空区的多层横向取热管路等距间隔铺设。再同一采空区形成横向均匀、上下均匀铺设的横向取热管路，从而形成取热格栅，结构稳固可靠，经久耐用，能满足长期取热。
进一步优选为，所述横向取热管路的端头与入水管或出水管通过三通接头相连，安装方便快捷；先在入水管和出水管上根据需要铺设的横向取热管路的数量、位置预设多个三通接头并封堵其中一个接口，沿着工作面的推进，需要连接横向取热管路时，再将对应的三通接头的封堵口打开并与横向取热管路相连。
进一步优选为，对所述出水管以及集中换热管路的热水出管部分做隔热处理，避免热害区域的高温扩散至其他工作场所，随着工作面的推进，为确保煤层开采人员的安全，采用隔热处理的方式，能避免高温取热管路带来的危险。
进一步优选为，对于多个工作面开采的情形，若所述集中换热站至其余水平取热场所距离较远，由集中换热站向各开采区打垂直和水平的钻孔，以减少集中换热管路的布置长度。
进一步优选为，所述集中换热管路所取热水送至地面发电厂减少发电所需燃煤量，或送至室内供暖。
本发明的有益效果：(1)直接利用煤层开采已有的副井和顺槽铺设集中换热管路、入水管、出水管以及集中换热站，不需要另外再单独钻孔铺管，减少了工作量，加快了施工进度；(2)集中换热管路的铺设方向与工作面的推进方向正好相反，便于沿工作面推进不断铺设横向取热管路，作业顺序为采煤、布置管路、回填，做到边采边铺边回填，横向取热管路随采空区三带的推进而依次布置，施工较为方便，同时可降低工作面采空区的温度，减少自燃带、采空区的热量积聚；(3)在采空区布置横向取热管路后，随开采进度，对采空区使用导热性良好的材料进行回填，能实现长期利用采空区地热能，一劳永逸； (4)集中换热管路、入水管、出水管和横向取热管路的综合利用，实现管路铺设时最大限度地减少拐弯，大大减少注水阻力。
附图说明
图1为深部煤层采空区埋管取热系统图。
图2为图1中工作面及采空区的俯视图。
图3为多个上下工作面开采的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
一种深部煤层采空区埋管取热方法，包括以下步骤：
第一步，如图3所示，深部煤层开采区域通常涉及多个水平位置的煤层开采，其中位置最高的煤层开采区域称为“第一水平位置”。
结合图1、图2所示，由副井1进入深部煤层开采区域，并在深部煤层开采区域的第一水平位置设置集中换热站2，集中换热站2通过集中换热管路3 连接至深部煤层开采的工作面10，集中换热管路3结合集中换热站2用于将冷水注入工作面10并将热水运输至地面。集中换热管路3沿副井1开始向下铺设，经第一水平位置的集中换热站2直至工作面10，集中换热管路3一根为冷水进管，另一根为热水出管。
第二步，在工作面的左右两侧分别设置有顺槽5。在工作面沿左右顺槽5 分别布置入水管7和出水管8，即一个顺槽5内设置入水管7，另一个顺槽5 内设置出水管8。并且，随工作面的推进方向依次布置若干横向取热管路9，工作面每推进一段，沿推进方向布置横向取热管路9。每根横向取热管路9的两端分别与入水管7、出水管8连通，最终在入水管7与出水管8之间铺设若干相互平行间隔设置的横向取热管路9。每铺设一根横向取热管路9后及时通过导热材料6进行充填，实现边采边铺边回填，通过采空区4及时回填通过导热材料进行采空后的回填，既能确保采空后的长期取热，又能防止顶板冒落损坏管路。
优选为，若开采煤层较厚，则对该煤层进行下行分层开采，按步骤二的方法布置横向取热管路并使用导热材料进行充填，随后进行下分层的开采埋管，如此循环，直至将采空区埋管完成并充填满，以扩大采空区4的取热范围。
同一采空区4的多层横向取热管路9最好等距间隔铺设。另外，横向取热管路9的端头与入水管7或出水管8通过三通接头相连。
最好是，对出水管8以及集中换热管路3的热水出管部分做隔热处理，避免热害区域的高温扩散至其他工作场所。
对于多个工作面开采的情形，若集中换热站2至其余水平取热场所距离较远，由集中换热站2向各开采区打垂直和水平的钻孔，以减少集中换热管路3 的布置长度。
集中换热管路3所取热水送至地面发电厂减少发电所需燃煤量，或送至室内供暖。
