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一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法
申请号	CN202311448912.0	申请日	2023-11-02	公开(公告)号	CN117468932A	公开(公告)日	2024-01-30
申请人	中国矿业大学;			发明人	林柏泉; 查伟; 刘统; 马顺庆; 林明华;
摘要	本发明提供了一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，属于煤火发电技术领域，该方法对目标煤层按条带式开采工艺划分条带煤层，且对条带煤层间隔开采并通过填充物填充，两两填充物所形成的支撑区域之间的条带煤层开采后布置加热水管，并将加热水管的进水端和进水管路连接，将加热水管的出气端和出气管路连接，出气管路的另一端和蒸汽发电机连接。遗煤自燃对加热水管内的水加热，产生的水蒸气通过出气管路进入到蒸汽发电机发电。本发明通过填充物填充方式防治了地表沉降的问题，同时能够对采空区遗煤资源进行开发利用，在环境保护的同时实现了对煤炭资源的高效利用。
权利要求	1.一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、对目标煤层(1)按条带式开采工艺划分条带煤层； S2、对一个条带煤层区域开采，在条带煤层开采后通过填充物(2)对该条带煤层填充； S3、间隔一个条带煤层，对下一个条带煤层开采，开采后通过填充物(2)对该条带煤层填充； S4、重复S3直至将所有条带煤层间隔开采并填充完成； S5、对剩余条带煤层依次开采，形成条带式采空区(3)； S6、每个条带式采空区(3)均布置加热水管(4)，并将加热水管(4)的进水端和进水管路(5)连接，将加热水管(4)的出气端和出气管路(6)连接，出气管路(6)的另一端和蒸汽发电机(14)连接； S7、对相关巷道(7)封闭处理，通过进水管路(5)朝向加热水管(4)内输送水，遗煤自燃对加热水管(4)内的水加热，产生的水蒸气通过出气管路(6)进入到蒸汽发电机(14)发电。 2.根据权利要求1所述的一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，其特征在于，所述S2和所述S3中的填充物(2)为矸石，且矸石的填充率＞95％。 3.根据权利要求1所述的一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，其特征在于，所述S6还包括以下步骤： S61、加热水管(4)和进水管路(5)之间安装有进水阀门(19)，加热水管(4)和出气管路(6)之间安装有第一出气阀门(15)和第一出气压力表(16)。 4.根据权利要求3所述的一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，其特征在于，所述S6还包括以下步骤： S62、在出气管路(6)和蒸汽发电机(14)之间设置有第二出气阀门(17)和第二出气压力表(18)。 5.根据权利要求1所述的一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，其特征在于，所述S7中的蒸汽发电机(14)的出气端的余留水蒸气用于热能利用。 6.根据权利要求1所述的一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，其特征在于，所述S7还包括以下步骤： S71、若条带式采空区(3)的遗煤无法自燃，朝向对应位置的条带式采空区(3)注入适当空气，诱导条带式采空区(3)发生自燃。 7.根据权利要求1所述的一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，其特征在于，所述S6中的加热水管(4)呈蛇形管结构。
说明书全文	一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法技术领域 [0001] 本发明涉及煤火发电技术领域，尤其涉及一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法。背景技术 [0002] 煤矿采空区一般是指煤矿开采过程中采运煤炭或矸石等出矿后留下的空洞或空腔，采空区由于顶板塌陷等原因导致地面形成一定的沉降，对地表农田建筑等带来巨大的影响。因此会对煤矿采空区进行填充处理。 [0003] 在煤矿开采过程中，采空区存在遗煤，遗煤容易自燃，相关技术中，针对遗煤易出现自燃现象，通常会采用灭火处理或者防火处理，注浆灭火是一种较为常见的灭火处理，当出现遗煤自燃现象时，使用不助燃材料和水的混合物，通过管路将其输送到可能发生煤炭自燃的采空区，可有效地隔离煤氧，并降低采空区遗煤的温度，由于浆液中存在大量的水分，抑制了遗煤氧化自燃的过程。 [0004] 然而采空区遗煤的燃烧会造成煤炭资源的浪费，而相关技术中并没有有效的利用遗煤资源，本发明致力于实现遗煤资源的高效利用。发明内容 [0005] 本发明的目的在于提供一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，本发明通过填充物填充方式防治了地表沉降的问题，同时能够对采空区遗煤资源进行开发利用，在环境保护的同时实现了对煤炭资源的高效利用。 [0006] 为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案具体为：一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，包括以下步骤： [0007] S1、对目标煤层按条带式开采工艺划分条带煤层。 [0008] S2、对一个条带煤层区域开采，在条带煤层开采后通过填充物对该条带煤层填充。 [0009] S3、间隔一个条带煤层，对下一个条带煤层开采，开采后通过填充物对该条带煤层填充。 [0010] S4、重复S3直至将所有条带煤层间隔开采并填充完成。 [0011] S5、对剩余条带煤层依次开采，形成条带式采空区。 [0012] S6、每个条带式采空区均布置加热水管，并将加热水管的进水端和进水管路连接，将加热水管的出气端和出气管路连接，出气管路的另一端和蒸汽发电机连接。 [0013] S7、对相关巷道封闭处理，通过进水管路朝向加热水管内输送水，遗煤自燃对加热水管内的水加热，产生的水蒸气通过出气管路进入到蒸汽发电机发电。 [0014] 通过采用上述技术方案，填充物所形成的支撑区域间隔设置，能够满足支撑需求，防止了采空区顶板的垮落，降低了出现地表沉降的可能性，由于填充物的支撑效果，形成稳定的条带式采空区为铺设加热水管提供了前提保障，在使用时，对加热水管内输送水，条带式采空区的遗煤自燃时，会对加热水管内的水加热，水经过高温加热后产生高温高压的水蒸气，水蒸气进入到蒸汽发电机内进行发电。本发明通过填充物填充方式防治了地表沉降的问题，同时能够对采空区遗煤资源进行开发利用，在环境保护的同时实现了对煤炭资源的高效利用。 [0015] 进一步地，所述S2和所述S3中的填充物为矸石，且矸石的填充率＞95％。 [0016] 通过采用上述技术方案，矸石容易获取，能够节省填充成本，将矸石的填充率控制在该范围时，能够保证矸石填充物的支撑效果。 [0017] 进一步地，所述S6还包括以下步骤： [0018] S61、加热水管和进水管路之间安装有进水阀门，加热水管和出气管路之间安装有第一出气阀门和第一出气压力表。 [0019] 通过采用上述技术方案，通过进水阀门用于控制加热水管内的进水压力，第一压力表用于监测加热水管内的压力，第一出气阀门用于控制出气压力，当加热水管内的水蒸气压力超过特定值时，水蒸气才会通过第一出气阀门进入到出气管路内。 [0020] 进一步地，所述S6还包括以下步骤： [0021] S62、在出气管路和蒸汽发电机之间设置有第二出气阀门和第二出气压力表。 [0022] 通过采用上述技术方案，第二出气压力表用于监测出气管路内的压力，第二出气阀门用于控制出气管路的出气压力，当出气管路内的水蒸气压力满足发电需求时，水蒸气才会通过第二出气阀门进入到蒸汽发电机内。 [0023] 进一步地，所述S7中的蒸汽发电机的出气端的余留水蒸气用于热能利用。 [0024] 通过采用上述技术方案，蒸汽发电机利用水蒸气进行发电后，余留的水蒸气热能能够用于供暖或者其他相关热力需求，能够提高资源利用效率。 [0025] 进一步地，所述S7还包括以下步骤： [0026] S71、若条带式采空区的遗煤无法自燃，朝向对应位置的条带式采空区注入适当空气，诱导条带式采空区遗煤发生自燃。 [0027] 通过采用上述技术方案，能够保证遗煤能够顺利的燃烧，能够满足对加热水管内的水加热的需求。 [0028] 进一步地，所述S6中的加热水管呈蛇形管结构。 [0029] 通过采用上述技术方案，蛇形管结构外表面的表面积较大，且其长度较长，保证了加热水管在条带式采空区内有足够的加热长度，能够提高换热效率。 [0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果为： [0031] 1、本发明通过填充物所形成的支撑区域，防止了采空区顶板的垮落，降低了出现地表沉降的可能性，通过在条带式采空区设置加热水管，当条带式采空区的遗煤自燃时，会对加热水管内的水加热，水经过高温加热后产生高温高压的水蒸气，水蒸气进入到蒸汽发电机内进行发电。本发明通过填充物填充方式防治了地表沉降的问题，同时能够对采空区遗煤资源进行开发利用，在环境保护的同时实现了对煤炭资源的高效利用。 [0032] 2、本发明蒸汽发电机利用水蒸气进行发电后，余留的水蒸气热能能够用于供暖或者其他相关热力需求，能够提高资源利用效率。 [0033] 3、本发明通过设置第一出气阀门和第二出气阀门之间配合形成水蒸气多级运输的压力梯度，使得水蒸气具有足够的温度和压力后才会进入到蒸汽发电机进行发电。附图说明 [0034] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。 [0035] 图1为本发明实施例一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法的布置示意图。 [0036] 图2为本发明实施例一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法的流程示意图。 [0037] 其中，附图标记为：1、目标煤层；2、填充物；3、条带式采空区；4、加热水管；5、进水管路；51、地面进水总管；52、巷道进水总管；6、出气管路；61、地面出气总管；62、巷道出气总管；7、巷道；8、通风竖井；9、竖井进水总阀；10、注水泵；11、水源；12、巷道出气压力表；13、巷道出气阀门；14、蒸汽发电机；15、第一出气阀门；16、第一出气压力表；17、第二出气阀门；18、第二出气压力表；19、进水阀门；20、地面进水总阀。具体实施方式 [0038] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0039] 实施例： [0040] 参见图1与图2，本发明提供其技术方案为，一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法。 [0041] 为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案具体为：一种煤层条带式间隔充填开采耦合采空区煤火发电的方法，包括以下步骤： [0042] S1、对目标煤层1按条带式开采工艺划分条带煤层。并按要求设置合理的条带煤层宽度以达到后续矸石填充物2能够起到支撑顶板防止地表沉陷的目的。 [0043] S2、对一个条带煤层区域开采，在条带煤层开采后通过矸石填充物2对该条带煤层填充。具体地，对划分后的条带煤层进行后退式采煤，并随着采集面推进进行矸石填充，矸石填充率要求在95％以上，稳定后下沉蠕变量小于0.1％，以此保证其内部空间的稳定性。 [0044] 需要说明的是，由于矸石容易获取，选用矸石作为填充物2能够节省成本。 [0045] S3、间隔一个条带煤层，对下一个条带煤层开采，开采后通过矸石填充物2对该条带煤层填充。 [0046] S4、重复S3直至将所有条带煤层间隔开采并填充完成。 [0047] 需要说明的是，采用间隔开采并填充的方式，使得在开采过程中，矸石填充物2能够对坚硬顶板起到足够的支撑作用，保证坚硬顶板在采空区阶段不发生垮落，同时能够满足防止地表沉降的作用。 [0048] S5、对剩余条带煤层依次进行后退式采煤，开采后形成多个条带式采空区3。其条带式采空区3的两侧均为矸石填充物2，以此满足条带式采空区3的稳定性。 [0049] S6、每个条带式采空区3均布置加热水管4，并将加热水管4的进水端和进水管路5连接，将加热水管4的出气端和出气管路6连接，出气管路6的另一端和蒸汽发电机14连接。 [0050] 需要补充的是，进水管路5包括相连的地面进水总管51和巷道进水总管52，巷道进水总管52位于加热水管4上方巷道7空间内，且巷道进水总管52和加热水管4的进水端连接。巷道7的边侧布置有通风竖井8，地面进水总管51在通风竖井8内和巷道进水总管52连接，地面进水总管51和巷道进水总管52的连接处设有竖井进水总阀9，地面进水总管51通过通风竖井8通向地面，地面进水总管51和注水泵10连接，注水泵10能够将水源11处的水流输送至加热水管4内。地面进水总管51和注水泵10的连接处安装有地面进水总阀20，便于控制注水泵10和地面进水总管51之间的通断。 [0051] 出气管路6包括相连的地面出气总管61和巷道出气总管62，巷道出气总管62位于加热水管4上方的巷道7空间内，巷道出气总管62和加热水管4的出气端连接，地面出气总管61在通风竖井8内和巷道出气总管62连接，且地面出气总管61和巷道出气总管62之间安装有巷道出气压力表12和巷道出气阀门13。地面出气总管61通过通风竖井8通向地面，地面出气总管61和蒸汽发电机14连接。 [0052] 进一步地，S6还包括以下步骤： [0053] S61、加热水管4和巷道进水总管52之间安装有进水阀门19，加热水管4和巷道出气总管62之间安装有第一出气阀门15和第一出气压力表16。 [0054] S62、在地面出气总管61和蒸汽发电机14之间安装有第二出气阀门17和第二出气压力表18。 [0055] 需要说明的是，第一出气压力表16和第二出气压力表18均用于监测压力值，第一出气阀门15、巷道出气阀门13和第二出气阀门17配合形成水蒸气多级运输的压力梯度，使得水蒸气具有足够的温度和压力后才会进入到蒸汽发电机14进行发电。 [0056] S7、对相关巷道7封闭处理，通过进水管路5朝向加热水管4内输送水，遗煤自燃对加热水管4内的水加热，产生的水蒸气通过出气管路6进入到蒸汽发电机14发电。蒸汽发电机14的出气端的余留水蒸气用于热能利用，蒸汽发电机14利用水蒸气进行发电后，余留的水蒸气热能能够用于供暖或者其他相关热力需求，能够提高资源利用效率。 [0057] 具体地，S7还包括以下步骤： [0058] S71、若条带式采空区3的遗煤无法自燃，朝向对应位置的条带式采空区3注入适当空气，诱导条带式采空区3遗煤发生自燃。 [0059] 需要补充的是，加热水管4呈蛇形管结构，蛇形管结构外表面的表面积较大，且其长度较长，保证了加热水管4在条带式采空区3内有足够的加热长度，能够提高换热效率。且加热水管4采用易导热且耐高温的材料，有助于进一步提高换热效率。出气管路6则选用导热性能弱、保温效果好的材料，在输送高温水蒸气的过程中能够减少热量的散失，能够提高对高温水蒸气热量的利用效率。 [0060] 矸石填充物2所形成的支撑区域间隔设置，能够满足支撑需求，防止了采空区顶板的垮落，降低了出现地表沉降的可能性，由于矸石填充物2的支撑效果，形成稳定的条带式采空区3为铺设加热水管4提供了前提保障，在使用时，对加热水管4内输送水，条带式采空区3的遗煤自燃时，会对加热水管4内的水加热，水经过高温加热后产生高温高压的水蒸气，水蒸气进入到蒸汽发电机14内进行发电。本发明通过填充物2填充方式防治了地表沉降的问题，同时能够对采空区遗煤资源进行开发利用，在环境保护的同时实现了对煤炭资源的高效利用。 [0061] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。