煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法与流程

本发明涉及煤田火区治理与地热能开发利用，具体涉及煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法。

背景技术：

1、煤田火区因煤炭自燃不仅烧毁大量煤炭资源，而且产生巨大热能，传统治理均将其视为灾害源消除，未有效利用。现有地热开发方法存在诸多缺陷：勘探仅依地表热辐射，未精准查明地下热源分布；取热采用直井注水，循环水与火区属点接触换热，效率低，且钻井液浸入火区会降温灭火，进一步降低取热效果；提取的热能品位低，难以直接利用；系统缺乏动态监测调控，运行不稳定；同时未能将热能回收与火区治理有机结合。因此，亟需一种能够精准勘探、高效取热、提升热能品位并实现取热与治火协同的综合方法。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法。

2、为达到所述目的，本发明的技术方案是这样实现的：煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，包括以下步骤：

3、s1：对煤田火区进行地质勘探，获取火区残余热能的分布范围、埋深、温度场及地层结构信息；

4、s2：根据勘探结果，在火区残余热能富集区域施工一组以上取热钻孔，取热钻孔贯穿火区残余热能储层；

5、s3：在各取热钻孔内安装地埋管换热器，地埋管换热器的下端伸入火区残余热能储层，上端延伸至地表；

6、s4：通过循环管路将各取热钻孔内的地埋管换热器与地表热能利用系统连接，形成闭合循环回路；

7、s5：向闭合循环回路内注入循环工质，循环工质在地埋管换热器内与火区残余热能储层进行热交换，吸收火区残余热能后升温；

8、s6：升温后的循环工质经循环管路输送至地表热能利用系统，进行热能回收与利用；

9、s7：完成热交换后的循环工质经循环管路回流至地埋管换热器，进行下一轮循环换热。

10、优选地，步骤s1中，地质勘探采用网格式小口径取心钻探方法，对火区残余热能的分布及埋深进行精准勘探；钻探过程中采用小排量泥浆循环，避免循环流体对火区残余热源造成破坏。

11、优选地，步骤s2中，取热钻孔采用“u型井”或“丛式井”井网布置方式，井眼轨迹靠近火区残余热能储层但不穿透储层，形成大面积临近接触的高效换热通道。

12、优选地，步骤s3中，地埋管换热器为同轴套管式换热器或u型管式换热器，其材质为耐高温导热材料；地埋管换热器与钻孔孔壁之间填充导热回填材料，以提高换热效率。

13、优选地，步骤s4中，地表热能利用系统包括热泵机组，热泵机组通过循环管路与地埋管换热器连接；循环工质经地埋管换热器吸收火区残余热能后进入热泵机组的蒸发器侧，将热量传递给热泵机组的制冷剂，实现热能品位提升。

14、优选地，热泵机组的冷凝器侧连接用户侧供暖或供热水管路，将提升品位后的热能用于建筑供暖、生活热水供应或农业生产供热。

15、优选地，地表热能利用系统还包括储热装置，储热装置设置于热泵机组与用户侧之间，用于储存经热泵机组提升品位后的热能，实现热能跨时段调配利用。

16、优选地，步骤s1至s7中，在取热钻孔内及地表热能利用系统的关键节点设置温度传感器、压力传感器和流量传感器，实时监测循环工质的温度、压力和流量参数，并根据监测数据动态调节循环工质的循环流速和流量。

17、优选地，地表热能利用系统还包括温差发电模块，温差发电模块的热端连接升温后的循环工质，冷端连接冷却介质，利用温差进行发电。

18、优选地，火区残余热能的温度为50℃～150℃，埋深为30m～200m；通过步骤s1至s7的持续循环换热，逐步降低火区残余热能储层的温度，在回收热能的同时实现火区温度的有效控制与治理。

19、本发明的有益效果体现在：

20、本发明采用网格式小口径取心钻探，精准查明热源分布且不破坏热源；利用u型井或丛式井面接触换热，相比直井点接触大幅提高换热效率，配合导热回填材料进一步增强换热；通过热泵机组提升低品位热能，满足供暖、供热水等多种需求，设置储热装置实现跨时段调配，温差发电模块可回收部分电能；全系统布设传感器实时监测，动态调节循环流速流量，确保高效稳定运行；更重要的是，持续取热可逐步降低火区温度，抑制燃烧，实现“以取热代替灭火”的协同治理，兼具经济与环保效益。

1.煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，其特征在于，所述步骤s1中，地质勘探采用网格式小口径取心钻探方法，对火区残余热能的分布及埋深进行精准勘探；钻探过程中采用小排量泥浆循环，避免循环流体对火区残余热源造成破坏。

3.根据权利要求1所述的煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，其特征在于，所述步骤s2中，取热钻孔采用“u型井”或“丛式井”井网布置方式，井眼轨迹靠近火区残余热能储层但不穿透储层，形成大面积临近接触的高效换热通道。

4.根据权利要求1所述的煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，其特征在于，所述步骤s3中，地埋管换热器为同轴套管式换热器或u型管式换热器，其材质为耐高温导热材料；地埋管换热器与钻孔孔壁之间填充导热回填材料，以提高换热效率。

5.根据权利要求1所述的煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，其特征在于，所述步骤s4中，地表热能利用系统包括热泵机组，所述热泵机组通过循环管路与地埋管换热器连接；循环工质经地埋管换热器吸收火区残余热能后进入热泵机组的蒸发器侧，将热量传递给热泵机组的制冷剂，实现热能品位提升。

6.根据权利要求5所述的煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，其特征在于，所述热泵机组的冷凝器侧连接用户侧供暖或供热水管路，将提升品位后的热能用于建筑供暖、生活热水供应或农业生产供热。

7.根据权利要求1所述的煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，其特征在于，所述地表热能利用系统还包括储热装置，所述储热装置设置于热泵机组与用户侧之间，用于储存经热泵机组提升品位后的热能，实现热能跨时段调配利用。

8.根据权利要求1所述的煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，其特征在于，所述步骤s1至s7中，在取热钻孔内及地表热能利用系统的关键节点设置温度传感器、压力传感器和流量传感器，实时监测循环工质的温度、压力和流量参数，并根据监测数据动态调节循环工质的循环流速和流量。

9.根据权利要求1所述的煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，其特征在于，所述地表热能利用系统还包括温差发电模块，所述温差发电模块的热端连接升温后的循环工质，冷端连接冷却介质，利用温差进行发电。

10.根据权利要求1所述的煤田火区残余热能回收与浅层地热利用方法，其特征在于，所述火区残余热能的温度为50℃～150℃，埋深为30m～200m；通过步骤s1至s7的持续循环换热，逐步降低火区残余热能储层的温度，在回收热能的同时实现火区温度的有效控制与治理。