地热水综合利用的研究与实施

㊀㊀收稿日期:２０１９－０４－１７
㊀㊀作者简介:杜永申(１９７６－)ꎬ男ꎬ河南唐河县人ꎬ１９９９年毕业于辽宁工程技术大学ꎬ工程师ꎬ现在中国平煤神马集团平顶山天安煤业股份有限公司工作ꎮ
地热水综合利用的研究与实施
杜永申(中国平煤神马集团平顶山天安煤业股份有限公司ꎬ河南平顶山４６７０００)
㊀㊀摘㊀要:平煤股份八矿在二水平生产过程中遇到水害威胁ꎬ水压大且为高温水ꎬ严重阻碍正常的掘进和回采ꎮ经过现场参数分析和方案对比ꎬ优化施工方案ꎬ采用在地面打钻孔输水井㊁井下设热水仓㊁井下水经保温管直接进入热水仓ꎬ经泵排至地面进行资源利用ꎬ解决了井下生产影响因素ꎬ并充分利用了有害资源ꎬ社会效益和经济效益显著ꎮ
关键词:地热水ꎻ地热井ꎻ热水仓ꎻ保温管
中图分类号:Ｆ４０６.３ꎻＰ３１４㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀文章编号:１００８－０１５５(２０１９)０８－００３３－０２矿井地热水是煤炭开采的地质灾害因素之一ꎬ保持安全开采水压和井下温度是生产的前提条件ꎮ为使矿井疏水降压㊁地热灾害防治及地热水综合利用有机结合ꎬ实现矿井高压地热水由被动防治到主动利用的战略转移ꎬ在查清地热形成机理和分布规律的基础上ꎬ依据地热水压力㊁温度㊁水质㊁水量特征和矿井采掘情况ꎬ设计地热开采井并制定地热水综合开发利用实施方案ꎬ对矿井地热水的综合开发利用和地热灾害治理意义重大ꎮ
１地热水情况
依据平煤股份八矿物探结果ꎬ物探范围内ꎬ二水平西大巷底板正下方附近区域主要低阻异常区即富水区域位于１４０ｍ~２１０ｍ㊁３３０ｍ~３８５ｍ㊁５０５ｍ~５８８ｍ㊁６９０ｍ~７６０ｍ㊁８１５ｍ~８６５ｍ㊁１３００ｍ~１４００ｍ和１９９８ｍ~２０６０ｍꎮ
实际疏放水量１６０ｍ３/ｈꎬ水位平均每年递减
１５ｍꎬ到２０１８年二水平己二上山采区回采完毕时ꎬ己组煤承受水压将只有１.６ＭＰａ~１.８ＭＰａꎮ而后随着降落漏斗的进一步扩大和汇水面积的进一步增加ꎬ水位降低将逐步放缓ꎬ如按每年降低５ｍ计算ꎬ到２０３１年寒灰水位可降至－６１０ｍ~－５９０ｍꎬ可以保持稳定㊁长时间地利用疏放出来的地下水ꎬ不仅可以确保八矿二水平己二上山采区的安全开采ꎬ还可以确保二水平己二上山采区和其他己组采区的安全开采ꎮ
依据河南理工大学物探结果及疏水降压与生产的接替关系ꎬ八矿在富水区域施工了１１个地热井ꎮ
２地热水综合利用的方案２.１整体方案
从各钻场联网通过隔热管道排至热水仓ꎬ然后从水仓通过输水井排至地面蓄水池ꎬ再送至各用水地点ꎮ输水路径见图１ꎮ
图１㊀输水路径图
２.２输水井方案确定２.２.１地面地点选择
(１)地面场地要开阔ꎬ有足够的设立井架的空间ꎮ
(２)地面场地要平整ꎬ以有利于施工的进行ꎮ(３)场地内没有高压线等有碍安全的建筑物或构筑物ꎮ
(４)落底后便于与泵房的连接ꎬ且施工不影响西大巷的安全与稳定ꎮ
(５)选择位置应尽量避开受采动影响的区域ꎮ根据上面主要因素ꎬ八矿与勘探工程处进行实地调研ꎬ输水井位置确定在八矿瓦斯发电站东侧ꎬ矸石山绞车房西北角ꎮ
２.２.２输水管井设计基本参数(１)井型:直井ꎮ
(２)设计井深:８４５ｍ(含沉淀孔段)ꎮ
(３)井位坐标:(Ｘ)３７３７０６４.１７７ꎬ(Ｙ)３８４４６３３４.４９５ꎬ(Ｚ)１３３.７１ꎮ
(４)地理位置:八矿瓦斯发电站东侧ꎬ矸石山绞车房西北角ꎮ
(５)完钻层位:二１煤层下部ꎮ
(６)套管:Ｎ８０Φ２７３ｍｍˑ１６ｍｍ石油套管ꎮ(７)井身结构:井深０~１３ｍꎬ井径６００ｍｍꎬ下入Φ５２９ｍｍ井口管ꎻ井深１３ｍ~８４３ｍꎬ井径４４５ｍｍꎬ全井下入Ｎ８０Φ２７３ｍｍˑ１６ｍｍ石油套管ꎮ
２.３排水方案确定２.３.１排水泵选型
采用ＭＤ４２０－９３ˑ１０型煤矿用耐磨多级离心泵２台ꎬ１台工作ꎬ１台备用ꎬ管路为Φ２７３ｍｍˑ１６ｍｍ无缝钢管ꎬ能够实现自动起停水泵ꎬ工作泵故障时ꎬ备用水泵自动投入ꎮ
２.３.２泵房㊁电控硐室及水仓的设计
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根据地热井布置位置ꎬ考虑到管路布置及其消耗量ꎬ将泵房㊁电控硐室及水仓布置在钻孔西面ꎮ
(１)水仓容积按６００ｍ３设计施工ꎮ
(２)水仓主要是储存热水ꎬ考虑水仓保温㊁水仓清理及节省工程量ꎬ设计采用一条水仓形式ꎮ(３)水泵吸收高度３ｍꎬ«煤矿矿井采区车场和硐室设计规范»规定泵房底板应高于水仓最高水位０.５ｍ以上ꎬ设计水仓断面为半圆拱ꎬ支护方式为锚网喷＋砌碹ꎬ净宽ˑ净高为３.０ｍˑ２.５ｍꎬ长度９２ｍꎮ
(４)泵房及变电所:断面为半圆拱ꎬ采用锚网索＋喷砼支护ꎬ支护断面宽ˑ高为５.４ˑ５.７ｍꎬ变电所长度１８ｍꎬ泵房长度２１ｍꎮ
２.３.３设备选型确定
根据流量㊁水温㊁排水垂高㊁自动化控制等ꎬ选用辽源水泵厂生产的ＭＤ４２０－９３ˑ１０型煤矿用耐磨多级离心泵ꎬ水泵额定扬程８５７ｍꎮ设备参数如表１ꎮ
３工程实施
施工工程包括:输水井工程ꎻ井下泵房㊁水仓㊁变电所ꎻ井下钻场至热水仓管路铺设情况(管道均采取保温措施ꎬ加保温层)ꎮ
水泵及变电所安装:为实现井下热水利用系统排水自动化ꎬ设计有排水泵站综合自动化控制系统ꎮ在排水泵出口管路安装电动闸阀ꎬ总出水管路上安装压力与流量传感器ꎮ水仓设液位计连续测量水仓水位ꎬ作为自动调节的参考反馈量ꎮ排水泵站综合自动化控制系统采用防爆ＰＬＣ控制ꎬ能根据井下水仓水位自动起停水泵ꎬ工作泵故障时ꎬ备用水泵自动投入ꎮ同时ꎬ该系统能通过通信接口与八矿现矿井综合自动化系统相连ꎬ以实现水泵运行参数上传和远程控制ꎮ
地面设４个蓄水池ꎬ管道全线长１０１０ｍꎬ全部采取保温措施ꎮ
表１㊀矿井排水设备技术参数表
４系统运行效果
地热水系统投运后ꎬ二水平中央水仓水量降低１６０ｍ３/ｈꎬ温度３０ħꎬ比投运前降低１３ħꎮ己组西大巷热水仓使用前后各地点温度平均降低２ħꎬ见下表ꎮ
５应用效果
(１)实施综合利用ꎬ减少井下降温投入ꎮ年节约资金１２０万元以上ꎮ
(２)地面综合利用ꎬ减少其他投入ꎮ利用地热水产生的经济效益主要表现在节约锅炉用煤㊁节约煤灰渣排污费㊁节约用电㊁污水治理费用和节约工人工资等ꎮ每年可节约资金或增加收入４３０万元ꎮ
(３)八矿地热水综合利用采用专用输水井无压输水方案ꎬ大大减少了热水向井下空气中散热ꎬ降低井下空气温度２ħ左右ꎬ改善了井下职工作业环境ꎮ
八矿地热水利用后ꎬ减少因燃煤排放的大量粉尘㊁ＳＯ２㊁ＣＯ㊁ＮＯ２㊁煤灰渣等污染物ꎬ可改善矿区周围的大气环境质量ꎮ另外ꎬ由于燃煤锅炉数量的减少ꎬ矿区的噪声污染状况也可得到改善ꎮ(４)地热水综合利用的实施ꎬ每年寒武系灰岩水位下降ꎬ从而使己组煤带压开采问题得以缓解ꎬ确保己组煤开采安全ꎮ
参考文献:
[１]乔国超ꎬ王心义.河南省地热系统及综合利用研究[Ｒ].河南省地矿厅科研项目报告ꎬ２０００.
[２]王心义ꎬ黄丹.河南省地热水资源开发利用现状[Ｊ].地下水ꎬ２００９ꎬ(６):３３－３７.
[３]张德祯.河南省地热资源开发有关问题的思考[Ｊ].资源导刊ꎬ２００７ꎬ(３).(责任编辑:陈凌霄)
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