[发明专利]深井充填体采场降温与地热开采实验模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于高温深井开采技术领域，具体涉及一种深井充填体采场降温与地热开采实验模拟装置及方法。

背景技术

随着浅部资源逐渐减少和枯竭，开采深度越来越大，目前我国面临深部开采的矿山占全国矿山总数的90％；深部开采面临高地应力、高地温、高渗透压等诸多问题，导致开采难度加大、作业环境恶化、通风降温和生产成本急剧增加，为深部资源开采提出了严峻挑战；为实现安全生产，充填技术的应用在深部资源开发中必不可少，充填采矿法可以将地表堆积废料回填到井下，处理空区，从而大大提高回采作业安全程度，提高深部资源回收率30％，且解决地表堆积废料造成的环境污染，实现绿色开采；而解决矿井高温问题也己迫在眉睫，充填对采区降温方面有一定的帮助，充填可使采场原岩暴露面积大大减小，从而降低了原岩的散热面积，因此可以降低原岩的热量散发；同时充填体能有效的阻止风流渗漏，在一定程度上避免废风串联，从而提高风流的利用率，有效的降低坑内温度；深井充填技术面临诸多难题，膏体充填是未来一大主要方向，传统的水力充填工艺，料浆浓度很难提高到70％以上，且通常需要对尾砂进行分级脱泥，其结果是充填尾砂的利用率低，充入采场后的充填体需脱水，脱水时会带走充填料中的水泥，造成水泥流失，削弱充填体的强度，且造成井下严重污染，提高充填料浆的浓度是解决这类问题的关键，但由于受管道自流输送的限制，要想进一步提高料浆浓度，必须借助适当的设备，实现膏体充填，膏体充填料浆具有不离析、不沉淀，且采场脱水量少、甚至不脱水，充填体强度增长迅速，充填质量好、效率高、成本低，改善井下作业环境等优点，是未来充填采矿技术发展的必然趋势。

而高温深井下的地热，也是亟待开发的能源，地热能给人类带来巨大的资源：(1)减少温室气体排放，提高能源效率；(2)支持环保和经济协定发展；(3)持续研发和技术改进；(4)探索商业机会(将地热能源与其他可再生能源相结合)。

为了研究充填采矿法在高温深井下的应用，并通过充填体进行高温深井下的采场降温和地热开采，需要先进行理论研究，而在进行理论研究时，还需要进行大量的试验，这些试验，如果每个都放到实际的采场去做，耗费的人力物力高，且试验效率低，因此，如果能有一套高温深井充填体采场降温与地热开采的实验模拟装置，将很好地解决以上问题，但是，现有技术中还缺乏这样的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、实现方便且成本低、使用操作方便、使用寿命长、能够很好地用于进行高温深井的充填开采试验、并用于高温深井地热开采的理论研究、实用性强、使用效果好、便于推广使用的深井充填体采场降温与地热开采实验模拟装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种深井充填体采场降温与地热开采实验模拟装置，其特征在于：包括模拟箱、温度数据采集器和计算机，所述模拟箱包括立方体框架结构的保温箱体，所述保温箱体内设置有多根用于外接热水循环系统的温度控制管，所述保温箱体内部上下间隔设置有多层隔板，相邻两层隔板之间的空间为采空及充填模拟腔，每个所述采空及充填模拟腔内设置有两个分别向两侧抽拉的抽屉式模拟盒，所述抽屉式模拟盒内部空间用于模拟采空区、或用于充填岩石模拟未开采岩层或用于充填充填材料模拟充填区，所述抽屉式模拟盒内设置有温度传感器安装腔和用于外接水冷循环系统、热水循环系统或地热开采循环系统的换热盘管，所述温度传感器安装腔内安装有温度传感器，所述温度传感器的输出端与温度数据采集器连接，所述温度数据采集器与计算机连接。

上述的深井充填体采场降温与地热开采实验模拟装置，其特征在于：所述保温箱体的底板、顶板、前侧壁和后侧壁由保温板一体成型，所述保温箱体的前侧壁左侧通过合页转动连接有由保温板制成的左侧门，所述保温箱体的前侧壁右侧通过合页转动连接有由保温板制成的右侧门；位于相邻两层隔板之间的保温箱体的前侧壁内侧和后侧壁内侧均设置有支撑槽钢，所述支撑槽钢内填充有保温材料，所述温度控制管嵌入安装在保温材料中。

上述的深井充填体采场降温与地热开采实验模拟装置，其特征在于：所述支撑槽钢的外壁上设置有用于支撑安装抽屉式模拟盒的支撑板，所述抽屉式模拟盒的侧面设置有供支撑板插入的滚轮槽，所述滚轮槽内设置有用于在支撑板上滚动的滚轮。

上述的深井充填体采场降温与地热开采实验模拟装置，其特征在于：所述支撑板底部与支撑槽钢之间设置有筋板。

上述的深井充填体采场降温与地热开采实验模拟装置，其特征在于：所述抽屉式模拟盒的外壁上设置有拉手。