基于体积法的废弃煤矿水热型热储潜能评估

作     者：褚召祥 CHU Zhaoxiang

作者机构：中国矿业大学力学与土木工程学院中国徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室中国徐州221116 自然资源部深地科学与探测技术实验室中国北京100094 

出 版 物：《工程地质学报》 (Journal of Engineering Geology)

年 卷 期：2023年第31卷第5期

页      面：1696-1710页

核心收录：

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

基　　金：自然资源部矿山生态效应与系统修复重点实验室开放基金(资助号:MEER-2023-09) 国家自然科学基金(资助号:42107156) 

主　　题：采矿工程 采空区 碎胀 空隙 体积法 热储评估 

摘      要：基于空间守恒-采矿损伤不变量方程,类比分析煤矿全垮落法长壁开采采空区垮落带和裂隙带覆岩破坏模式,推导夹河煤矿采空区垮落带和裂隙带垂向碎胀与空隙分布线性和对数函数表达式,提出煤矿采空区“两带垂向碎胀-空隙特征演化过程的多阶段概念模型。在获得采空区覆岩“两带空隙特征参数的基础上,结合“两带空间范围呈倒漏斗状梯形结构假设计算夹河煤矿废弃采空区等效空隙/储水体积。进一步以体积法为基础,对废弃夹河煤矿矿井水所形成的中低焓热储热流体开发潜能进行评估。研究结果表明:夹河煤矿单个典型工作面采空区空隙储水体积约(3.4~3.8)×10^(5)m^(3),顶板岩性影响“两带碎胀与空隙垂向分布,进而影响“两带空隙储水体积约10%;废弃煤矿井巷空间储水体积小于采空区空隙储水体积约2个数量级,废弃煤矿地热资源化利用应更多关注采空区储水/热潜能;综合考虑井、巷和采场结构差异性,估算废弃夹河煤矿矿井水热流体的总体积约2.2×10^(7)m^(3),静态热储潜能约127 GWh(~4.6×10^(5)GJ),导热和对流热补给效应明显,可为废弃煤矿遗留形成的地热资源勘查及后续开发利用提供参考。