“双碳”目标下煤矿地下空间响应式增强型储热充填系统理论与技术探索

作     者：吕超 吕文玉 孙强 解盘石 郎丁 姬松涛 胡建军 

作者机构：西安科技大学能源学院 西安科技大学地质与环境学院 深圳大学深地科学与绿色能源研究院广东省深地科学与地热能开发利用重点实验室 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52174127,52374137) 陕西省教育厅科研计划项目(23JK0537) 

主　　题：煤矿采空区 固废充填 增强型储热 风光互补 地质保障 

摘      要：煤矿开采地下空间储能是实现矿山转型升级的重要手段，增强型储热充填技术不仅提高煤基固废资源利用率，更能保障新能源的高效消纳与利用。基于当前煤炭开采技术分析了充填开采研究现状，结合功能性充填理念提出“煤炭地下空间响应式增强型储热充填系统的科学内涵。响应式增强型储热充填系统核心是确保“四性条件：地质条件适宜性、储-采热技术可行性、传热传质高效性以及运行周期安全稳定性，提升热能储-采效率、强化储热系统封闭性、确保围岩稳定性是实现储热充填系统高效运转的关键。在此基础上综合考虑热源温度、传输距离、热能载体循环速度等因素对热能提取效率的影响，研发储热充填体热能高效提取工艺，形成热能高效热交换设计方法。同时，基于储热系统运行充填体热力学特性动态演化规律，揭示充填体时效变形损伤微观机理，构建稳定性预测及评价体系。响应式增强型储热充填系统技术路径围绕采前地质条件→采中充填体动态参数响应→埋管-充填体-围岩耦合作用→矿山地下空间-可变能源协调开发战略主线，融合风光互补构想，开展储热层位勘探与选址，实现储热充填系统超前规划，研制高效储热充填材料，指导储热系统运行参数规划设计，进而保障增强型储热充填系统安全稳定高效运行。最后，以地质科学为基础，结合采矿学相关理论，构建以煤炭开采、地质工程技术、生态环境三位一体的响应式增强型储热充填体系统地质保障理论与工程技术体系。响应式增强型储热充填技术实现矿山与可变能源的有机结合，突出灵活响应式充填储热，丰富了充填开采内涵，能够为我国发展赋煤区新能源，促进矿山转型利用提供理论参考与实践范例。