基于多重探查信息的深部岩溶地热水疏放及综合利用工程配置
来源：矿产资源节约与综合利用先进适用技术推广目录（第四批）
一、技术类型
本技术属于矿山开采地下热水综合利用技术。
二、适用范围
矿井岩溶热储地热水害的防治和地热水的综合利用。
三、技术内容
（一）基本原理
根据平煤八矿已有的矿井地质和水文地质勘探资料以及采掘过程中实际揭露的水文地质信息，分析了八矿西翼己组煤开采时的突水水源、突水通道的特征和矿井涌水量的变化规律及控制因素，对重要威胁水源——寒武灰岩水的补径排特征、水位动态变化规律、温度场特征循环运移规律进行了系统研究。重点评价了八矿西翼寒武灰岩、L7薄层灰岩和L2薄层灰岩含水层的突水危险性。结合八矿西大巷寒武灰岩的疏水降压方案，在评价寒武灰岩水量和水质的基础上，设计了地热水从西大巷至地面用户的综合利用方案，实现了底板灰岩含水层疏水降压、井下环境温度降低和地热水综合利用的有机结合。
（二）关键技术
1. 研究水温度场、水化学场、水动力场时空变化规律及相互作用关系。
2. 计算岩溶热储水文地质参数，评价矿区地热水可开采量，结合水动力场分布和矿井采掘情况设计疏水降压方案。
3. 优化配置已有的疏水降压孔的平面和垂向布局。
4. 设计并实施合理的井下和地面地热水输送、分流和储存方案以及井下至地面的提取方案，制订并实施合理的矿井地热水综合利用方案。
5. 评价西大巷疏水降压、地热灾害治理以及地热水综合利用的效益，研究工程实施过程中可能出现的问题并提出防治措施。
6. 现场实施从井下至用户的地热水综合利用系统，开展工业性试验并评价系统运行的稳定性，为地热水综合利用系统投入生产奠定基础。
（三）工艺流程
1. 富水异常区物理勘探
采用井下瞬变电磁技术和直流电法技术探明己组煤二水平西大巷煤层底板80~150m范围内寒武灰岩的赋水性情况，划分贫、富水区域，为矿方设计和布局疏水降压孔位置提供依据。
2. 寒武灰岩疏水降压及水量水质评价
综合研究岩溶发育情况、含水层开采影响半径、隔水层厚度、地温梯度等情况，合理设计寒武灰岩含水层疏放孔位置及数量。
3. 疏水降压孔垂向布局
为保证地热水的开采和输水降压效果、避免压煤和节约钻孔工程费，同时探测深部寒武系中统张夏组灰岩岩溶的发育情况，在平煤八矿己组煤二水平西大巷底板施工目的层至寒武系中统张夏组灰岩的地热水开采井。
4. 疏水水量计算
根据设计，在八矿己组煤西大巷施工寒武系灰岩疏水降压孔7眼，总疏水量约为300m3/h，单井平均疏水量42.86m3/h，地热水温度约50℃。
5. 疏水水质评价
在八矿己组煤西大巷分别提取寒武系灰岩水样，研究寒武灰岩地热水的水化学特征。
6. 地热水综合利用方案
在八矿己组西大巷2900m长度内共布置7眼、深度150m的地热开采井，合计可采地热水量（或疏水量）300m3/h，地热井设计服务年限约15年。地热水温度为50℃，考虑地热水温度的沿程损失，可利用的地热水温度为48℃，地热水洗浴适宜温度为42℃。
7. 规划用水量及可供水量
按《室外给水设计规范》（GB50013-2006）、《给水排水设计手册》第2册建筑给水排水的有关要求及本项目用水实际情况，合理确定矿区洗浴、餐饮、游泳池和居民区等用水量。
8. 地热供水方案计算
根据该矿区井下至地面的输水管以及地面的地形和目前的供水管线布局现状，并考虑到建筑物用水量和水源可供水量，按照西大巷输水、西大巷地热水仓至地面输水、地面输配水等分别设计地热水供水方案。
9. 地热水输送和储存的保温
为保证地热水输送过程中水温不降低以及避免西大巷内的温度升高，地热水输水管外敷5cm厚的PEF保温材料。在水仓及蓄水池外壁涂抹保温材料（主要为石棉、硅酸铝、珍珠岩、胶等），在施工现场直接拆袋进行涂抹至干燥即可使用。水仓和蓄水池涂料层厚5cm，水仓规格横断面按4m仓规格计；蓄水池直径按10m计。
涂抹保温材料时应注意以下问题：①水仓外表面需处理干净，再进行人工涂抹，涂抹厚度5cm，待干燥后再使用；②水仓所在地尽量保持好的通风条件，有助于延长其使用寿命，使用寿命为10年左右。
10. 地热供水方案总结
对己组煤西大巷至地面的地热水输送管道规格、水仓容积、地面和井下水泵等参数配置进行科学分析。
四、主要技术指标
1. 划分八矿水文地质单元，提交八矿水害区域治理及疏水降压方案;
2. 确定八矿疏水降压孔的平面和垂向布局及单孔疏水量；
3. 提交八矿地热水输送、分流和储存方案、地热水综合利用方案及施工设计；
4. 圈定了深部寒武灰岩岩溶地热水的富水异常带和高温异常带；
5. 设计了7眼寒武灰岩地热水疏放钻孔，疏水孔稳定总涌水量300m3 / h、地热水温度50℃；
6. 设计了地热水从西大巷至地面用户的3种输配水方案并进行了方案优选和实施。
五、典型实例及成效
平煤八矿完成了工业性试验。结果表明：输水管路无泄漏且满足压力要求，水泵及电机运行正常，系统运行稳定可靠。160m3/h涌水量作用下，同等通风条件下西大巷内空气温度降低2℃，相对湿度由74%降低至22%。从地热水综合利用、环境温度降低、解放煤炭储量等方面进行了效益评价，160m3/h地热水综合利用后，每年可节约燃煤费、污水处理费、电费以及降低成本共计673.9万元，每年减少因燃煤而排放的粉尘约40.24t、SO2约348.71t、CO约152t、NO2约26.82t、煤灰渣约2145.93t。西大巷附近寒武灰岩水位的降低可解放受底板L7灰岩和寒武灰岩含水层高压水害威胁的煤炭储量，300m3/h地热水综合利用后，每年可节约费用11,393,667.9元。
六、推广前景
在平顶山矿区除八矿外，四矿、五矿、十二矿、十三矿、首山矿均存在矿井岩溶地热水灾害问题，同时也存在生活用水水源短缺的问题。因此，该技术成果对于指导其他矿井岩溶热储地热灾害的防治和地热水的综合利用均具有重要意义，具有较好的市场应用前景和较广阔的推广应用价值。
华北型煤田区的各矿区，其矿井地质条件、水文地质条件、水化学条件和地温分布条件都较为相似，随着开采深的增加和开采范围的增大，都将面临越来越严重的地热灾害问题，平顶山矿区位于华北型煤田区，矿井地热灾害治理及综合利用具有典型性，因此该技术成果具有较好的市场应用前景和较广阔的推广应用价值，可为相关矿区地热灾害的防治和地热水的综合利用奠定理论基础 。
