一种地下煤田火区治理与热能回收的方法及系统与流程

本发明实施例涉及煤矿安防技术领域，具体涉及一种地下煤田火区治理与热能回收的方法。

背景技术：

当今，煤火消耗大量宝贵的自然资源，严重阻碍经济发展。我国每年因煤田火灾造成的煤炭亏损大约为10.2亿吨，而由自然因素或人为因素引起的煤田燃烧对环境造成的影响同样不容忽视。

地下煤火蕴藏着巨大的热能，将地下煤火的废热(气)进行资源化利用(发电、采暖等)，对国家经济、社会和环境都大有裨益。使用传统的煤火治理方法来扑灭煤火存在一些缺陷：(1)煤火周围不燃烧的煤炭资源无法开采而造成资源浪费，并存在煤火蔓延风险；(2)煤火产生的热量没有有效回收利用；(3)完全扑灭煤火较为困难；(4)灭火成本高。

因此，为了实现兼顾煤田火区治理和火区热能高效回收利用，亟需提出一种煤田火区治理与热能回收的方法。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种地下煤田火区治理与热能回收的方法，以解决现有技术中不能同时兼顾热量回收与火区治理的难题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例的第一方面提供了一种地下煤田火区治理与热能回收的方法，包括：检测地下煤田火区的第一目标温度；基于所述第一目标温度小于第一预设温度，对地下煤田火区进行隔绝空气处理；将进行隔绝空气处理后的地下煤田火区确定为治理区域；对所述治理区域进行热能回收；检测所述治理区域的第二目标温度；基于所述第二目标温度小于第二预设温度，将所述治理区域确定为修复区域。

进一步地，所述第一目标温度小于第三预设温度且不小于第一预设温度时，在所述基于所述第一目标温度小于第一预设温度，对地下煤田火区进行隔绝空气处理步骤之前还包括：对地下煤田火区进行降温处理。

进一步地，所述第一目标温度不小于第三预设温度时，在所述基于所述第一目标温度小于第一预设温度，对地下煤田火区进行隔绝空气处理步骤之前还包括：对地下煤田火区进行降温处理；将所述进行降温处理后的地下煤田火区确定为准备区域；检测所述准备区域的第三目标温度；基于所述第三目标温度小于所述第三预设温度，对所述准备区域进行热能回收处理。

进一步地，在所述基于所述第二目标温度小于第二预设温度，将所述治理区域确定为修复区域步骤之后，还包括：对所述修复区域进行隔绝空气处理。

进一步地，所述热能回收处理包括：在所述地下煤田火区中垂向加入长热虹吸管；在所述长热虹吸管距离地表面距离小的一端设置冷凝集热装置；将冷凝装置两端分别连接入第一管路和第二管路；使用循环泵连接所述第一管路与所述第二管路，使所述第一管路与所述第二管路形成循环管路；其中，所述第一管路用于热能回收。

进一步地，在进行所述热能回收步骤前，还包括:按照地下煤田火区的环境温度调整所述长热虹吸管中的工质充液量。

进一步地，所述长热虹吸管中的工质充液量范围是10％-40％。

进一步地，所述长热虹吸管中的工质是水基导热纳米流体；和/或所述循环管路中的工质是水基导热纳米流体。

进一步地，在进行所述热能回收前，还包括：向地下煤田火区的孔裂隙中注入强化火区传热流体。

本发明实施例的第二方面提供了一种地下煤田火区治理与热能回收系统，其特征在于，包括：检测模块，所述检测模块用于检测地下煤田火区的第一目标温度与检测所述治理区域的第二目标温度；处理模块，所述处理模块用于基于所述第一目标温度小于第一预设温度，对地下煤田火区进行隔绝空气处理；确定模块，所述确定模块用于将进行隔绝空气处理后的地下煤田火区确定为治理区域与基于所述第二目标温度小于第二预设温度，将所述治理区域确定为修复区域；热能回收模块，所述热能回收模块用于对所述治理区域进行热能回收。

本发明实施例具有如下优点：本发明一方面利用热能回收技术提高热能利用率，减少能源浪费；另一方面，通过热能回收降低地下煤田火区温度，从而防止煤田进一步燃烧，进一步的降低了煤田燃烧对大气环境的破坏，从而实现煤田火区治理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明一个实施例提供的一种地下煤田火区治理与热能回收的方法的框图；

图2为本发明一个实施例提供的一种地下煤田火区治理与热能回收的方法的框图；

图3为本发明一个实施例提供的一种地下煤田火区治理与热能回收的方法的框图；

图4为本发明一个实施例提供的一种地下煤田火区治理与热能回收的方法的框图；

图5为本发明一个实施例提供的对进行热能回收方法的框图；

图6为本发明一个实施例提供的一种地下煤田火区治理与热能回收的方法的框图；

图7为本发明一个实施例提供的一种地下煤田火区治理与热能回收的方法的框图；

图8为本发明一个实施例提供的一种地下煤田火区治理与热能回收系统的结构框图；

图9为本发明一个实施例提供的一种热能回收装置的结构剖视图；

图10为图9中“A-A”向的结构剖视图；

图11为图9中“B-B”向的结构剖视图。

图中：2000地下煤田火区治理与热能回收系统、2100检测模块、2200处理模块、2300确定模块、2400热能回收模块、2410循环泵、2411第一管路、2412第二管路、2420冷凝集热装置、2430长热虹吸管。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

下面将结合附图1-附图11，对本申请实施例提供的一种地下煤田火区治理与热能回收的方法进行详细介绍。

请参见图1，为本申请实施例提供的一种地下煤田火区治理与热能回收方法的流程示意图。该方法包括以下步骤：

S100检测地下煤田火区的第一目标温度；

其中，检测地下煤田火区的第一目标温度采用温度传感器进行检测。可选的，检测设备采用特定温度计，特定温度计测量范围按照地下煤田火区的温度范围进行选取。可选的，检测过程是实时进行的。

S200:基于第一目标温度小于第一预设温度，对地下煤田火区进行隔绝空气处理；

S300:将进行隔绝空气处理后的地下煤田火区确定为治理区域；

S400:对治理区域进行热能回收；

S500:检测治理区域的第二目标温度；

S600:基于第二目标温度小于第二预设温度，将治理区域确定为修复区域。

在一些实施例中，第一预设温度是150摄氏度。

本发明一方面利用热能回收技术提高热能利用率，减少能源浪费；另一方面，通过热能回收降低地下煤田火区温度，从而防止煤田进一步燃烧，进一步的降低了煤田燃烧对大气环境的破坏，从而实现煤田火区治理。

在一些实施例中，请参见图2，第一目标温度小于第三预设温度且不小于第一预设温度时，在基于第一目标温度小于第一预设温度，对地下煤田火区进行隔绝空气处理步骤之前还包括：

S111:第一目标温度小于第三预设温度且不小于第一预设温度时，对地下煤田火区进行降温处理；

本领域的技术人员应当了解，可以采用向注水/浆孔中注入水进行降温处理，当然也可以采用向注水/浆孔中注入其他降温材料进行降温操作，只要是达到了降低地下煤田火区的温度的操作都应当在本发明的保护范围内。

在一些实施例中，第三预设温度是500摄氏度。

因为增加了降温处理，所说能够避免因地下煤田火区温度过高对设备造成的损坏，从而降低了产品的使用成本；同时也便于施工安全。

在一些实施例中，请参见图3，第一目标温度不小于第三预设温度时，在基于第一目标温度小于第一预设温度，对地下煤田火区进行隔绝空气处理步骤之前还包括：

S121:对地下煤田火区进行降温处理；

S122:将进行降温处理后的地下煤田火区确定为准备区域；

本领域的技术人员应当了解，将进行降温处理后的地下煤田火区确定为准备区域只是为了便于描述本发明，而对本发明方案不构成实际影响，因此，在一些实施例中也可以不包含这一步骤。

S123:检测准备区域的第三目标温度；

S124:基于第三目标温度小于第三预设温度，对准备区域进行热能回收处理。

因为在本发明中增加再次增加了热能回收操作，所以在对火区治理的同时，再次提升了热能的回收利用率。同时，也增加了本发明在高温地区的应用空间，从而扩大了本发明的使用范围，进一步的增强了市场竞争力。

在一些实施例中，请参见图4，在基于第二目标温度小于第二预设温度，将治理区域确定为修复区域步骤之后，还包括：

S700:对修复区域进行隔绝空气处理。

在一些实施例中隔绝空气处理采用覆盖厚3-5m黄土进行隔绝空气处理，在另一些实施例中采用向注水/浆钻孔中注浆来隔绝空气。当然也可以采用其他的方法来进行隔绝空气处理，只要是采用能够隔绝氧气的方法都应该在本发明的保护范围内。

在一些实施例中，第三预设温度是80摄氏度。

因为修复区域的温度过高或者是其他地区的火灾蔓延至修复区域，可能造成修复区域温度过高，通过隔绝空气处理，避免了空气中的氧气直接与修复区域接触，从而避免了修复区域出现复燃的可能性，进一步的节约了煤田资源。

作为示例，请参见图5，S400:热能回收处理包括：

S410:在地下煤田火区中垂向加入长热虹吸管；

其中，垂向是指垂直于地下煤田火区地平面。可选的，长热虹吸管与煤田火区地平面的最小夹角大于45度。在另外一些实施例中，也可以采用倾斜插入地下煤田火区，只要是利于热能回收的插入方面都应该在本发明的保护范围内。

S420:在长热虹吸管距离地表面距离小的一端设置冷凝集热装置；

在一些实施例中，长热虹吸管整体埋设在地表之下，冷凝集热装置设置在虹吸管距离地表距离小的一端。在另一些实施例中，长热虹吸管一端埋入地表之下，另一端外漏于地表之上，冷凝集热装置设置在长热虹吸管外漏于地表的一端。

S430:将冷凝装置两端分别连接入第一管路和第二管路；

S440:使用循环泵连接第一管路与第二管路，使第一管路与第二管路形成循环管路；其中，第一管路用于热能回收。

在一些实施例中，请参见图6，在进行热能回收步骤前，还包括:

S310:按照地下煤田火区的环境温度调整长热虹吸管中的工质充液量；

其中，长热虹吸管中的工质充液量范围是10％-40％。在一些实施例中，长热虹吸管中的工质充液量范围是10％，在一些实施例中，长热虹吸管中的工质充液量范围是20％，在另一些实施例中，长热虹吸管中的工质充液量范围是25％，在另一些实施例中，长热虹吸管中的工质充液量范围是35％，在另一些实施例中，长热虹吸管中的工质充液量范围是40％。

通过按照地下煤田火区的环境温度调整长热虹吸管中的工质充液量，能够保证热量回收效率达到最佳值，从而保证了煤田火区热量的高效转化，进一步的提升了热量回收利用率，节约了回收时间。

在一些实施例中，长热虹吸管中的工质是水基导热纳米流体。本领域的技术人员应当了解，无论在长热虹吸管中加入何种工质，只要该种工质能够受热变成气体，遇冷变为液体就应当在本发明的保护范围之内。可选的，水基导热纳米流体的汽化温度是100摄氏度。

作为示例，长热虹吸管采用碳钢材料制成。在一些实施例中，长热虹吸管为整体密封的中空结构，在中空部分里设置有工质。

在一些实施例中，循环管路中的工质是水基导热纳米流体。

在一些实施例中，请参见图7，在进行热能回收前，还包括：向地下煤田火区的孔裂隙中注入强化火区传热流体。作为示例，强化火区传热流体是水基SiC纳米流体，本领域的技术人员应当了解只要注入地下煤田火区孔隙中的流体具有强化传热的功能就应当在本发明的保护范围内。

因此，本发明能够保证火区热量传递更加稳定与迅速，从而提高了热量回收的效率，进一步的提升了市场竞争力。

请参见图8，为本申请实施例提供的一种地下煤田火区治理与热能回收系统的结构框图。

具体的，系统2000包括包括：2100检测模块，检测模块用于检测地下煤田火区的第一目标温度与检测治理区域的第二目标温度；2200处理模块，处理模块用于基于第一目标温度小于第一预设温度，对地下煤田火区进行隔绝空气处理；2300确定模块，确定模块用于将进行隔绝空气处理后的地下煤田火区确定为治理区域与基于第二目标温度小于第二预设温度，将治理区域确定为修复区域；2400热能回收模块，热能回收模块用于对治理区域进行热能回收。

本系统一方面利用热能回收技术提高热能利用率，减少能源浪费；另一方面，通过热能回收降低地下煤田火区温度，从而防止煤田进一步燃烧，进一步的降低了煤田燃烧对大气环境的破坏，从而实现煤田火区治理。

请参见图9，为本申请实施例提供的一种热能回收模块的剖视结构示意图。

热能回收模块2400包括：循环泵2410、第一管路2411、第二管路2412、冷凝集热装置2420、长热虹吸管2430。具体的，循环泵一端连接第一管路且循环泵另一端连接第二管路，在长热虹吸管距离地表面距离小的一端设置冷凝集热装置，将冷凝装置两端分别连接入第一管路和第二管路。从而形成循环管路，便于热量的回收。

在一些实施例中，循环泵采用无刷直流磁力驱动水泵，便于适应循环泵的工作环境，提升产品的环境友好度。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。