礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫方法及系統與流程

2023-12-10 12:40:32

本發明屬於深部礦產資源開採技術領域，具體涉及一種礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫方法及系統。

背景技術：

隨著淺部礦產資源的逐漸減少和枯竭，開發深部礦產資源是國家保證資源安全、擴展經濟社會發展空間的重大需求。同時，深部礦產資源開發利用也符合《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》提出的「深空、深海、深藍和深地」四個領域的戰略要求。超大超深礦床開採技術是「深地」探索的重要領域，是向地球深部礦產資源進軍必須解決的戰略科技問題，也是代表現代礦業科技發展的高端。深部礦產資源開採處於高地應力、高地溫、高井深、高滲透壓等特殊環境，勢必給深部礦床開採帶來眾多科學技術難題，嚴重製約著礦山生產安全、效率和成本等。為此，突破超大超深礦床開採關鍵技術，提升深部礦產資源開發和利用能力，對於「決戰深部」戰略至關重要。

超大超深的礦床開採將會使礦井下形成更多的採空區、引發的更多的地質災害、環境破壞和固體廢棄物排放，必將成為制約深部礦產資源可持續開發利用與礦業健康發展的重要因素。然而，要徹底緩解資源、能源、環境和安全的瓶頸制約，必須突破傳統採礦技術屏障，大力發展以清潔生產、資源高效開採和廢物循環利用為特徵的綠色可持續資源開發模式—充填採礦技術，同時也是未來深部採礦方法發展的必然趨勢。

就金屬礦山來說，據不完全統計，目前全世界千米礦井數目已超過150座，其中，南非深井礦山最多有76座，同時也擁有世界最大採深近4800m，平均採深已超過2000m，採深變化範圍為1524m-4800m，以金礦為主；加拿大有30座超千米礦山，採深變化範圍為1524m-2499m，以金、銅-鎳、銅-鉛-鋅礦為主；我國有17座礦山採深超過千米，採深變化範圍為1000m-1600m，以金、有色金屬礦為主，其中夾皮溝金礦為我國典型的深井開採礦山；美國有11座超千米礦山，採深變化範圍為1600m-2438m，以金、銅、銀礦為主。

對於超大超深礦床開採，熱害現象尤為顯著。世界上有許多國家先後出現礦井熱害問題，如秘魯的凱薩帕爾卡銅鉛鋅銀礦，早在1937年就在-823米水平上打了一條32千米的疏幹巷道，用以疏幹礦體中的熱水，1967年巷道中湧出熱水，水溫高達68.98℃，巖石溫度為61.1℃。南非金礦礦井深度大部分超過2000米，southdeep金礦採深達2800m時，巖石溫度達75℃；mponeng金礦採深達4100米左右時，巖石溫度達66℃。日本是礦井熱害最多的國家，北海道的豐羽鉛鋅礦，巖石溫度69-130℃，其東南側的信濃礦體預計巖體溫度可達160℃，同時存在熱水和水蒸氣的地熱流體；鹿兒島的菱刈金礦，水溫60℃。美國的孤山銅礦，巖石溫度60℃，水溫36-52℃。此外，在尚比亞、墨西哥、尼加拉瓜、前捷克斯洛伐克、俄羅斯及德國等國也都發現礦井熱害。據初步統計，在國外，南非西部礦井在深度3300m處氣溫達到50℃；日本豐羽鉛鋅礦由於受熱水影響，在深度500m處氣溫高達80℃。隨著礦井開採深度的增加，礦井內的溫度將不斷加大。根據目前對地溫的認識，開採深度每增加1km，地下的巖石溫度將上升25℃。據此推算，如果想要獲取10000m深處的礦產資源，人類將面對250℃的巖石溫度。在現在的技術條件下，這是人類不可能忍受的。

對於深部礦床開採，高井溫是導致熱害的罪魁禍首。然而，高井溫對於地熱開發又是求之不得。地熱作為一種可再生清潔能源，從綠色開採角度來看，地熱也屬於深部開採的範疇。那麼，能否可以實現深部礦產資源和地熱協同開採？假定可以藉助深部礦產資源開採創造的開採系統，來開發地熱，至少具有以下幾個優勢：(1)已具備一定採深，無需從地表至採深段的鑽探工程，可為地熱開發節省成本；(2)深部空區以具備相當規模，高溫的巖石為地熱開發提供源源不斷的免費熱源；(3)深部開採具備完成的提升運輸通路，以及完備的電力、給排水系統，為地熱開發過程中管路布設和動力供應提供保障；(4)對於一個既定礦山終究會開採完畢，廢棄的礦山可以作為一個地熱開發的工廠。

因此，探索實現深部礦產資源與地熱協同開採的技術很有必要，現有技術中還缺乏這樣的技術。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種方法步驟新穎、實現方便、在資源回收和地熱開發的同時兼顧了高溫採場降溫、地熱開採效率高、毗鄰採場的協同降溫效果好、實用性強、推廣應用價值高的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫方法。

為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：一種礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟：

步驟一、根據充填開採工藝進行礦塊的採準、切割，形成天井、聯絡巷、階段運輸巷道、豎井和回採空間；

步驟二、在地面進行礦井地熱開採地面系統的施工，具體的施工過程為：在地面設置用於存儲冷換熱流體的集流體裝置和用於存儲熱換熱流體的蓄熱流體裝置，並在住宅/辦公區設置用於為住宅/辦公區供熱的冷熱交換器；在集流體裝置的流體入口處連接與冷熱交換器的冷換熱流體出口連接的冷換熱流體輸送管，在集流體裝置的流體出口處連接地面送流體管，在地面送流體管上連接送流體動力泵，在蓄熱流體裝置的流體入口處連接地面回流體管，在蓄熱流體裝置的流體出口連接與冷熱交換器的熱換熱流體入口連接的熱換熱流體輸送管，在熱換熱流體輸送管上連接熱換熱流體輸送動力泵；

步驟三、進行第一分層回採，並在地下進行礦井地熱開採地下系統的施工，具體的施工過程為：在豎井內鋪設豎井立管，在階段運輸巷道內鋪設巷道橫管，並在與天井連接處設置巷道橫管預留接口，在天井中鋪設天井立管，同時在每個聯絡巷內設置天井立管預留接口；其中，所述豎井立管包括豎井送流體立管和豎井回流體立管，所述巷道橫管包括巷道送流體橫管和巷道回流體橫管，所述天井立管包括天井送流體立管和天井回流體立管，所述豎井送流體立管與地面送流體管連接，所述豎井回流體立管與地面回流體管連接，所述巷道送流體橫管與豎井送流體立管和天井送流體立管均連接，所述巷道回流體橫管與豎井回流體立管和天井回流體立管均連接；

步驟四、進行第一分層充填，充填時相變蓄熱材料中從下到上依次分層設置有採熱管、隔熱管和冷卻管，並設置溜井和硬化頂，形成採熱充填體，所述採熱管為多層，具體過程為：

步驟401、在採空區安裝溜井模具，並設定充填時的採熱管的層數；

步驟402、輸入相變蓄熱材料進行充填，至需要設置採熱管的高度後，在相變蓄熱材料上鋪設作業平板，鋪設採熱管，採熱管鋪設完成後撤掉作業平板；

步驟403、重複步驟402，直至採熱管的層數達到了步驟401設定的值；

步驟404、輸入相變蓄熱材料進行充填，至需要設置隔熱管的高度後，在相變蓄熱材料上鋪設作業平板，鋪設隔熱管，隔熱管鋪設完成後撤掉作業平板；

步驟405、輸入相變蓄熱材料進行充填，至需要設置冷卻管的高度後，在相變蓄熱材料上鋪設作業平板，鋪設冷卻管，冷卻管鋪設完成後撤掉作業平板；

步驟406、輸入硬化材料進行充填，形成硬化頂；

步驟407、首先，在採熱充填體前設置上分水器、上集水器、下分水器和下集水器，在上分水器的進水口上通過第一三通管連接進水口管，將上分水器的出水口與冷卻管的進水口和隔熱管的進水口相連，將上集水器的進水口與冷卻管的出水口和隔熱管的出水口連接，將下分水器的出水口與採熱管的進水口連接，將下集水器的進水口與採熱管的出水口連接，在下集水器的出水口上通過第二三通管連接出水口管；然後，在上分水器和下分水器之間設置左三通閥，在左三通閥和上集水器的出水口之間設置右三通閥，並將左三通閥的第一埠與下分水器的進水口連接，將左三通閥的第三埠與第一三通管連接，將右三通閥的第一埠與上集水器的出水口連接，將右三通閥的第二埠與左三通閥的第二埠連接，將右三通閥的第三埠與第二三通管連接；

步驟五、首先，從第一分層以上部分從下到上依次進行各分層的開採、回採和充填，且在各分層回採時，均按照步驟三的施工過程進行礦井地熱開採地下系統的施工，在各分層充填時，均按照步驟四的方法進行充填，直至向上到階段運輸巷道；然後，在進水口管上設置上三通閥，在出水口管上設置下三通閥，在相鄰採熱充填體間設置連接管連接上面採熱充填體的下三通閥的第二埠和下面採熱充填體的上三通閥的第二埠，將多個採熱充填體連接，並將每個採熱充填體的上三通閥均通過其所在分層的天井立管預留接口與天井送流體立管連接，將每個採熱充填體的下三通閥均通過其所在分層的天井立管預留接口與天井回流體立管連接；

所述左三通閥、右三通閥、上三通閥和下三通閥的第一埠為其左側埠，所述左三通閥、右三通閥、上三通閥和下三通閥的第二埠為其底部埠，所述左三通閥、右三通閥、上三通閥和下三通閥的第三埠為其右側埠；所述左三通閥和下三通閥均為三通分流閥，所述左三通閥的第三埠和下三通閥的第三埠均為進口，所述左三通閥的第一埠和第二埠以及下三通閥的第一埠和第二埠均為出口；所述右三通閥和上三通閥均為三通合流閥，所述右三通閥的第一埠和第二埠以及上三通閥的第一埠和第二埠均為進口，所述右三通閥的第三埠和上三通閥的第三埠均為出口；

步驟五中在完成第n分層的開採、回採和充填後，啟動送流體動力泵和熱換熱流體輸送動力泵，在送流體動力泵的作用下，集流體裝置內的冷換熱流體經過地面送流體管進入豎井送流體立管，再進入巷道送流體橫管，分送到每個天井送流體立管，然後送到與天井送流體立管連接的採熱管中，冷換熱流體在流過採熱管時吸收相變蓄熱材料積蓄的地熱而成為熱換熱流體，然後進入天井回流體立管，經過巷道回流體橫管和豎井回流體立管到達地面回流體管，匯入蓄熱流體裝置存儲，完成礦井地熱的開採，蓄熱流體裝置內的熱換熱流體再在熱換熱流體輸送動力泵的作用下，經過熱換熱流體輸送管通往冷熱交換器進行利用；其中，n的取值為大於等於1的自然數。

上述的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫方法，其特徵在於：步驟二中所述換熱流體為水或有機工質；步驟二中還在蓄熱流體裝置的流體出口連接發電機組。

上述的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫方法，其特徵在於：步驟二中所述換熱流體為水，所述冷換熱流體輸送管為冷水輸送管；所述集流體裝置為集水箱或集水池，所述蓄熱流體裝置為蓄熱水箱或蓄熱水池。

上述的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫方法，其特徵在於：步驟407中還在上集水器的出水口處連接有上調節閥，在下集水器的出水口處連接有下調節閥。

上述的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫方法，其特徵在於：步驟四中的冷卻管和隔熱管均採用中間進，向兩側蛇形前進，最後從兩側出的布置方式；步驟四中各層的採熱管均採用一邊進，向另一側蛇形前進，並從另一側出的布置方式。

本發明還提供了一種設計新穎合理、實現方便、在資源回收和地熱開發的同時兼顧了高溫採場降溫、地熱開採效率高、毗鄰採場的協同降溫效果好、實用性強、推廣應用價值高的實現上述方法的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫系統，其特徵在於：包括礦井地熱開採地面系統和礦井地熱開採地下系統，所述礦井地熱開採地面系統包括設置在地面上的用於存儲冷換熱流體的集流體裝置和用於存儲熱換熱流體的蓄熱流體裝置，以及設置在住宅/辦公區用於為住宅/辦公區供熱的冷熱交換器；所述集流體裝置的流體入口處連接有與冷熱交換器的冷換熱流體出口連接的冷換熱流體輸送管，所述集流體裝置的流體出口處連接有地面送流體管，所述地面送流體管上連接有送流體動力泵，所述蓄熱流體裝置的流體入口處連接有地面回流體管，所述蓄熱流體裝置的流體出口連接有與冷熱交換器的熱換熱流體入口連接的熱換熱流體輸送管，所述熱換熱流體輸送管上連接有熱換熱流體輸送動力泵；所述礦井地熱開採地下系統包括進行各分層回採時鋪設在豎井內的豎井立管、鋪設在階段運輸巷道內的巷道橫管和鋪設在天井內的天井立管，以及進行各分層充填時形成的採熱充填體和用於連接多個採熱充填體的採熱充填體連接機構；所述巷道橫管上與天井連接處設置有巷道橫管預留接口，每個聯絡巷內均設置天井立管預留接口，所述豎井立管包括豎井送流體立管和豎井回流體立管，所述巷道橫管包括巷道送流體橫管和巷道回流體橫管，所述天井立管包括天井送流體立管和天井回流體立管，所述豎井送流體立管與地面送流體管連接，所述豎井回流體立管與地面回流體管連接，所述巷道送流體橫管與豎井送流體立管和天井送流體立管均連接，所述巷道回流體橫管與豎井回流體立管和天井回流體立管均連接；所述採熱充填體包括相變蓄熱材料，從下到上依次分層設置的採熱管、隔熱管和冷卻管，以及設置在頂部的硬化頂和設置在相變蓄熱材料上的溜井，所述採熱管為多層；所述採熱充填體連接機構包括上分水器、上集水器、下分水器和下集水器，所述上分水器的進水口上通過第一三通管連接有進水口管，所述進水口管上連接有上三通閥，所述上分水器的出水口與冷卻管-的進水口和隔熱管-的進水口連接，所述上集水器的進水口與冷卻管-的出水口和隔熱管-的出水口連接，所述下分水器的出水口與採熱管-的進水口連接，所述下集水器的進水口與採熱管-的出水口連接，所述下集水器的出水口上通過第二三通管連接有出水口管，所述出水口管上連接有下三通閥；所述上分水器和下分水器之間設置有左三通閥，所述左三通閥和上集水器的出水口之間設置有右三通閥，所述左三通閥的第一埠與下分水器的進水口連接，所述左三通閥的第三埠與第一三通管連接，所述右三通閥的第一埠與上集水器的出水口連接，所述右三通閥的第二埠與左三通閥的第二埠連接，所述右三通閥的第三埠與第二三通管連接；所述左三通閥、右三通閥、上三通閥和下三通閥的第一埠為其左側埠，所述左三通閥、右三通閥、上三通閥和下三通閥的第二埠為其底部埠，所述左三通閥、右三通閥、上三通閥和下三通閥的第三埠為其右側埠；所述左三通閥和下三通閥均為三通分流閥，所述左三通閥的第三埠和下三通閥的第三埠均為進口，所述左三通閥的第一埠和第二埠以及下三通閥的第一埠和第二埠均為出口；所述右三通閥和上三通閥均為三通合流閥，所述右三通閥的第一埠和第二埠以及上三通閥的第一埠和第二埠均為進口，所述右三通閥的第三埠和上三通閥的第三埠均為出口。

上述的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫系統，其特徵在於：所述換熱流體為水或有機工質，所述蓄熱流體裝置的流體出口上連接有發電機組。

上述的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫系統，其特徵在於：所述換熱流體為水，所述冷換熱流體輸送管為冷水輸送管；所述集流體裝置為集水箱或集水池，所述蓄熱流體裝置為蓄熱水箱或蓄熱水池。

上述的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫系統，其特徵在於：所述上集水器的出水口處連接有上調節閥，所述下集水器的出水口處連接有下調節閥。

上述的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫系統，其特徵在於：冷卻管和隔熱管均採用中間進，向兩側蛇形前進，最後從兩側出的布置方式；各層的採熱管均採用一邊進，向另一側蛇形前進，並從另一側出的布置方式。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫方法，用充填採礦法實現地下礦床的回採，再通過構建礦井地熱開採地面系統和礦井地熱開採地下系統實現地熱開採，方法步驟新穎，實現方便。

2、本發明在資源回收和地熱開發的同時，兼顧了高溫採場降溫，功能完備。

3、本發明礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫系統的結構簡單，設計新穎合理，實現方便。

4、本發明採熱充填體的結構新穎，在相變蓄熱材料中設置了具有獨特布置方式的冷卻管、隔熱管和採熱管，並採用採熱充填體連接機構連接多個採熱充填體，提高了地熱開採效率，強化了毗鄰採場的協同降溫效果。

5、本發明能夠為礦山帶來額外的能量及經濟來源，並且可以延續礦山的生命周期。

6、本發明的實用性強，推廣應用價值高。

綜上所述，本發明設計新穎合理，實現方便，在資源回收和地熱開發的同時，兼顧了高溫採場降溫，地熱開採效率高，毗鄰採場的協同降溫效果好，實用性強，推廣應用價值高。

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發明礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫系統的結構示意圖。

圖2為圖1的a部放大圖。

圖3為本發明採熱充填體的立體圖。

圖4為圖3的b部放大圖。

圖5為本發明採熱充填體的內部結構示意圖。

圖6為圖5的c-c剖視圖。

圖7為圖5的d-d剖視圖。

圖8為圖5的e-e剖視圖。

圖9為圖5的f-f剖視圖。

附圖標記說明:

1—天井；2—聯絡巷；3—階段運輸巷道；

4—豎井；6-1—豎井送流體立管；6-2—豎井回流體立管；

7-1—巷道送流體橫管；7-2—巷道回流體橫管；8-1—天井送流體立管；

8-2—天井回流體立管；10—集流體裝置；11—蓄熱流體裝置；

12—地面送流體管；13—送流體動力泵；14—地面回流體管；

15—冷熱交換器；16—住宅/辦公區；17—熱換熱流體輸送動力泵；

18—熱換熱流體輸送管；19—冷換熱流體輸送管；20—進水口管；

21—採熱充填體；21-1—相變蓄熱材料；21-2—採熱管；

21-3—溜井；21-4—硬化頂；21-5—隔熱管；

21-6—冷卻管；22—巷道橫管預留接口；

23—天井立管預留接口；24—發電機組；25—圍巖；

26—土壤層；27—礦床；28—上分水器；

29—上集水器；30—下分水器；31—下集水器；

32—左三通閥；33—右三通閥；34—上三通閥；

35—下三通閥；36—出水口管；37—第一三通管；

38—第二三通管；39—連接管。

具體實施方式

如圖1所示，本發明的礦床與地熱協同開採方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟：

步驟一、根據充填開採工藝進行礦塊的採準、切割，形成天井1、聯絡巷2、階段運輸巷道3、豎井4和回採空間；

步驟二、在地面進行礦井地熱開採地面系統的施工，具體的施工過程為：在地面設置用於存儲冷換熱流體的集流體裝置10和用於存儲熱換熱流體的蓄熱流體裝置11，並在住宅/辦公區16設置用於為住宅/辦公區16供熱的冷熱交換器15；在集流體裝置10的流體入口處連接與冷熱交換器15的冷換熱流體出口連接的冷換熱流體輸送管19，在集流體裝置10的流體出口處連接地面送流體管12，在地面送流體管12上連接送流體動力泵13，在蓄熱流體裝置11的流體入口處連接地面回流體管14，在蓄熱流體裝置11的流體出口連接與冷熱交換器15的熱換熱流體入口連接的熱換熱流體輸送管18，在熱換熱流體輸送管18上連接熱換熱流體輸送動力泵17；

步驟三、進行第一分層回採，並在地下進行礦井地熱開採地下系統的施工，具體的施工過程為：在豎井4內鋪設豎井立管，在階段運輸巷道3內鋪設巷道橫管，並在與天井1連接處設置巷道橫管預留接口22，在天井1中鋪設天井立管，同時在每個聯絡巷2內設置天井立管預留接口23；其中，所述豎井立管包括豎井送流體立管6-1和豎井回流體立管6-2，所述巷道橫管包括巷道送流體橫管7-1和巷道回流體橫管7-2，所述天井立管包括天井送流體立管8-1和天井回流體立管8-2，所述豎井送流體立管6-1與地面送流體管12連接，所述豎井回流體立管6-2與地面回流體管14連接，所述巷道送流體橫管7-1與豎井送流體立管6-1和天井送流體立管8-1均連接，所述巷道回流體橫管7-2與豎井回流體立管6-2和天井回流體立管8-2均連接；礦井地熱開採地下系統藉助礦井已有工程(豎井4、階段運輸巷道3、天井1等)鋪設連接管道；巷道橫管預留接口22用於在設置其他天井時，實現巷道送流體橫管與天井送流體立管，以及巷道回流體橫管與天井回流體立管的連接；

步驟四、進行第一分層充填，結合圖3、圖5和圖6，充填時相變蓄熱材料21-1中從下到上依次分層設置有採熱管21-2、隔熱管21-5和冷卻管21-6，並設置溜井21-3和硬化頂21-4，形成採熱充填體21，所述採熱管21-2為多層，具體過程為：

步驟401、在採空區安裝溜井21-3模具，並設定充填時的採熱管21-2的層數；

步驟402、輸入相變蓄熱材料21-1進行充填，至需要設置採熱管21-2的高度後，在相變蓄熱材料21-1上鋪設作業平板，鋪設採熱管21-2，採熱管21-2鋪設完成後撤掉作業平板；

步驟403、重複步驟402，直至採熱管21-2的層數達到了步驟401設定的值；

步驟404、輸入相變蓄熱材料21-1進行充填，至需要設置隔熱管21-5的高度後，在相變蓄熱材料21-1上鋪設作業平板，鋪設隔熱管21-5，隔熱管21-5鋪設完成後撤掉作業平板；

步驟405、輸入相變蓄熱材料21-1進行充填，至需要設置冷卻管21-6的高度後，在相變蓄熱材料21-1上鋪設作業平板，鋪設冷卻管21-6，冷卻管21-6鋪設完成後撤掉作業平板；

步驟406、輸入硬化材料進行充填，形成硬化頂21-4；具體實施時，當相變蓄熱材料21-1的硬度和強度能夠達到採礦設備行走要求時，也可以不設置硬化頂21-4。

步驟407、結合圖4，首先，在採熱充填體21前設置上分水器28、上集水器29、下分水器30和下集水器31，在上分水器28的進水口上通過第一三通管37連接進水口管20，將上分水器28的出水口與冷卻管21-6的進水口和隔熱管21-5的進水口相連，將上集水器29的進水口與冷卻管21-6的出水口和隔熱管21-5的出水口連接，將下分水器30的出水口與採熱管21-2的進水口連接，將下集水器31的進水口與採熱管21-2的出水口連接，在下集水器31的出水口上通過第二三通管38連接出水口管36；然後，在上分水器28和下分水器30之間設置左三通閥32，在左三通閥32和上集水器29的出水口之間設置右三通閥33，並將左三通閥32的第一埠與下分水器30的進水口連接，將左三通閥32的第三埠與第一三通管37連接，將右三通閥33的第一埠與上集水器29的出水口連接，將右三通閥33的第二埠與左三通閥32的第二埠連接，將右三通閥33的第三埠與第二三通管38連接；

步驟五、首先，從第一分層以上部分從下到上依次進行各分層的開採、回採和充填，且在各分層回採時，均按照步驟三的施工過程進行礦井地熱開採地下系統的施工，在各分層充填時，均按照步驟四的方法進行充填，直至向上到階段運輸巷道3；然後，結合圖2和圖4，在進水口管20上設置上三通閥34，在出水口管36上設置下三通閥35，在相鄰採熱充填體21間設置連接管39連接上面採熱充填體21的下三通閥35的第二埠和下面採熱充填體21的上三通閥34的第二埠，將多個採熱充填體21連接，並將每個採熱充填體21的上三通閥34均通過其所在分層的天井立管預留接口23與天井送流體立管8-1連接，將每個採熱充填體21的下三通閥35均通過其所在分層的天井立管預留接口23與天井回流體立管8-2連接；即在完成第一分層的開採、回採和充填後，進行第一分層上部第二分層的開採、回採和充填，且在進行第二分層的回採時，按照步驟三的施工過程進行礦井地熱開採地下系統的施工，在進行第二分層的充填時，按照步驟四的方法進行充填；以此類推，在完成第二分層的開採、回採和充填後，進行第二分層上部第三分層的開採、回採和充填，且在進行第三分層的回採時，按照步驟三的施工過程進行礦井地熱開採地下系統的施工，在進行第三分層的充填時，按照步驟四的方法進行充填；直至向上到階段運輸巷道3。隨著礦石開採的推進，礦井地熱開採地下系統不斷擴充，逐漸形成規模，整個礦山完成開採後，由礦井地熱開採地上系統和礦井地熱開採地下系統構成的終態規模的礦井地熱開採系統形成。通過設置上三通閥34和下三通閥35連接多個採熱充填體21，能夠實現更多地熱的開採。

所述左三通閥32、右三通閥33、上三通閥34和下三通閥35的第一埠為其左側埠，所述左三通閥32、右三通閥33、上三通閥34和下三通閥35的第二埠為其底部埠，所述左三通閥32、右三通閥33、上三通閥34和下三通閥35的第三埠為其右側埠；所述左三通閥32和下三通閥35均為三通分流閥，所述左三通閥32的第三埠和下三通閥35的第三埠均為進口，所述左三通閥32的第一埠和第二埠以及下三通閥35的第一埠和第二埠均為出口；所述右三通閥33和上三通閥34均為三通合流閥，所述右三通閥33的第一埠和第二埠以及上三通閥34的第一埠和第二埠均為進口，所述右三通閥33的第三埠和上三通閥34的第三埠均為出口；

步驟五中在完成第n分層的開採、回採和充填後，啟動送流體動力泵13和熱換熱流體輸送動力泵17，在送流體動力泵13的作用下，集流體裝置10內的冷換熱流體經過地面送流體管12進入豎井送流體立管6-1，再進入巷道送流體橫管7-1，分送到每個天井送流體立管8-1，然後送到與天井送流體立管8-1連接的採熱管21-2中，冷換熱流體在流過採熱管21-2時吸收相變蓄熱材料21-1積蓄的地熱而成為熱換熱流體，然後進入天井回流體立管8-2，經過巷道回流體橫管7-2和豎井回流體立管6-2到達地面回流體管14，匯入蓄熱流體裝置11存儲，完成礦井地熱的開採，蓄熱流體裝置11內的熱換熱流體再在熱換熱流體輸送動力泵17的作用下，經過熱換熱流體輸送管18通往冷熱交換器15進行利用；其中，n的取值為大於等於1的自然數。取n的值為大於等於1的自然數，是為了隨著礦石開採的推進，使礦井地熱開採地下系統形成一定的規模，而具備了開採礦井地熱的能力，從而實現礦床與地熱協同開採。相變蓄熱材料21-1能夠從圍巖25中不斷吸收熱量並存儲。具體實施時，在住宅/辦公區16的地熱利用方式有：地熱供暖、地熱溫室、地熱工業利用、地熱水產養殖、地熱水療和地熱孵化等。

本實施例中，步驟二中所述換熱流體為水或有機工質；如圖1所示，步驟二中還在蓄熱流體裝置11的流體出口連接發電機組24。具體實施時，蓄熱流體裝置11設置有多個流體出口，其中一個連接熱換熱流體輸送管18，另一個連接發電機組24，還可以有預留接口用於連接其他可以利用熱量的設備。冷換熱流體在流過採熱管21-2時吸收相變蓄熱材料21-1積蓄的地熱而成為熱換熱流體，然後進入天井回流體立管8-2，經過巷道回流體橫管7-2和豎井回流體立管6-2到達地面回流體管14，匯入蓄熱流體裝置11存儲，還能進入發電機組24進行發電。地熱發電是根據能量轉換原理，首先將地熱轉換成機械能，再將機械能轉換為電能。

本實施例中，步驟二中所述換熱流體為水，所述冷換熱流體輸送管19為冷水輸送管；所述集流體裝置10為集水箱或集水池，所述蓄熱流體裝置11為蓄熱水箱或蓄熱水池。

本實施例中，步驟407中還在上集水器29的出水口處連接有上調節閥40，在下集水器31的出水口處連接有下調節閥41。通過設置上調節閥40，能夠對進入冷卻管21-6和隔熱管21-5的水量進行調節；通過設置下調節閥41，能夠對進入採熱管21-2的水量進行調節；進而消弱了管路轉換引起的管路內水量分配不合理的問題。

本實施例中，如圖7和圖8所示，步驟四中的冷卻管21-6和隔熱管21-5均採用中間進，向兩側蛇形前進，最後從兩側出的布置方式；如圖9所示，步驟四中各層的採熱管21-2均採用一邊進，向另一側蛇形前進，並從另一側出的布置方式。具體實施時，根據各分層的寬度確定冷卻管21-6和隔熱管21-5鋪設時的管間距以及各層中採熱管21-2鋪設時的管間距。冷卻管21-6的管間距和隔熱管21-5的管間距均不大於採熱管21-2的管間距，冷卻管21-6鋪設時，在保證礦井設備通過不被損壞前提下，儘量靠近硬化頂21-4，也可以根據實際需求布置為多層；冷卻管21-6和隔熱管21-5鋪設時以影響區大量重疊為布置原則，採熱管21-2以影響區相切或少量重疊為布置原則；這樣的布置方式，在保證了礦井與地熱協同開採的前提下，強化了毗鄰採場的協同降溫效果。

本發明的礦床與地熱協同開採及毗鄰採場協同降溫系統，包括礦井地熱開採地面系統和礦井地熱開採地下系統，所述礦井地熱開採地面系統包括設置在地面上的用於存儲冷換熱流體的集流體裝置10和用於存儲熱換熱流體的蓄熱流體裝置11，以及設置在住宅/辦公區16用於為住宅/辦公區16供熱的冷熱交換器15；所述集流體裝置10的流體入口處連接有與冷熱交換器15的冷換熱流體出口連接的冷換熱流體輸送管19，所述集流體裝置10的流體出口處連接有地面送流體管12，所述地面送流體管12上連接有送流體動力泵13，所述蓄熱流體裝置11的流體入口處連接有地面回流體管14，所述蓄熱流體裝置11的流體出口連接有與冷熱交換器15的熱換熱流體入口連接的熱換熱流體輸送管18，所述熱換熱流體輸送管18上連接有熱換熱流體輸送動力泵17；所述礦井地熱開採地下系統包括進行各分層回採時鋪設在豎井4內的豎井立管、鋪設在階段運輸巷道3內的巷道橫管和鋪設在天井1內的天井立管，以及進行各分層充填時形成的採熱充填體21和用於連接多個採熱充填體21的採熱充填體連接機構；所述巷道橫管上與天井1連接處設置有巷道橫管預留接口22，每個聯絡巷2內均設置天井立管預留接口23，所述豎井立管包括豎井送流體立管6-1和豎井回流體立管6-2，所述巷道橫管包括巷道送流體橫管7-1和巷道回流體橫管7-2，所述天井立管包括天井送流體立管8-1和天井回流體立管8-2，所述豎井送流體立管6-1與地面送流體管12連接，所述豎井回流體立管6-2與地面回流體管14連接，所述巷道送流體橫管7-1與豎井送流體立管6-1和天井送流體立管8-1均連接，所述巷道回流體橫管7-2與豎井回流體立管6-2和天井回流體立管8-2均連接；所述採熱充填體21包括相變蓄熱材料21-1，從下到上依次分層設置的採熱管21-2、隔熱管21-5和冷卻管21-6，以及設置在頂部的硬化頂21-4和設置在相變蓄熱材料21-1上的溜井21-3，所述採熱管21-2為多層；所述採熱充填體連接機構包括上分水器28、上集水器29、下分水器30和下集水器31，所述上分水器28的進水口上通過第一三通管37連接有進水口管20，所述進水口管20上連接有上三通閥34，所述上分水器28的出水口與冷卻管21-6的進水口和隔熱管21-5的進水口連接，所述上集水器29的進水口與冷卻管21-6的出水口和隔熱管21-5的出水口連接，所述下分水器30的出水口與採熱管21-2的進水口連接，所述下集水器31的進水口與採熱管21-2的出水口連接，所述下集水器31的出水口上通過第二三通管38連接有出水口管36，所述出水口管36上連接有下三通閥35；所述上分水器28和下分水器30之間設置有左三通閥32，所述左三通閥32和上集水器29的出水口之間設置有右三通閥33，所述左三通閥32的第一埠與下分水器30的進水口連接，所述左三通閥32的第三埠與第一三通管37連接，所述右三通閥33的第一埠與上集水器29的出水口連接，所述右三通閥33的第二埠與左三通閥32的第二埠連接，所述右三通閥33的第三埠與第二三通管38連接；所述左三通閥32、右三通閥33、上三通閥34和下三通閥35的第一埠為其左側埠，所述左三通閥32、右三通閥33、上三通閥34和下三通閥35的第二埠為其底部埠，所述左三通閥32、右三通閥33、上三通閥34和下三通閥35的第三埠為其右側埠；所述左三通閥32和下三通閥35均為三通分流閥，所述左三通閥32的第三埠和下三通閥35的第三埠均為進口，所述左三通閥32的第一埠和第二埠以及下三通閥35的第一埠和第二埠均為出口；所述右三通閥33和上三通閥34均為三通合流閥，所述右三通閥33的第一埠和第二埠以及上三通閥34的第一埠和第二埠均為進口，所述右三通閥33的第三埠和上三通閥34的第三埠均為出口。

本實施例中，所述換熱流體為水或有機工質，所述蓄熱流體裝置11的流體出口上連接有發電機組24。具體實施時，當換熱流體採用有機工質時，發電機組24採用有機朗肯循環發電機組。

本實施例中，所述換熱流體為水，所述冷換熱流體輸送管19為冷水輸送管；所述集流體裝置10為集水箱或集水池，所述蓄熱流體裝置11為蓄熱水箱或蓄熱水池。

本實施例中，所述上集水器29的出水口處連接有上調節閥40，所述下集水器31的出水口處連接有下調節閥41。

本實施例中，冷卻管21-6和隔熱管21-5均採用中間進，向兩側蛇形前進，最後從兩側出的布置方式；各層的採熱管21-2均採用一邊進，向另一側蛇形前進，並從另一側出的布置方式。

綜上所述，本發明以實現深部礦產資源與地熱協同開採為著眼點，並結合充填採礦工藝，採用相變蓄熱材料進行充填，並以相變蓄熱材料為蓄熱載體，在資源回收和地熱開發的同時，兼顧了高溫採場降溫；在高溫深井下，以實現礦床和地熱同時開採的目的，構建了基於相變蓄熱材料充填體的礦床與地熱協同開採模式，用充填採礦法實現地下礦床的回採，同時以形成採熱充填體作為蓄熱載體，完成地熱開採，且地熱開採效率高，毗鄰採場協同降溫效果好。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。