Аналіз способів та критеріїв встановлення геотермальних модулів на закритих вугільних шахтах

Abstract

Метою даної роботи є обґрунтування ефективних та гідродинамічно безпечних технологічних способів освоєння теплового ресурсу закритих вугільних шахт шляхом встановленням геотермальних модулів різних конструкцій. Методика базується на використанні аналітичних залежностей для розрахунку відбору шахтних вод з підтриманням їх гідродинамічно безпечного рівня в межах шахтного поля. Крім того, використовуються рівняння для експрес-розрахунків показників вилучення теплової енергії води та гірничих порід при техніко-економічній оцінці геотермальних модулів. Результати. Обґрунтовані способи, критерії та послідовність встановлення геотермальних модулів на закритих шахтах Донбасу за їх пріоритетністю та можливістю реалізації, які дозволять ефективно використовувати енергетичний потенціал шахтних вод і гірничих порід. Потреби місцевих споживачів у тепловій енергії можуть бути значною мірою задоволені за допомогою геотермальних модулів. Наукова новизна. Запропонована методика розрахунку основних параметрів і показників геотермальних модулів дозволяє виконувати реалістичну оцінку економічної ефективності в умовах закритих шахт Донбасу. Кількісно показано вплив на економічні показники модулів витрати відбору шахтних вод, температура води та гірничих порід. Практична значимість. Обґрунтовано способи і критерії екобезпечного та економічно доцільного використання геотермального потенціалу ліквідованих вуглевидобувних підприємств шляхом створення модулів, які забезпечують виробництво теплової енергії відповідно до потреб місцевих споживачів.

Целью данной работы является обоснование эффективных и гидродинамически безопасных технологических способов освоения теплового ресурса закрытых угольных шахт путём установки геотермальных модулей различных конструкций. Методика основывается на использовании аналитических зависимостей для оценки отбора шахтных вод с поддержанием их гидродинамически безопасного уровня в пределах шахтного поля. Кроме того, используются уравнения для экспресс-расчетов показателей извлечения тепловой энергии воды и горных пород при технико-экономической оценке геотермальных модулей. Результаты. Обоснованы способы, критерии и последовательность установки геотермальных модулей на закрытых шахтах Донбасса по их приоритетности, которые дадут возможность эффективно использовать тепловой ресурс шахтных вод и горных пород. Потребности расположенных возле шахт населенных пунктов в тепловой энергии могут быть в значительной степени обеспечены с помощью геотермальных модулей. Научная новизна. Предложенная методика расчета основных параметров и показателей геотермальных модулей позволяет выполнять реалистичную оценку экономической эффективности в условиях закрытых шахт Донбасса. Количественно показано влияние на экономические показатели модулей расхода отбора шахтных вод, температуры воды и горных пород. Практическая значимость. Обоснованы способы и критерии экологически безопасного и экономически целесообразного использования геотермального потенциала ликвидированных угледобывающих предприятий путем создания модулей, которые обеспечивают производство тепловой энергии в соответствии с местными потребностями.

Purpose of this work is to substantiate effective and hydrodynamically safe technological methods of geothermal heat recovery at closed coal mines by installation of geothermal modules of various designs. Methodology is based on analytical equations to evaluate mine water drainage with maintaining the hydrodynamically safe water level within mining areas. Besides, we employ the equations for express calculations of water and rock heat recovery in business plans of geothermal system operation. Results. The methods, criteria and sequence of installation of geothermal systems at closed mines of Donbas are analyzed according to the priority and feasibility, which will allow efficient mine water and rock heat recovery. The thermal needs of local consumers can be considerably covered by the geothermal systems. Scientific novelty. The proposed method of calculating the basic parameters and indicators of geothermal modules allows performing a realistic assessment of the economic efficiency under conditions of closed mines in Donbas. We demonstrated quantitatively the influence of mine water discharge, water and rock temperature on economic indicators of geothermal systems. Practical significance. The substantiated methods and criteria of ecologically safe and feasible recovery of geothermal potential of closed coal mines can provide heat production adjusted to the local consumer needs.