高温环境是深部煤矿面临的主要问题之一,严重影响煤矿的安全生产。随着煤矿逐渐进入深部开采,高温环境问题尤为突出,将煤矿高温热害转化为地热能开采展现出了良好的发展前景。深部煤矿采空区储水采热是利用采空区储水开采井下地热能的方法,能够实现煤矿遗留采空区利用和地热能开采的目的,但目前深部煤矿采空区储水采热技术尚处于起步阶段,采空区破碎岩体热流固耦合温度场传热机理及采空区换热网络通道储水采热效率的研究尚未涉及。因此,围绕深部煤矿采空区储水采热传热规律及采热效率的主题,综合运用现场调研、实验室试验、数值模拟和理论分析等研究手段,研究了深部煤矿采空区储水采热方法及原理、破碎岩体热流固耦合温度场演化规律及传热机理、深部煤矿采空区储水采热传热规律、采空区换热网络通道储水采热效率数值分析及调控方法和典型深部煤矿采空区储水采热工程设计及效果评估等内容。取得了以下创新性成果: (1)分析了深部煤矿采空区热量来源及补给途径,阐述了深部煤矿采空区储水采热技术特征,揭示了深部煤矿采空区储水采热空间形态及破碎岩体尺度分布规律,给出了采空区储水采热空间温度预判关系式,提出了深部煤矿采空区储水采热开采井下地热能的新方法。 (2)研制了热流固耦合作用下破碎岩体储水采热空间温度场演化试验系统,分析得到了破碎岩体储水采热空间热流固耦合温度场变化特征,研究了质量流速、水介质初始温度、原岩温度和粒径影响破碎岩体储水采热空间温度场演化规律,揭示了采空区破碎岩体储水采热传热机理。 (3)建立了深部煤矿采空区储水采热对流换热理论模型,分析了采空区破碎岩体换热通道单元中水介质温度变化规律,得到了采热空间垮落岩体形态特征和采热地质条件影响采空区储水采热传热特征,揭示了采空区换热通道内水介质与岩体对流换热的传热规律。 (4)构建了深部煤矿采空区储水采热热流固耦合数值模型,揭示了采热空间换热网络通道储水采热效率变化规律,得到了深部煤矿采空区储水采热性能,提出了深部煤矿采热空间换热网络通道储水采热效率调控方法,建立了深部煤矿采空区储水采热工程设计方法,并在典型深部煤矿进行了储水采热工程设计。 该论文有图90幅,表17个,参考文献201篇。