废弃矿井地下储能与能源利用方法

摘要

本发明涉及矿井利用技术领域，具体涉及废弃矿井地下储能与能源利用方法；包括以下步骤：S1、对废弃矿井的现状进行研究，并做出规划，S2、设计地面防洪沟渠布置与引水方案，S3、设计井下蓄水巷道布置及维护加固方案，S4、比较地面防洪沟渠布置与引水方案和井下蓄水巷道布置及维护加固方案，S5、确定矿井水提取与热利用方案，S6、完成矿井夏季取水和冬季取暖利用方案；本发明充分利用废弃矿井中的能源资源，不仅能减少资源浪费，提高去产能矿井能源资源开发利用效率，同时，可为废弃矿井企业提供一条转型脱困和可持续发展的战略路径，进而推动资源枯竭型城市转型发展。此外，对提高我国煤矿安全水平、保障国家能源安全、经济持续健康发展也具有促进作用。

说明书

技术领域

本发明涉及矿井利用技术领域，具体涉及废弃矿井地下储能与能源利用方法。

背景技术

我国是世界采矿大国之一，矿产资源十分丰富，尤其是煤炭储量和产量，分别居世界第三位和第一位。当前，煤炭仍然是我国当前的主要能源。据统计，国内一次能源的生产和消费中，煤炭约占四分之三。预计今后数十年内，煤炭作为我国第一能源的地位不会改变。而煤矿、冶金矿山等在开发过程中，形成了大量井下采空区，仅煤矿每年就形成数亿立方米的空间，巨大的地下空间有许多都充斥着大量的煤矿水。而这样的现状，所造成的危害主要有两个：

1、生态环境遭到破坏。

(1)、地下水流动系统变化诱发积水灾害；

(2)、矿井二次沉降或残余变形引起的工程地质灾害；

(3)、废弃矿物堆积，对土地资源的破坏严重；

(4)、废弃矿井产生有害气体，污染环境及产生安全隐患。

2、废弃矿井和煤矿水害给国家和人民带来的人身伤亡和经济损失极为惨重。据不完全统计，在过去的10年里，共发生各类矿井水害事故1400余起，死亡近6000人，经济损失高达35亿元人民币。每生产100Mt原煤因水害死亡达0.375人，因水害造成经济损失达2 000万元人民币。而废弃矿井和上组煤开采留下的采空区充水后就像分布于生产矿井周边的地下水库，严重威胁着邻近矿井的安全生产。近年来，采空区及废弃的充水小煤窑水每年占煤矿总突水事故的80％左右。

并且，在目前的采矿工程的后续对矿井的处理利用还存在很大的问题：

(1)、废弃矿山工业场地地表建(构)筑物与设施转型开发利用不充分，没有与区域环境、城镇功能融合；

(2)、废弃矿山井下空间及采矿设施未开发利用不充分，存在安全隐患，相关技术缺乏；

(3)、废弃矿山在关闭前采煤塌陷区、矸石场、铁路、公路等采矿废弃土地未随开采进度进行全面治理，且缺乏整体性、融合性，生态系统仍存在逆向演替现象；

(4)、关闭矿山的水环境发生变化，存在污染隐患，水资源未得到充分利用；

(5)、废弃矿山一般未建立地质及生态环境监测系统，监督管理缺乏依据和标准。

综上所述，研发一种废弃矿井地下储能与能源利用方法，仍是矿井利用领域中急需解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明在于提供废弃矿井地下储能与能源利用方法，本发明充分利用废弃矿井中的能源资源，不仅能减少资源浪费，提高去产能矿井能源资源开发利用效率，同时，可为废弃矿井企业提供一条转型脱困和可持续发展的战略路径，进而推动资源枯竭型城市转型发展。此外，对提高我国煤矿安全水平、保障国家能源安全、经济持续健康发展也具有促进作用。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

废弃矿井地下储能与能源利用方法，包括以下步骤：

S1、对废弃矿井的现状进行研究，并做出规划。

S2、设计地面防洪沟渠布置与引水方案。

S3、设计井下蓄水巷道布置及维护加固方案。

S4、比较地面防洪沟渠布置与引水方案和井下蓄水巷道布置及维护加固方案。

S5、确定矿井水提取与热利用方案；

S6、完成矿井夏季取水和冬季取暖利用方案。

本发明进一步设置为：在所述步骤S1中，通过查找资料，了解废弃矿井现状，并结合国外的研究方向和成功案例，做出规划。

本发明进一步设置为：在所述步骤S2中，设计地面防洪沟渠布置与引水方案，包括以下步骤：

S201、查阅资料了解矿井地面防洪标准。

S202、利用矿井原有的防洪设施，进行改造再利用，完成地面防洪沟渠布置和引水。

本发明进一步设置为：在所述步骤S3中，设计井下蓄水巷道布置及维护加固方案，包括以下步骤：

S301、明确矿井所处位置的水文地质信息，对地下水库进行设计。

S302、对地下水库进行选址。

S303、计算地下水库的库容。

S304、对地下水库进行防渗加固。

S305、选择防渗材料，并施工。

本发明进一步设置为：在所述步骤S301中，所述水文地质信息包括矿含水层的信息和矿地下水的水质信息。

本发明进一步设置为：在所述步骤S302中，对地下水库进行选址包括勘探废弃矿井的地下空间和地下水库空间位置的确定，所述勘探废弃矿井的地下空间指进行矿井地下空间的勘探，包括地层特征、岩性、构造分布情况和空间范围，所述地下水库空间位置的确定指根根据地质条件、安全性、经济性和具体的构造分布，选取构造简单的区域，最后选取标高低的地层。

本发明进一步设置为：在所述步骤S5中，确定矿井水提取与热利用方案，包括以下步骤：

S501、通过水源热泵系统利用废弃矿井的地热资源以及恒温特性，将部分热量储存到地下水库储水中。

S502、在冬季对汛期蓄水进行提热。

S503、结合矿井周围的供暖需求，分析水源热泵的系统性能以及经济性，选择合理的系统形式。

本发明进一步设置为：在所述步骤S501中，所述水源热泵系统是利用地下水库中蓄积的汛期洪水作为热源，冬季通过热泵机组从地下水库蓄水中提取热量来满足矿区的供热需求。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

本发明充分利用废弃矿井中的能源资源，不仅能减少资源浪费，提高去产能矿井能源资源开发利用效率，同时，可为废弃矿井企业提供一条转型脱困和可持续发展的战略路径，进而推动资源枯竭型城市转型发展。此外，对提高我国煤矿安全水平、保障国家能源安全、经济持续健康发展也具有促进作用。

附图说明

图1为废弃矿井地下储能与能源利用方法的设备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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作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。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例

请参照图1所示，废弃矿井地下储能与能源利用方法，包括以下步骤：

步骤一、对废弃矿井的现状进行研究，并做出规划；

步骤二、设计地面防洪沟渠布置与引水方案。

步骤三、设计井下蓄水巷道布置及维护加固方案。

步骤四、比较地面防洪沟渠布置与引水方案和井下蓄水巷道布置及维护加固方案。

步骤五、确定矿井水提取与热利用方案。

步骤六、完成矿井夏季取水和冬季取暖利用方案。

本发明充分利用废弃矿井中的能源资源，不仅能减少资源浪费，提高去产能矿井能源资源开发利用效率，同时，可为废弃矿井企业提供一条转型脱困和可持续发展的战略路径，进而推动资源枯竭型城市转型发展。此外，对提高我国煤矿安全水平、保障国家能源安全、经济持续健康发展也具有促进作用。

通过查找资料，了解废弃矿井现状，并结合国外的研究方向和成功案例，做出规划。

本发明对废弃矿井资源能够做到持续和多方面利用，而不仅仅只是利用矿物，对矿井未来发展做出指导。

设计地面防洪沟渠布置与引水方案，包括以下步骤：

201)、查阅资料了解矿井地面防洪标准。

202)、利用矿井原有的防洪设施，进行改造再利用，完成地面防洪沟渠布置和引水。

本发明防洪措施包括工业广场建筑物附近要定时做好检查和清挖工作，防止汛期来临时造成堵塞；在各个井口和关键建筑物附近预先掘好防洪沟，准备好防洪设施以及适量的黄沙黄土；除以上所提到外的无需设置防洪沟的建筑物，也要定时定期检查排水管道做好清理工作，利用好矿井原有的防洪措施和设施，并且进行改造再利用，可以节约成本。

设计井下蓄水巷道布置及维护加固方案，包括以下步骤：

301)、明确矿井所处位置的水文地质信息，对地下水库进行设计。

302)、对地下水库进行选址。

303)、计算地下水库的库容。

304)、对地下水库进行防渗加固。

305)、选择防渗材料，并施工。

本发明根据矿井所处位置、水文地质条件、巷道和围岩类型等，设计矿井蓄水巷道的布置、巷道的维护与密封。

水文地质信息包括矿含水层的信息和矿地下水的水质信息。

本发明矿含水层的信息包括地下含水层的分布情况、具体位置，单位涌水量，以确定所蓄洪水不会由于渗漏对地下水造成污染，尽量避开重要的含水层，矿地下水的水质信息包括水的矿化程度，水质类型，所含主要离子类型。

对地下水库进行选址包括勘探废弃矿井的地下空间和地下水库空间位置的确定，勘探废弃矿井的地下空间指进行矿井地下空间的勘探，包括地层特征、岩性、构造分布情况和空间范围，地下水库空间位置的确定指根根据地质条件、安全性、经济性和具体的构造分布，选取构造简单的区域，最后选取标高低的地层。

本发明由地形地貌、地质条件以及工程量设定勘察的范围及密度。

确定矿井水提取与热利用方案，包括以下步骤：

501)、通过水源热泵系统利用废弃矿井的地热资源以及恒温特性，将部分热量储存到地下水库储水中。

502)、在冬季对汛期蓄水进行提热。

503)、结合矿井周围的供暖需求，分析水源热泵的系统性能以及经济性，选择合理的系统形式。

本发明根据矿井的深度、温度和周围的供暖线路，选择合适的水源热泵机型，确定合理的水源提取时间和线路。

水源热泵系统是利用地下水库中蓄积的汛期洪水作为热源，冬季通过热泵机组从地下水库蓄水中提取热量来满足矿区的供热需求。

本发明在冬季，通过水泵抽取的汛期蓄水经过处理后送至热泵机房，在蒸发器内地下水库汛期蓄水首先放出热量，然后液态制冷剂再将该热量吸收，由于制冷剂的温度升高因此由液体状态转变为气体状态，汛期蓄水交换热量后经机组管道排出，压缩机对高温的气态制冷剂进行加压从而使其变成高温高压气体，然后将其送至冷凝器中进行放热，冷冻水吸收热量，制冷剂将热量传递给冷冻水后温度降低从而由气体状态转变成液体状态，流经膨胀阀时对其进行降压处理最后又变为低压的液体状态，再次流经蒸发器，和汛期蓄水发生热量交换，完成制热循环，加热后的冷冻水，经输送装置送到客户端，对用户室内进行供热，当冷冻水与用户室内空气进行热交换降温后，重新回到冷凝器和制冷剂进行热量交换，从而完成供热循环。

本发明充分利用废弃矿井中的能源资源，不仅能减少资源浪费，提高去产能矿井能源资源开发利用效率，同时，可为废弃矿井企业提供一条转型脱困和可持续发展的战略路径，进而推动资源枯竭型城市转型发展。此外，对提高我国煤矿安全水平、保障国家能源安全、经济持续健康发展也具有促进作用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。