具有可持续能量储备体遗留的采矿系统的制作方法

具有可持续能量储备体遗留的采矿系统的制作方法【专利摘要】本公开内容包括含有矿石、废料和储备体的采矿系统，所述储备体包括：所述废料的一部分，空气能够通过该部分低阻力地流动以从调温空气源储存热能并且将储存的热能供应到调温空气消耗装置；以及用于所述调温空气源与所述储备体之间和所述调温空气消耗装置与所述储备体之间的调温气流的连接。注意：当在本文中使用时，“调温空气”意指温度足够高或足够低以将物体加热或冷却到期望温度的空气。例如，在房屋中，炉子为用于在冬季加热的调温空气的源，空调为用于在夏季冷却的调温空气的源，并且该房屋为调温空气的消耗装置。【专利说明】具有可持续能量储备体遗留的采矿系统[0001]相关申请的交叉引用[0002]本申请要求2011年11月22日提交的美国临时申请第61/562823号的权益，将其全部公开内容通过引用并入本文。【
技术领域：
】[0003]本公开内容涉及具有包括用于储存可持续热能的储备体(reservoir)的封闭遗留的米矿系统。【
背景技术：
】[0004]随着全世界数十亿人摆脱贫困，其对基础原材料的需求将要求增加的采矿活动。为了寻求运营的社会许可，“领先的采矿公司近来已经制定并承诺遵守可持续开发全球矿产资源的标准和原则”(16.1章，1644页，SMEMiningEngineeringHandbook中MichaelG.Nelson所著的“SiteEnvironmentalConsiderations”,2012,其全部内容通过引用并入本文)。为了从社会获得这样的许可，矿运营者必须考虑关闭后矿的遗留:环境遗留将是什么样子？社会经济遗留还将是历史上的矿区那样“短暂繁荣”吗？存在使矿遗留成为环境有益、经济有益和社会有益的重大需求。[0005]对低成本可持续能量的需求是公知的。幸运的是存在许多经济的或甚至免费的低品位热能(例如，工业废热、热的夏季空气或冷的冬季空气)的资源。上述低品位热能的间歇产生是一种挑战。存在经济地储存低品位热能使其可以在需要时使用的强烈需求。[0006]本公开内容涉及利用作为来自采矿系统的遗留产物的热能储备体来解决这些需求。储备体可以以追加到常规采矿活动的小成本从开采的废石原位构造。储备体在经济上可行时储存低品位热能并且根据需要供应热能。例如，可以储存免费的热的夏季空气以在冬季需要时使用。[0007]多数可替代能量尝试需要大量的前期资本投资、政府鼓励和长回报期。通过专注于低品位热能和影响随处进行的采矿活动，小的追加成本能够产生短回报期的大规模的可替代能量系统。不仅仅是环境友好，遗留储备体还是通过以远低于常规资源的成本供应可持续能量来给予充满活力的社区以竞争优势的有价值财产。[0008]注意:如在此所使用的，“热能”意指将一定物体加热或冷却到期望温度的能力。“低品位”意指与“高品位”热能(例如可以在500度的发电厂中的蒸汽)相比温度差相对小，通常小于100摄氏度。【
发明内容】[0009]本公开内容包括含有矿石、废料和储备体的采矿系统，所述储备体包括:所述废料的一部分，空气能够通过该部分低阻力地流动以从调温空气源储存热能并且将储存的热能供应到调温空气消耗装置；以及用于所述调温空气源与所述储备体之间和所述调温空气消耗装置与所述储备体之间的调温空气流的连接。[0010]注意:如本文中所使用的，“调温空气”意指温度足够高或足够低以将物体加热或冷却至期望温度的空气。例如，在房屋中，炉子为用于在冬季加热的调温空气的源，空调为用于在夏季冷却的调温空气的源，并且该房屋为调温空气的消耗装置。[0011]本公开内容还包括用于构造热储备体的系统和方法，包括:用于将一部分废料从其初始位置移动到分选器(将所述废料分选为粗粒和细粒)的传送装置；以及用于在操作矿以开采矿石的同时将粗粒移动到多个位置以构造储备体的传送装置。[0012]本公开内容还包括大量调温空气的源。在一个示例性实施方案中，源可以为“天空农场(skyfarm)”。天空农场经济地封闭大量空气并将大表面面积暴露于天空辐射。天空农场可以包括:封闭大量空气的管；具有大表面面积和对来自太阳的辐射的高吸收率或向夜空的辐射的高发射率的辐射构件；调温空气穿过其通向热储备体的管的出口；以及使空气穿过以替换源自热储备体的调温空气的管的入口。在一些示例性实施方案中，天空农场可充当防止降水(precipitation)到达地面并进入储热储备体的不透水装置。在一个具体实施方案中，福射构件可以为光学地暴露于天空的管的表面。[0013]根据本公开内容教导的实施方案还可以包括调温空气消耗装置(例如，利用调温空气的温室系统或社区公用系统)。在一个实例中，温室经由来自根据本发明的热储备体的调温空气得到热储备体的热能(用于加热或冷却)中的一部分或全部。在另一实例中，调温空气消耗装置可以为包括用于将调温空气提供给作为调温空气消耗装置的建筑社区的分配网络的社区公用系统。[0014]在根据本公开内容的包括热储备体的系统的一些示例性实施方案(其包括在热储备体之间具有显著高差的至少两个端口)中，端口中的至少之一可以具有空气流动控制闸使得热对流能够以受控方式通过储备体驱动气流。【专利附图】【附图说明】[0015]图1描绘出根据本公开内容原理的热储备体系统的第一实施方案。[0016]图2示出图1储备体的截面，包括用于储备体顶容器壁的多种端口设计。[0017]图3描绘出可以使用导管、吹风机和开关将调温空气源和消耗装置连接到根据本公开内容的储备体端口的多种方式的示意图。[0018]图4描绘出可以用于防止降水的水进入根据本公开内容的储备体的不透水装置。[0019]图5描绘出示出用于构造根据本公开内容的储备体并与公知的露天采矿方法相容的进程的一系列矿截面。[0020]图6示出包括用作热调温空气源的天空农场和储备体的系统的一个实施方案。[0021]图7示出天空农场的部分截面。[0022]图8以截面方式示出用于天空农场的管的一些部件。[0023]图9示出调温空气消耗装置为温室的一个实施方案。[0024]图10为储备体容器顶壁上的槽(gutter)相接的温室的截面斜视图，其中端口和吹风机位于温室内部。[0025]图11为示出具有包括吹风机室和分配管路的分配网络的社区公用系统的截面斜视图。[0026]图12示出其中热储备体具有显著的竖直部件的实施方案。[0027]图13示出储备体及其可能构造，包括层叠在储备体中的多级粗岩石。【具体实施方式】[0028]本领域技术人员将理解，本文中所述的实施方案，虽然是示例性的，但非旨在限制本发明或所附权利要求的范围。本领域技术人员还将理解，在未脱离本公开内容范围的情况下可以对本文中所呈现的实施方案进行多种组合或修改。所有的这些替代实施方案在所附权利要求的范围内。[0029]此外，本领域普通技术人员将理解，本说明书中所讨论的各附图仅用于示例目的。通过参照以下【具体实施方式】、参照所附权利要求以及参照若干个附图，可以更清楚地理解本公开内容以及其他实施方案的性质。[0030]图1概述了根据本公开内容的第一示例性实施方案。采矿系统10通常会包括矿石101和废料102。矿石101为根据采矿系统从地球开采的具有经济价值的地质材料。实例包括存在于构成全部矿石101的矿石、或煤炭或类似材料中仅一小部分中的金属、碳氢化合物、其他化学物质、宝石等。废料102为在开采矿石101的过程中必须移出的岩石。用于采矿的多种系统和方法是公知的并且可以使用，只要根据构造储备体所需制造将足够量和尺寸分布的废料即可。[0031]通常，露天采矿(有时称为地表采矿)产生大量的废料102。例如，在20米厚的矿石层的顶上可能有20米厚的一层废石。通过例如爆破破碎废料102并且通过铲子、卡车、移动带式传送机等移动到矿内的已经开采完矿石的另一位置。这使待开采的矿石101层露出。[0032]其他合适的采矿方法可以为露天采矿的变型例如针对页岩油开发的那些采矿方法(例如，Dana和Patten的美国专利申请公报第2008/0190813号及相关专利，将其全部内容通过引用并入本文；以及2011年11月时在www.redleafinc.com上EcoShale网络描述)。在这些方法中，形成可以在矿内的渗透性控制结构；将矿石100(含碳氢化合物的页岩油岩石)破碎并且移到下部构造中；下部构造可以用已经从矿内的其他位置移来的废石覆盖作为同时进行的修复过程的一部分；和然后将矿石101加热到200华氏温度至900华氏温度范围内的温度以从矿石101提取碳氢化合物。可以以多种方式使用该采矿方法以用于本发明的目的。在一种方式中，废石形成到位于通常放置废石的下部构造上方的储备体中。在其他实施方案中，可以轻微修改下部构造以允许气流进入，在已经提取碳氢化合物之后将下部构造内的岩石标为废料102，并且下部构造和岩石形成储备体100。[0033]可替代地，可以适用于产生足够量和尺寸的废石的露天矿或地下或其他采矿系统。[0034]在图1所描绘的实施方案中，存在用于储存热能的储备体100。储备体100包括废石104和岩石之间的空气形成空隙以使储备体能够渗透气流。将岩石尺寸定义为具有与岩石相同体积的球体的直径。将空隙分数定义为储备体100中的废石104之中的空气的体积的分数。在所描绘的实施方案中，平均岩石尺寸为约0.5米，空隙分数为约40%，并且储备体100大概为约500米宽乘约1000米长乘约20米深的废石。在其他实施方案中,岩石尺寸的范围为从0.1米至10米，空隙分数为从20%至60%，并且储备体100可以具有多种形状以适应矿道(mineexcavation)的地形和矿区修复之后的期望表面。这样的形状将通常具有大于约200，000立方米的体积。[0035]储备体100中的岩石104的热质量(thermalmass)储存热能。流过储备体100的调温空气将其热(或“冷”)转移到岩石104，使岩石104的温度升高(或降低)。在足够的调温空气流过之后，储备体岩石104将达到“充热温度(chargedtemperature)”。岩石104在假定近似为岩石温度的欠调温空气流过时将其热(或“冷”)转移到空气，并且岩石温度略微降低(或升高)。在足够的欠调温空气流过之后，岩石104到达“放热温度”。储备体100的储热容量的一个度量可以计算为储备体质量乘以岩石比热乘以充热温度和放热温度之间的差的绝对值。在一个示例性实施方案中，充热温度为约50摄氏度，放热温度为约30摄氏度，并且储热容量为约300兆兆焦耳(即80吉瓦(热)时)，这是以2011年平均商品价格计约2.5百万美元的天然气所生成的热能的量。[0036]储备体100基本由具有端口120的容器包围。容器限制空气和热容易流进或流出储备体100，除经由端口120之外。容器通过包围储备体100的壁形成。就容器材料而言，容器壁应该足够厚以对储备体与容器的外部之间的热和空气的流提供足够的阻力，使得就储备体热质量而言，穿过容器的热能泄露可接受。容器顶壁、侧壁和底壁可以为相似或不同的材料和构造。[0037]在一个示例性实施方案中，图1的储备体100具有其中底壁和左侧壁110和112由矿道的底侧和左侧的未受干扰的岩石形成的容器。顶壁114和其他侧壁116(尽管为了简明在此示出仅右侧壁，但是可以为前侧壁、背侧壁和右侧壁)为约5米厚并且可以由包括填充较大岩石之间的空隙的细粒(小尺寸至砂尺寸的废石)的尺寸可变的废料的集合料形成，由此使壁对相对于储备体100的气流是不可渗透的。右侧壁116具有废料或其他材料的支承堤(supportingembankment)118。将理解的是,该集合料可以由来自分选的细粒形成或者可以由细粒和原料废料的混合料形成。合适时也可以添加其他材料。[0038]壁截面可以是为了结构稳定性、材料用途等所需的多种形状。在其他实施方案中，壁可以由多种地质材料组成并且具有大于约2米的厚度。在又一些实施方案中，一些或所有壁可以由一种或更多种热隔离体(例如GeoFoam(发泡聚苯乙烯)、娃藻土、蛭石、粘土、砂等)组成并且具有大于约1/2米的厚度。应该理解的是，尽管一些描绘的实施方案示出矿坑内的储备体，但是在其他实施方案中，储备体可以在矿附近而不是矿坑中构造以使得能够根据具体位置在采矿作业期间使用或者有利于采矿。[0039]容器中的一个或更多个端口120使得空气能够流进或流出储备体100。图1中的端口120A使得调温空气能够从调温空气源流到储备体，端口120B使得调温空气能够从储备体流到调温空气消耗装置。在任一流动的情况下，大气的均衡流动(视作均衡空气)分别流出或流进端口120C以均衡储备体100中的压力。在该实例中，端口120A也可以称为源端口，端口120B称为消耗装置端口，并且端口120C称为均衡端口。在其他实施方案中，可以使用单个端口120用于源气流和消耗装置气流两者并因而作为源端口和消耗装置端口两者。应理解的是，可以设置多个装置来使空气流动并控制流动的量。[0040]图2示出具有多种端口120设计的顶容器壁114和储备体100的截面。在图2a中所描绘的端口120的实施方案形成为填充有储备体岩石的截顶圆锥。圆锥截顶的直径称为端口直径并且可以定型得足够大以使得所需体积的空气能够在可接受的低摩擦损失下流动。随着深度增加圆锥形状提供了扩张的截面，以有利于空气低摩擦地流经给定端口直径的端口。储备体岩石104为包围端口的容器壁提供了结构支承。不透气膜122包围端口以防止空气穿过端口周边中薄的容器壁泄露。膜122可以是塑料片、混凝土、粘土或多种各种其他公知材料。在连接导管将气流运送到端口的情况下(例如从调温空气源)，可以将导管接合到该膜122。图2b示出在容器材料即使在端口周边也具有可接受的不透气性的情况下的没有膜的类似的端口实施方案。[0041]在图2c中所示的实施方案中，端口120具有圆柱形状或矩形棱柱体形状并且填充有储备体岩石104。在图2d和图2e所示的实施方案中，所描绘的端口120包括空的空气空间并且容器壁例如通过丝网124、混凝土126或其他公知装置支承。如图2d所示，可以将放大的空气空间设置到储备体100中以增加储备体100的可接近气流的表面面积，并且因而降低了摩擦损失。[0042]在一个示例性实施方案中，端口120直径可以为约5米以允许约20立方米每秒的气流。在其他实施方案中，直径可以大于约2米。例如，在另一实施方案中端口120通常可以为当从上方观看时的矩形，并且可以具有约5米乘约100米的尺寸。[0043]调温空气源和消耗装置可以使用导管、吹风机和开关以图3中以示意形式示出的多种方式连接到端口。[0044]在图3a中以示意形式示出的实施方案中，导管Dl将调温空气源连接到单向源吹风机300，并且另一导管D2将吹风机300连接到进入储备体100的源端口。吹风机300从调温源抽出空气并且将空气推送到储备体100中。类似地，单向消耗装置吹风机302、导管D3和导管D4以及端口从储备体100抽出空气并将空气推送到调温空气消耗装置。通常，源吹风机300仅在源产生调温空气时激活，并且消耗装置吹风机302仅在消耗装置消耗调温空气时激活。如前所述，当吹风机中之一激活时，均衡端口可以在大气和储备体之间接纳或释放等量气流，并且因而均衡储备体100中的压力。据构思，调温空气源和消耗装置同样地包括用于在供应或消耗调温空气时均衡其相对于大气的压力的装置。[0045]在一些示例性实施方案中，气流速率可以为约20立方米每秒，并且摩擦损失以及由此的气压差在约1000帕斯卡的量级。导管可以具有直径为约1.5米的圆形截面并且可以由聚乙烯膜(例如6mm厚的聚乙烯膜)构造。空气导管的设计在HVAC和工业过程工程的领域中是公知的。导管可以具有圆形、椭圆、矩形或其他截面形状并且可以由多种材料制成。[0046]吹风机克服摩擦损失并且诱导空气流动，并且可以通过许多公知装置中的任何装置(包括离心吹风机或风扇)来实施。吹风机可以设置有在吹风机未激活时防止大量空气流经吹风机的装置。[0047]源吹风机300可以位于源附近并且消耗装置吹风机302可以位于储备体端口附近。这提供了导管中的正压力(大气压以上)以使导管保持膨胀并维持导管的形状。在其他实施方案中，加强环或其他结构元件即使在面对负压力(低于大气压)也维持导管形状，从而使得吹风机能够任意定位。[0048]存在将端口连接到源和消耗装置的其他合适构造。图3b示出通过开关310使用在源与消耗装置之间共用的单个端口。当激活调温空气源以向储备体供应调温空气时，开关310放置在位置A;当激活调温空气消耗装置以从储备体抽出调温空气时，开关310放置在位置B，同时在任一情况下激活对应的吹风机312和314。[0049]图3c类似地示出使用沿恰当方向激活的单个单向吹风机320的在源和消耗装置之间共用的单个端口。[0050]在图3d中，源和消耗装置通过消耗装置开关334和源开关332共用单个端口和单个单向吹风机330。当源提供调温空气时，两个开关均设置到位置B并且激活吹风机330。当消耗装置消耗调温空气时，两个开关均设置到位置A并且激活吹风机330。[0051]在其他实施方案中，可以将吹风机放置在调温空气源内并且可以不需要如图3所描绘的相应的吹风机。[0052]可以设置用于闸控端口上的气流(B卩，用于控制气流的体积)(包括切断流动或使流动无阻碍)的装置。该功能可以设置为刚刚描述的吹风机和开关的结果，或者可以使用单独的闸。这样的闸可以使用通过放在网上支承的塑料或类似材料的大的可移动片来设置，该网在塑料的下风侧(downdraftside)上。该片可以卷回以使空气流通,并且铺开以限制空气流动。[0053]还可以设置防止降水(例如，雨、雪、露、雾)的水进入储备体并减小其热能的不透水装置。如图4a中的截面所描绘的，这样的阻挡物400可以为基本覆盖储备体区域、拦截降水并引导水以储存或远离储备体周边的地上结构或结构组。所述结构可以具有用于拦截并引导降水的顶和槽以及用于某些其他目的的内部容积。这些结构的设计在建筑与土木工程中是公知的。[0054]如图4b所示，所述不透水装置还可以为基本覆盖储备体区域的一层或更多层不透膜402。这样的膜可以埋在地中、放置在表面上或布置在容器顶壁的上部内。这样的不透膜的使用在用于防止地表水渗入暂存的矿废料的采矿工程中是公知的。[0055]用于构造根据本公开内容的储备体的方法包括图5中所描绘的那些方法，其示出呈现出与公知的露天采矿方法相容的进程的一系列矿截面。在该进程期间，矿石101还可以通过未描述的公知方法开采。[0056]如图5a所描绘的，矿可以通过常规方法和露出包括废料102和矿石101的面的挖坑的方法打开。在该过程期间，必须将废料囤积在矿外面。[0057]如图5b所示，在已经打开适合于以下操作的足够大的坑之后，使用传送装置和分选器以在坑内构造储备体500。将已经粉碎并称为“原料”的废石102进行分选以分离称为“粗粒”的那些岩石(尺寸大于阈值)和称为“细粒”的剩余物。粗粒504用于填充储备体并且因而实现期望的空隙分数和对气流的渗透率。细粒506沉积为用于构造容器壁的较为不可渗的集合料。需要时，可以将细粒与原废料一起沉积以得到集合料。容器壁在填充储备体500同时一起构造，使对囤积不同尺寸岩石的需要最小化，并且提供了用于壁的支承。[0058]标记有“原料A”、“细粒”、“粗粒”和“原料B”的传送装置移动废料并且包括堆料取料机、机械化铲、卡车、固定传输器中的一个或更多个或者用于采矿的许多这样的公知岩石传送装置中的任何装置。堆料取料机是特别有利的，原因是其可以被控制来以特定的量和位置沉积岩石以构造岩石的特定三维结构。原料通过传送装置“原料A”从其初始位置移动到分选器并且通过传送装置“原料B”移动到将构造容器壁的多个位置。传送装置“粗粒”将粗粒504从分选器移动到储备体内的多个位置。传送装置“细粒”将细粒从分选器移动到将构造壁的容器的多个位置。[0059]分选器可以为用于通过尺寸对岩石进行分选的多种装置。许多这样的装置是公知的，例如具有使得细粒落下同时滞留粗岩石并且隔离到不同路径的间隔的钢网或平行钢条。岩石尺寸阈值可以大于约0.1米并且优选地大于约0.3米；因此这样的分选可以快速且经济地进行。在一些情况中，还可以将细粒隔离到如构造用于容器壁的合适的不透集合料所需的附加尺寸范围。分选器可以位于坑的内部或外部。[0060]如在采矿中所公知的，传送并沉积到储备体的粗粒504将自然地堆放为在岩石之间具有空隙(即，空气空间)。粗粒之中的岩石尺寸的分布决定了在储备体中所得的空隙分数。较大的分布变化给出较小的空隙分数；相反较大的均匀性给出较大的空隙分数。为了实现期望的空隙分数，可以通过改变分选标准或最初粉碎废料的方法或其组合来调整岩石尺寸分布。通常，准确的空隙分数不是严格的，只要在空气在储备体和端口内流动期间该空隙分数大于能够提供可接受的低摩擦损失的摩擦即可。[0061]将分别来自传送装置“原料B”和“细粒”的原料和细粒506进行混合并且基本同时地沉积以形成构造容器壁的较为不可渗的集合料。在计划采矿作业和储备体构造以便在不使采矿作业或储备体构造剩余的情况下使用所有储备体构造中的废料期间，容器壁中的原料的分数Krc可由以下参数计算:[0062]Vr储备体的体积[0063]Vc容器壁的体积[0064]Kvr储备体的空隙分数[0065]Kvc容器壁的空隙分数[0066]Kfr通过对原料进行分选而生成的细粒的质量分数。[0067]计算Krc={Vc-Vr*[(1-Kvr)/(1-Kvc)]*[Kfr/(1-Kfr)]}/Vc[0068]Krc应小于最大值Krc(max),所述最大值Krc(max)取决于各种因素,包括岩石特性、细粒和原料的尺寸和形状分布以及聚集、沉积且压实岩石的方法。Krc(max)可以容易地通过根据具体方法和可用废料的实验来确定。对于通常情况，Krc(max)可以为约35%。[0069]如果Krc>Krc(max)，则没有足够的细粒以给出可接受的低容器壁空隙分数和对空气流动的渗透性。在设计中可以降低Vc或增加Vr，或者生产过量的粗粒并且沉积到除储备体中以外的地方。[0070]优选地，Krc近似为Krc(max)。如果不是这样或显著小于，则存在比容器壁所需更多的细粒。可以降低KvcJfWVc、降低Vr或将过量的细粒沉积到除容器壁中以外的地方。例如，在一些实施方案中，容器壁可以在没有使用原废料的情况下完全由细粒形成。[0071]在一个示例性情况中，[0072]Vr=lXlCT7立方米[0073]Vc=2.51X10~6立方米[0074]Kvr=40%[0075]Kvc=5%[0076]Kfr=22%[0077]得到Krc=29.1%[0078]如图5b和图5c所示，粗粒504以与聚集的细粒506和形成容器顶壁的原料514协调的速率沉积并且先于聚集的细粒506和形成容器顶壁的原料514沉积。然后将一层集合料沉积在粗粒的顶部上，从而形成容器顶壁。[0079]尽管为了清楚起见未示出，容器侧壁也以协调的速率构造。通常在容器侧壁外侧与形成坑壁的岩床之间可存在空隙，该空隙通过原料填充。将粗粒、集合料和空隙填充原料基本同时地分别沉积到储备体内部、容器侧壁和填充空隙到相同高度，使得每一者均彼此相靠以形成基本直的竖直容器侧壁。可替代地，可以首先沉积例如粗粒，所述沉积可采用通常在40度至45度范围内的静止角(angleofrepose)?然后可以沉积采用具有类似静止角的集合料，形成以该静止角朝储备体的内部倾斜的容器侧壁。最终可以沉积原料以填充空隙。在另一实例中，可以首先沉积空隙填充原料，然后沉积容器壁集合料，并且最后沉积储备体内部粗粒，形成向远离储备体内部倾斜的容器侧壁。在另一变型中利用矿坑侧壁作为容器侧壁。[0080]图5b还示出正在构造的端口520。粗粒已经沉积在端口区之上至等于容器顶壁顶表面的高度。设粗粒具有在该侧视图中的截顶三角截面的静止角。当端口为圆形的情况下，该截顶形状可以限定圆锥。然后沉积集合料形成容器顶壁。在图5b中，集合料已经沉积到截顶三角形截面的左面，在图5c中集合料已经沉积到截顶三角形截面的全部四周。尽管未示出，优选地适中量(例如I米)的集合料采用相似的静止角放置在截顶三角形截面的粗粒侧上。然后将不透气膜放置在适中量的集合料之上，并且然后沉积剩余的集合料。该过程使膜由尖锐粗岩石角造成的刺破最小化。[0081]图5c示出当矿沿朝示例的右边缘方向工作时的构造模式。当矿面朝右边工作时，储备体500以及容器顶壁和侧壁以刚刚所述的协调方式朝右边同步地构造。可以按照需要构造额外的端口。[0082]图5d示出完成的包括容器前壁的储备体500构造。当到达储备体的右边缘时，容器前壁通过储备体粗粒岩石和堤填充原料以类似于刚刚对侧壁的描述的方式同时构造。构造的最后部分可能要求使用已经堆放在矿外部的材料。[0083]储备体构造的完成使矿的该区域处于就地貌而言基本修复的(remediated)状态。以这种方式，储备体500和矿修复两者可以在矿关闭之后很快地完成。[0084]优选地，将每个传送装置的材料转移速率和目的地控制为使得以与原料、粗粒和细粒的生产基本相一致的速率沉积原料、粗粒和细粒的次序构造容器壁和填充储备体500，以尽量减小堆放的需要。此外，次序优选地与矿石开采活动的进程相一致。[0085]在替代方案中，图5所示的进程可以对矿的多个部分中的每个部分执行。在这样的实施方案中，当矿的每个部分在工作时完成一个储备体，产生多个储备体，其中一些在矿的剩余部分仍在运作的同时可操作。[0086]本公开内容还包括与热储备体一同使用的调温空气的源。在一些实施方案中可以使用天空农场作为调温空气的源。天空农场可以经济地封闭一定体积的空气并且将大表面区域暴露于天空辐射。天空农场可以包括:封闭大量空气的管；具有大表面面积和对来自太阳的辐射的高吸收率或向夜空辐射的高发射率的辐射构件；调温空气穿过其通向热储备体的管的出口；以及使空气穿过以替换源自热储备体的调温空气的管的入口。在一些实施方案中，天空农场可以用作防止降水到达地面并进入储热储备体的不透水装置。在一个示例实施方案中，辐射构件可以为管的光学地暴露于天空的表面。[0087]将理解的是，本文中所使用的术语“天空辐射”是广义上的，其在一些实施方案中意指产生热调温空气的对白天期间来自太阳的光和红外辐射的吸收，在其他实施方案中意指产生冷调温空气的向夜空的红外辐射发射。在一些实施方案中，同一天空农场可以执行这两种功能。[0088]图6示出其中天空农场600为热调温空气的源的一个实施方案。天空农场600可以包括均具有轴向入口和轴向出口的一个或更多个管602。在一个实施方案中，管602可以具有约1.9米的直径，和约340米的长度。管602可以由合适的材料(例如聚乙烯膜)构造。一个这样的可接受材料为150微米出密耳)厚的黑色聚乙烯塑料膜。黑色塑料膜也可以用作吸收太阳光的辐射构件。忽略大气衰减，太阳光在正交于阳光方向的表面上具有约1，400瓦每平方米的典型强度。该能量的一部分被辐射构件吸收，该辐射构件然后变热，将该热能转移到管内的空气，提高了管内的空气的温度。[0089]在“Theuseoflowcostinflatableskycaptorsinpolyethylenefilmforlowtemperatureairdrying，，，Feuilloley,P.,Plasticulture1980第47期,第15-25页(其全部内容通过引用并入本文)中，发现这样尺寸的单个管得到平均132kw的太阳辐射，由此加热10立方米每秒的空气约10摄氏度。因而设为2011年天然气(商业)的成本，6密耳聚乙烯膜为0.12美元/平方尺，和一年左右每一天的30%的平均操作循环，管602可以产生每年约10，000美元的热能，同时吹风机和聚乙烯管的成本小于3，000美元。[0090]天空农场还可以包括吹风机604，在所描绘的实施方案中，吹风机可以为在管的入口处的等级在10立方米每秒(22，000CFM)的2马力风扇。在一个构造中，吹风机604从储热储备体650的均衡端口620C接收空气。可替代地，吹风机604可以从部分调温空气的另一源(例如大气空气或来自调温空气消耗装置的废气)接收空气。或者，例如从大的可移塑料片构造的图6中所示的开关606选择该空气的源为储备体均衡端口(位置A)或部分调温空气的其他源(位置B)。无论哪一个具有最大的热能都可以使用，使得由天空农场产生的热能最优化。[0091]管出口608连接到可以为能够阻断空气流动(关闭)或允许空气流动(打开)的可动塑料片的闸610。闸610连接到储备体源端口620B。在太阳光不足期间，关闭闸610并且可以以低速或间歇地运行吹风机以给管提供膨胀压力以维持其形状。可替代地，然后可以激活不同的特定低流量吹风机。当太阳光充分加热管602中的空气时，打开闸610并且吹风机604将空气带到管中，驱使加热的调温空气穿过出口608、闸610以及容器壁中的源端口620B进入热储备体650。在该情况下的吹风机操作也将在管内部产生正压力以使管保持膨胀。[0092]在一些实施方案中，控制系统通过响应于管602和储备体650内的空气温度控制吹风机速度或闸开口来控制空气穿过管602的流动，使得离开管602的空气的温度被恰当地调温。换言之，空气具有比将进入的储备体650更调温的温度，而没有那么高度调温使得向大气的热泄露过度减少天空农场能量生成。当制造加热的调温空气时，储备体温度以上10摄氏度并且限制为50摄氏度补偿温度的离开温度是优选的。该限制使塑料膜的热泄露和软化最小化。[0093]在另一实施方案中，天空农场可以为冷调温空气的源。根据公知的斯蒂芬-玻尔兹曼规律，10摄氏度左右的物体每平方米的表面辐射约350瓦。该向上辐射与取决于天空条件(包括云层覆盖、相对湿度和气温)的来自天空的向下辐射平衡。通常在夜间，对于晴朗寒冷的沙漠夜晚，这两种效应的平衡留下大于约10瓦每平方米至100瓦每平方米以上的净正向上辐射。[0094]这样的向上辐射表示可以进入以上所述的天空农场管602的“冷却”热能，并且由此通过管进入气流。因而理想的“冷却功率”在约6千瓦至60千瓦以上的范围内。该理想值由于根据隔热条件和天气条件的向环境大气的热泄露而减小。除了在当向天空的净辐射足够的夜晚期间打开闸610并且完全激活吹风机604之外，天空农场如以上所述的那样构造。[0095]图7示出包括塑料膜管702、槽和支承结构的天空农场700的部分截面。膜中的一个或更多个可以为辐射构件。在槽704之间并排有用作防止降水到达地面并且进入储热储备体的不透水装置的多个管702。图7a示出两个管702(以及部分邻接管)，每个管包括上表皮703和下表皮705。上表皮703可以为辐射构件，下表皮705可以为任何颜色，或者上表皮703可以为透明的而下表皮705为辐射构件。图7b示出一种替选方案，其具有通过气枕、“泡沫垫”或正压空气空间与辐射构件707相隔离的透明上表皮703和下表皮705。辐射构件707和下表皮705形成其中生成调温空气的管。上表皮703与辐射构件707之间的区提供了热隔离，减小了热能从管700到大气的损失。在其他实施方案中，也可以在下表皮705下方设置隔热材料，或者下表皮705可以由本身隔热的泡沫塑料制成。因为辐射构件和上表皮提供了免受UV辐射和环境损伤的保护，所以下表皮可以相对厚度较小、耐久度较小以及较不昂贵。[0096]槽704可以类似于常规房屋的屋顶槽并且在下面进一步描述。表皮固定到槽的内侧使得落在上表皮上的水在基板没有泄露的情况下完全导向槽。槽的中心距优选地为约2米。[0097]表皮和辐射构件是可以为150微米出密耳)厚的聚乙烯的经济的塑料膜。辐射构件707可以为具有对来自太阳的辐射的高吸收率或对夜空的高发射率的黑色或其他颜色。可替代地，辐射构件707可以为也用于发电的PV(光伏)太阳能电池的阵列。塑料膜表皮的长度基本上与管的长度相同，并且足够宽以形成外加用于固定到槽的一些附加部分的所示的截面形状。优选地长度为340米和宽度为2.8米，形成2米高的下膨胀压力管。[0098]支承体710抬高槽，并且由此将管抬高到作为容器顶壁的顶表面的地面上方。示例性支承体示出在图7中并且公知的替代物也同样适用。优选地使该抬高足够高使得人或机械能容易地在其下移动，优选地使该抬高足够高使得下表皮不与地面接触以引起破损或刺破。否则下表皮必须为足够耐久的材料或在下表皮与地面之间放置有保护材料。[0099]图8以截面方式示出槽80、塑料膜上表皮703和塑料膜下表皮705以及保持器88。槽可以为金属(例如约0.8mm(0.032英寸)厚的铝)，其使用常规房屋屋顶槽制造方法由380mm(15英寸)宽的体线圈形成以具有基本上如所示的形状(约IOOmm宽、90mm高)。槽底部安置在支承体上方，防止向下移动。槽侧上的“屋脊(hip)”凸起可以与支承体中的弹簧元件啮合以使槽例如由于上表皮上的风致伯努利效应或管内的热空气的浮力而获得向上的力。通过该设计，无需通过扣件对槽进行容易泄露的穿透。[0100]图8b为用于示出将表皮703和表皮705固定到槽内部的一个设计的槽侧翼86的放大图。该设计使得不得接近膜或槽的顶侧的位于下表皮下方的人员能够将膜固定、移除或替换。这些操作可以在将膨胀压力从管移除并且表皮松垮时执行。[0101]上表皮和下表皮路线如下:从图的右边缘(此处表皮作为管封闭空气)开始并且移向左边。表皮在所示的附近连接(尽管无需粘合)并且此后彼此压叠。从连接地点开始，表皮绕槽侧翼86逆时针行进，穿过槽嘴区，逆时针绕保持器88，返回穿过嘴区，顺时针绕侧翼夹在进入的表皮与侧翼之间，并且以膜尾89终止。膜尾为塑料膜表皮结束的地方(即，为表皮边缘的地方)，并且两个表皮独立地示出为悬空。[0102]保持器88可以为实心或管状截面的塑料、橡胶、硅酮等部分柔性材料的泡沫绳。管状截面有利于使用啮合管内部的钩子开始移动保持器。[0103]在工作期间，上表皮703和下表皮705由于管内膨胀压力而经受所示的张力。这样的压力和得到的张力优选地相对于管的每直线米在100帕斯卡至1000帕斯卡的量级和100牛顿至1000牛顿的量级。表皮张力沿向下方向牵引保持器并且将保持器塞入嘴中，防止表皮滑动。[0104]槽嘴开口应该成型为使得工人能够将保持器和塑料膜压至就位，或使得人员能将其移除，然而保持器将不能在来自膜的张力下出来。嘴尺寸可以根据实验确定，并且通常依赖于槽金属的刚度、保持器的坚固性、槽形状、膜张力等。一个示例性嘴开口可以为约3mm以便于与直径约6_的保持器一起使用。[0105]与金属线圈的边缘对应的槽尾87向下弯曲以防止下表皮接触可能尖锐的金属边缘。槽侧翼区具有均匀地承受来自膜张力的力的光滑曲率。曲率可以为约8mm半径并且无需具有恒定半径。[0106]尽管未示出，可以沿着槽设置落水管以将水导向与地面更近的导水管，水经由该导水管导向储存或储备体区的外侧。考虑天空农场表皮的面积之上排向槽的最大预计降水率、槽截面面积以及落水管的间隔，槽以使得流动的水将升高到槽内的仅安全水位的程度倾斜。槽和支承体可以必须设计为足够强以支承该最大水平的水以及槽和其他天空农场材料的重量，以及可能的风和雪的负荷。支承体还应该提供槽沿横向方向的结构强化，防止槽的两个侧翼在来自表皮的张力下分开。[0107]其他实施方案可以使用槽连接温室的领域公知的用于槽并将膜固定在槽内部的系统。[0108]其他实施方案可以包括为以下等源中之一的调温空气源:夏天的温暖大气、冬季或夜晚的凉爽大气或通过来自工业等进程的废热加热的空气。[0109]根据本公开内容教导的系统和方法可以包括利用来自根据本发明的储备体的调温空气的调温空气消耗装置。在一个示例性实施方案中，可以包括作为调温空气消耗装置并且经由来自热储备体的调温空气得到调温空气的部分或全部热能(用于加热或冷却)的温室。这提供了显著益处，原因是加热和冷却目前是温室的运营费中的主要部分。在一些实施方案中，温室可以用作防止降水到达地面并进入储热储备体的不透水装置，从而增加了热储备体的效力。[0110]图9示出其中调温空气消耗装置为温室的热储备体系统900。温室可以为任意公知样式，并且具有使空气流经温室的入口和出口。当需要加热温室时吹风机从热储备体消耗装置端口抽取调温空气并且将其推送穿过入口并穿过温室。如HVAC(暖通空调)工业所公知的，可以在温室内使用附加风扇和/或导管以将调温空气均匀分配为在温室内均匀流动。吹风机的控制可以为依据简单恒温器打开/关闭，或者可以为按比例的(即，速度可变的)，或者HVAC吹风机控制所公知的技术中的任意技术。[0111]在一个实施方案中，温室可以为约33米宽乘约100米长，并且占据储热储备体的100米乘100米的表面面积的约1/3。剩余的2/3面积可以用作为暖调温空气的源的天空农场(但可以使用其他调温空气源)覆盖。天空农场入口接收来自储备体均衡端口的空气，利用太阳能加热使空气温度升高10摄氏度，并且将空气经由天空农场出口经由源端口吹到储备体中。源端口位于储备体消耗装置端口附近，或者如在其他地方所述，源和消耗装置两者均公用相同的端口。温室和天空农场一起拦截所有的降水，防止降水到达储备体。[0112]可以将温室调节到期望的白天温度和期望的夜晚温度。例如可以将温室调节到在白天期间为约24摄氏度并且在夜晚期间为约18摄氏度的温度。用于维持这些温度的热的量将取决于安装位置处的气候。此处所述的实施方案根据维度40度、七月期间34/14摄氏度并且一月期间4/-10摄氏度的平均最大/最小温度的美国犹他州Delta的凉爽干燥气候计算。表I给出基于每月对于该实施方案和气候的模拟结果，该模拟结果示出天空农场和协调操作的热储备体能够如贯穿冬季所要求的保持温室温暖。[0113]【权利要求】1.一种米矿系统，包括:矿石；废石，所述废石包括被移出以获取所述矿石的岩石；和储热储备体，所述储热储备体包括:所述废石的一部分，所述废石布置在至少第一层，所述第一层包括具有至少最小阈值尺寸的废石，使得所述层具有其中空气能够以低阻力流过的各岩石之间空间的空隙分数；以及包围所述废石的容器，与废石的所述层相比，所述容器较为不可渗透气流；和至少第一吹风机，用于使空气向所述储热储备体流通或从所述储热储备体流通，使得将调温空气的流可控地提供给所述储热储备体以将热能提供给所述储热储备体，和从所述储热储备体可控地提供空气的流以利用来自所述储热储备体的调温空气。2.根据权利要求1所述的采矿系统，其中，包括所述废石的一部分的所述储热储备体包括沉积到矿坑的一部分中的废石。3.根据权利要求1所述的采矿系统，其中所述容器的至少一个壁由包含可变尺寸废料的集合料形成，所述可变尺寸废料包括填充满足所述至少最小阈值尺寸的所述废石之间的空隙的小尺寸废石，由此使得至少一个壁相对于所述储备体不可渗透气流。4.根据权利要求1所述的采矿系统，其中所述容器中的至少一个壁包括岩床。5.根据权利要求1所述的采矿系统，其中所述废石布置在多于一层中，每层具有不同的最小尺寸阈值使得每层具有不同的气流特性。6.根据权利要求1所述的采矿系统，还包括形成为穿过所述容器壁的孔的至少一个端口，其中所述端口与所述至少第一吹风机气流连通。7.根据权利要求1所述的采矿系统，其中所述调温空气的流通过调温空气的至少第一源提供给所述储热储备体，所述调温空气的至少第一源包括用于加热或冷却空气的太阳能收集系统。8.根据权利要求7所述的采矿系统，其中所述太阳能收集系统包括温室或天空农场，所述温室或天空农场包括含有上膜和下膜的至少一个收集管，所述上膜和所述下膜形成暴露于天空辐射的管；所述至少一个收集管还包括响应于所述天空辐射以改变所述至少一个管内的空气温度的辐射构件。9.根据权利要求8所述的采矿系统，其中所述辐射构件为所述至少一个收集管的所述上膜或所述下膜。10.根据权利要求8所述的采矿系统，其中所述辐射构件设置在所述至少一个收集管内并且限定所述辐射构件自身与所述上膜之间的隔离空间。11.根据权利要求1所述的采矿系统，其中从所述储热储备体可控地提供所述空气的流以用于至少第一调温空气消耗装置对调温空气的利用。12.根据权利要求1所述的采矿系统，其中所述至少第一调温空气消耗装置包括使用调温空气用于气候控制的温室或社区设施。13.根据权利要求6所述的采矿系统，其中所述至少一个端口包括至少两个端口，所述至少两个端口由布置为穿过所述容器壁的废石形成。14.根据权利要求13所述的采矿系统，其中所述储热储备体具有其间具有竖直距离的至少两个端口并且矿与下端口连接，使得可以打开上端口以使温暖空气从中逸出并且通过所述下端口从所述矿提取空气，由此从所述矿清除空气。15.一种用于在采矿修复期间构造热储备体的方法，所述方法包括:将在采矿操作期间从矿坑移出的废料分选为大于第一最小尺寸阈值的粗岩石和小于所述最小尺寸阈值的细岩石；用所述粗岩石填充所述矿坑的一部分以实现期望的空隙率和对气流的可渗性以形成热储备体储存主体；通过沉积所述细岩石以形成较为不可渗的集合料来在所述热储备体储存主体的一个或更多个侧面周围构造容器壁；形成穿过容器壁的至少一个端口，穿过所述端口空气可以流到所述热储备体储存主体或从所述热储备体储存主体流出；将至少第一调温空气源连接到所述储热储备体以将调温空气的受控流提供给所述储热储备体；和将至少第一调温空气消耗装置连接到所述储热储备体以利用来自所述储热储备体的调温空气。16.根据权利要求15所述的方法，其中通过沉积所述细岩石以形成较为不可渗的集合料来构造包围所述热储备体储存主体的一个或更多个侧面的容器壁包括将所述细岩石与未分选原废料一起沉积。17.根据权利要求15所述的方法，还包括使用公式:Krc={Vc-Vr*[(1-Kvr)/(1-Kvc)]*[Kfr/(l-Kfr)]}/VC来计算用于构造所述储备体的所述废料的尺寸并进行分选来在构造期间使用废料以尽量减少多余的废料，其中Krc为所述容器壁中的原废料的分数，Vr为所述储备体的体积，Vc为所述容器壁的体积，Kvr为所述储备体的空隙分数，Kvc为所述容器壁的空隙分数，Kfr为通过分选原废料而产生的细岩石的质量分数。18.根据权利要求17所述的方法，其中Krc计算为小于约35%。19.根据权利要求15所述的方法，其中在利用所述粗岩石填充所述矿坑的一部分以实现期望的空隙分数和对气流的可渗透性从而形成热储备体储存主体，同时通过沉积所述细岩石以形成较为不可渗的集合料来在所述热储备体储存主体的一个或更多个侧面周围构造容器壁。20.根据权利要求15所述的方法，其中将在采矿操作期间从矿坑移出的废料分选为大于第一最小尺寸阈值的粗岩石和小于所述最小尺寸阈值的细岩石包括将在米矿操作期间从矿坑移出的废料分选为大于约0.1米的第一最小尺寸阈值的粗岩石。21.根据权利要求20所述的方法，其中将在采矿操作期间从矿坑移出的废料分选为大于第一最小尺寸阈值的粗岩石和小于所述最小尺寸阈值的细岩石包括将在米矿操作期间从矿坑移出的废料分选为大于约0.3米的第一最小尺寸阈值的粗岩石。22.根据权利要求15所述的方法，其中穿过其空气可以流到所述热储备体储存主体或从所述热储备体储存主体流出的穿过容器壁的至少一个端口的形成包括沉积粗粒至等于所述容器顶壁顶表面的高度，使得所述粗粒具有形成具有截顶三角形截面的端口主体的静止角，然后沉积所述细岩石和未分选的废料以在所述粗粒端口主体侧之上形成所述容器顶壁。23.根据权利要求15所述的方法，通过沉积所述细岩石以形成较为不可渗的集合料来在所述热储备体储存主体的一个或更多个侧面周围构造容器壁包括沉积所述细岩石的第一层然后在所述第一层之上放置不透气膜并且然后沉积所述细岩石的第二层以在所述不透气膜之上形成较为不可渗的集合料。【文档编号】F24J2/34GK104024762SQ201280064252【公开日】2014年9月3日申请日期:2012年11月21日优先权日:2011年11月22日【发明者】乔治·E·加尔法伊德申请人:乔治·E·加尔法伊德