用于将能源存储到深井下的系统及其构建方法与流程

文档序号:15578890发布日期:2018-09-29 06:18

本发明属于采矿及能源存储技术领域,具体涉及一种用于将能源存储到深井下的系统及其构建方法。



背景技术:

在金属矿产资源开采过程中,采空区具有空间规模巨大,地质环境复杂,安全隐患严重的特点。目前对金属矿山采空区的处理措施主要有:崩落围岩处理、充填处理、永久留设矿柱处理、封闭处理等方法。永久留设矿柱不利于资源高效开采,崩落围岩处理不利于对地表环境保护、封闭处理安全隐患大。充填是实现矿床安全清洁高效开采的有效技术方法,起到保护环境和提高矿石利用率的双重作用,但是将全部采空区空间进行充填,一方面充填空间大,成本较高,另一方面缺乏对规模巨大的地下采空区空间的有效利用。2017年2月,谢和平院士在“煤炭资源流态化开采与煤炭技术革命”研讨会上提出了废弃矿井转型升级与矿井地下空间综合利用的战略构想,得到行业专家的一致认可。

我国的能源储备远低于发达国家水平。许多石油进口大国,如美国、日本、欧盟等,均已完成为期150-200天的战略能源储备,而我国只有不足40天的石油储备量,而根据国际能源组织的建议,石油输入国应保有90天石油进口量的储备,按此计算2015年我国应保有5000万吨以上的石油储备量,至少需建设约7200万m3储备库。

目前,地下能源储备库主要有枯竭油气藏储气库、含水层储气库、盐穴储库和水封石油洞库等。地下水封石油洞库对地质环境要求高,对地下水资源保护不力,稳定性相对较差,容易发生事故。盐穴储库对地质条件要求高,我国的盐岩地层具有“矿层层数多、单层厚度薄、盐层品味分布不均”的特点,在这样的地质环境中建腔容易导致腔体畸形,导致建腔体报废等事故发生。因此致力于研究克服其技术难题的同时,探索新型的地下能源储库意义非凡,对推动能源地下储存有重要意义。

面对以上问题,在深部矿井大型空区群内构筑能源储库或核废料处置库,用以储备石油、天然气等战略能源和堆存放射性核废料等,以应对战争、强地震、恐怖事件、极端气候及油气极其紧张等致使能源供应中断带来的影响,将具有以下重大意义:①实现了由采空区治理到采空区利用的理念转变,开辟了矿井下采空区利用的新方向;②提出在矿山采空区利用充填构筑一种新型储库,丰富了我国储库结构类型,为能源储备库探索提供了新思路;③丰富了矿山充填新功能,探索了采矿、充填、储库领域协同开发的新方法。但是,现有技术中,还缺乏这样的用于将能源存储到深井下的系统,也还没有用于构建将能源存储到深井下的系统的方法。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种设计新颖合理,实现方便,能源存储的安全性高,能源储备库的结构稳定、强度高、密封性能好、防渗性能好,能够与矿床开采协同进行,能够实现矿井采空区的合理利用的用于将能源存储到深井下的系统。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种用于将能源存储到深井下的系统,其特征在于:包括设置在深井下的能源储备库和用于将待储备的能源输送到能源储备库中或从能源储备库中将储备的能源输出的能源输送系统;

所述能源储备库包括储备库底部构件和加固顶板,以及一层储备库中部构件或多层上下固定连接的储备库中部构件,位于最底层的储备库中部构件的底部与储备库底部构件的顶部固定连接,所述加固顶板固定连接在位于最顶层的储备库中部构件的顶部;所述储备库底部构件包括用于围成油气储备空间的储备库底部预制构件和设置在储备库底部预制构件外围的底部传统充填层,所述储备库底部预制构件包括底部加固充填层和设置在底部加固充填层内部的底部防渗充填层,所述底部防渗充填层、底部加固充填层和底部传统充填层的四周及底部通过底部连接锚杆固定连接;所述储备库中部构件包括用于围成油气储备空间的储备库中部预制构件和设置在储备库中部预制构件外围的中部传统充填层,所述储备库中部预制构件包括中部加固充填层和设置在中部加固充填层内部的中部防渗充填层,所述中部防渗充填层、中部加固充填层和中部传统充填层的四周及底部通过中部连接锚杆固定连接;所述加固顶板包括从下到上依次设置的顶部防渗材料层和顶部加固材料层;所述加固顶板上设置有穿过加固顶板进入能源储备库内的能源输送管道接口管,所述能源输送管道接口管上设置能源输送控制阀;

所述能源输送系统包括设置在地表层顶部的能源运输车和能源输送泵,以及第一电动三通阀和第二电动三通阀;所述能源输送泵的进口通过第一能源输送管道与第一电动三通阀的B端口连接,所述第一电动三通阀的A端口通过第二能源输送管道与能源运输车上的能源出口连接,所述能源输送泵的出口通过第三能源输送管道与第二电动三通阀的C端口连接,所述第二电动三通阀的A端口通过穿过矿井的天井和运输巷道的第四能源输送管道与能源输送管道接口管连接,所述第二电动三通阀的B端口通过第五能源输送管道与第一电动三通阀的C端口连接,所述第二能源输送管道与第三能源输送管道通过第六能源输送管道和设置在第六能源输送管道上的电动开关阀相连通。

上述的用于将能源存储到深井下的系统,其特征在于:还包括用于稳定能源储备库中压力的压力稳定系统和用于对能源储备过程进行控制的控制器,所述控制器设置在地表层顶部;所述加固顶板上设置有穿过加固顶板进入能源储备库内的压力平衡管接口管和取压管,所述压力平衡管接口管上设置有压力控制阀,所述取压管上连接有压力传感器,所述压力传感器通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与控制器的输入端连接,所述压力控制阀通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与控制器的输出端连接;

所述压力稳定系统包括压力平衡管和设置在地表层顶部的稳压装置,所述稳压装置包括压缩机组、平衡罐和高压储气罐,所述平衡罐的压力平衡接口与压力平衡管的一端连接,所述压力平衡管的另一端穿过矿井的天井和运输巷道与压力平衡管接口管连接,所述平衡罐的出气口通过第一气体输送管和连接在第一气体输送管上的第一电控调节阀与压缩机组的进气口连接,所述压缩机组的出气口通过第二气体输送管以及连接在第二气体输送管上的第一换热器和第二电控调节阀与高压储气罐的进气口连接,所述高压储气罐的出气口通过第三气体输送管以及连接在第三气体输送管上的第二换热器和第三电控调节阀与平衡罐的进气口连接;

所述第一电控调节阀、第二电控调节阀、第三电控调节阀、压缩机组、能源输送泵、第一电动三通阀、第二电动三通阀和电动开关阀均与控制器的输出端连接;所述能源输送控制阀通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与控制器的输出端连接。

上述的用于将能源存储到深井下的系统,其特征在于:所述加固顶板上设置有穿过加固顶板进入能源储备库内的取温度管,所述取温度管上连接有温度传感器,所述温度传感器通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与控制器的输入端连接。

上述的用于将能源存储到深井下的系统,其特征在于:所述控制器包括PLC模块和与PLC模块相接的触摸式液晶显示屏,所述PLC模块的输出端接有用于对压缩机组的通断电进行控制的第一继电器和用于对能源输送泵的通断电进行控制的第二继电器,所述压力传感器通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与PLC模块的输入端连接,所述温度传感器通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与PLC模块的输入端连接,所述压力控制阀和能源输送控制阀通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与PLC模块的输出端连接,所述第一电动三通阀、第二电动三通阀和电动开关阀均与PLC模块的输出端连接,所述压缩机组的供电回路中的接触器与第一继电器的输出端连接,所述能源输送泵的供电回路中的接触器与第二继电器的输电端连接。

上述的用于将能源存储到深井下的系统,其特征在于:所述顶部加固材料层中埋设有加强筋。

上述的用于将能源存储到深井下的系统,其特征在于:所述底部加固充填层和底部防渗充填层的底部一侧均向下凹陷形成位于储备库内底部的收集池,所述能源输送管道接口管伸入收集池内。

上述的用于将能源存储到深井下的系统,其特征在于:所述底部连接锚杆和中部连接锚杆的结构相同且均包括套管、螺纹连接在套管一端的内锚杆体和螺纹连接在套管另一端的外锚杆体,所述内锚杆体未与套管连接的一端设置有外螺纹且螺纹连接有螺母,所述螺母端部与内锚杆体之间设置有夹板,所述外锚杆体未与套管连接的一端端部带有锚头。

本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便、与矿床开采协同、不影响实际的矿井分层开采与充填、能够实现矿井采空区的合理利用、为能源储备库探索提供了新思路的用于将能源存储到深井下的系统的构建方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

步骤一、深井下能源储备库的构建,具体过程为:

步骤101、对矿井采空区进行充填前,采用储备库底部模具预制储备库底部预制构件,在储备库底部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件的凹形接口,并在储备库底部预制构件的四周及底部连接底部连接锚杆;

步骤102、采用传统充填材料从下到上充填矿井采空区,直至充填厚度达到底部传统充填层的底部厚度;

步骤103、待传统充填材料初步固结到可以自立的程度时,将储备库底部预制构件放置在油气储备库设计位置处,并将位于储备库底部预制构件底部的底部连接锚杆插入传统充填材料中;

步骤104、采用传统充填材料在储备库底部预制构件周围充填,直至充填高度达到了储备库底部预制构件的高度,形成底部传统充填层;

步骤105、待底部传统充填层与储备库底部预制构件固结形成储备库底部构件后,在储备库底部构件顶部盖上木质盖板,继续进行采矿作业;

步骤106、采用储备库中部模具预制储备库中部预制构件,在储备库中部预制构件的底部设置用于连接储备库底部预制构件或储备库中部预制构件的凸形接口,在储备库中部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件或加固顶板的凹形接口,并在储备库中部预制构件的四周及底部连接中部连接锚杆;

步骤107、对进行采矿作业新形成的矿井采空区进行充填时,首先,揭开盖在储备库底部构件顶部的木质盖板,在储备库底部预制构件顶部凹形接口内表面上涂抹胶凝材料,并在储备库中部预制构件的底部凸形接口外表面上涂抹胶凝材料,然后,将储备库中部预制构件的底部凸形接口与储备库底部预制构件顶部凹形接口对接,将储备库中部预制构件与储备库底部预制构件粘结为一体;

步骤108、首先,在储备库中部预制构件的底部凸形接口与储备库底部预制构件顶部凹形接口的重叠区域从内到外钻锚杆孔;然后,将接口连接锚杆穿入锚杆孔中,连接储备库中部预制构件的底部凸形接口部分与储备库底部预制构件顶部凹形接口部分;最后,喷射防渗材料修复钻锚杆孔时被破坏的中部防渗充填层;

步骤109、采用传统充填材料在储备库中部预制构件周围充填,直至充填高度达到了储备库中部预制构件的高度,形成中部传统充填层;

步骤1010、待中部传统充填层与储备库中部预制构件固结形成储备库中部构件后,在储备库中部构件顶部盖上木质盖板,继续进行采矿作业;

步骤1011、采用储备库中部模具预制储备库中部预制构件,在储备库中部预制构件的底部设置用于连接储备库底部预制构件或储备库中部预制构件的凸形接口,在储备库中部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件或加固顶板的凹形接口,并在储备库中部预制构件的四周及底部连接中部连接锚杆;

步骤1012、对进行采矿作业新形成的矿井采空区进行充填时,首先,揭开盖在储备库中部构件顶部的木质盖板,在揭开木质盖板后的储备库中部预制构件顶部凹形接口内表面上涂抹胶凝材料,并在新预制的储备库中部预制构件的底部凸形接口外表面上涂抹胶凝材料,然后,将新预制的储备库中部预制构件的底部凸形接口与揭开木质盖板后的储备库底部预制构件顶部凹形接口对接,将新预制的储备库中部预制构件与揭开木质盖板后的储备库中部预制构件粘结为一体;

步骤1013、首先,在新预制的储备库中部预制构件的底部凸形接口与揭开木质盖板后的储备库中部预制构件顶部凹形接口的重叠区域从内到外钻锚杆孔;然后,将接口连接锚杆穿入锚杆孔中,连接新预制的储备库中部预制构件的底部凸形接口部分与揭开木质盖板后的储备库底部预制构件顶部凹形接口部分;最后,喷射防渗材料修复钻锚杆孔时被破坏的中部防渗充填层;

步骤1014、采用传统充填材料在新预制的储备库中部预制构件周围充填,直至充填高度达到了新预制的储备库中部预制构件的高度,形成新的一层中部传统充填层;

步骤1015、待新的一层中部传统充填层与新预制的储备库中部预制构件固结形成新的一层储备库中部构件后,在新的一层储备库中部构件顶部盖上木质盖板,继续进行采矿作业;

步骤1016、重复步骤1011至步骤1015,直至所开采的矿床分层的顶部;

步骤1017、采用加固顶板模具预制加固顶板,并在预制加固顶板时在加固顶板上设置能源输送管道接口管预留孔、压力平衡管预留孔、取压管预留孔和取温度管预留孔;

步骤1018、首先,揭开盖在最顶层的储备库中部构件顶部的木质盖板,在最顶层的储备库中部预制构件顶部凹形接口内表面上涂抹胶凝材料;然后,将加固顶板放置于最顶层的储备库中部预制构件顶部凹形接口内,并采用胶凝材料将加固顶板与最顶层的储备库中部预制构件连接为一体;

步骤1019、在能源输送管道接口管预留孔内插入能源输送管道接口管;

步骤1020、在能源输送管道接口管与能源输出管道接口管预留孔的间隙内浇筑胶凝材料,将能源输送管道接口管与加固顶板连接为一体;

步骤1021、在能源输送管道接口管上连接能源输送控制阀;

步骤1022、首先,在压力平衡管预留孔内插入压力平衡管,并在压力平衡管上连接压力控制阀;然后在压力平衡管与压力平衡管预留孔的间隙内浇筑胶凝材料,将压力平衡管与加固顶板连接为一体;

步骤1023、首先,在取压管预留孔内插入取压管,并在取压管上连接压力传感器;在取温度管预留孔内插入取温度管,并在取温度管上连接温度传感器;然后,在取压管与取压管预留孔的间隙内浇筑胶凝材料,将取压管与加固顶板连接为一体;在取温度管与取温度管预留孔的间隙内浇筑胶凝材料,将取温度管与加固顶板连接为一体;

步骤二、连接能源储备库、能源输送系统、压力稳定系统和控制器,具体过程为:

步骤201、在地表层顶部靠近矿井的天井的位置处建设基础,将能源输送泵、稳压装置和控制器固定在基础上;

步骤202、将第一能源输送管道的一端与能源输送泵的进口连接,另一端与第一电动三通阀的B端口连接;将第二能源输送管道的一端与第一电动三通阀的A端口连接,另一端与能源运输车上的能源出口连接;将第三能源输送管道的一端与能源输送泵的出口连接,另一端与第二电动三通阀的C端口连接;将第四能源输送管道的一端与第二电动三通阀的A端口连接,另一端穿过矿井的天井和运输巷道与能源输送管道接口管连接;将第五能源输送管道的一端与第二电动三通阀的B端口连接,另一端与第一电动三通阀的C端口连接;将第六能源输送管道的一端通过三通接口与第二能源输送管道连接,将第六能源输送管道的另一端通过三通接口与第三能源输送管道连接,并将电动开关阀连接在第六能源输送管道上;将能源输送控制阀通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与控制器的输出端连接;

步骤203、将压力平衡管的一端与平衡罐的压力平衡接口连接,将压力平衡管的另一端穿过矿井的天井和运输巷道与压力平衡管接口管连接;

步骤204、将压力传感器通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与控制器的输入端连接,将温度传感器通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与控制器的输入端连接,将压力控制阀通过穿过矿井的运输巷道和天井的信号线与控制器的输出端连接;

步骤205、将第一电控调节阀、第二电控调节阀、第三电控调节阀、压缩机组、能源输送泵、第一电动三通阀、第二电动三通阀和电动开关阀分别与控制器的输出端连接。

上述的方法,其特征在于:所述底部连接锚杆和中部连接锚杆的结构相同且均包括套管、螺纹连接在套管一端的内锚杆体和螺纹连接在套管另一端的外锚杆体,所述内锚杆体未与套管连接的一端设置有外螺纹且螺纹连接有螺母,所述螺母端部与内锚杆体之间设置有夹板,所述外锚杆体未与套管连接的一端端部带有锚头;

步骤101中所述储备库底部模具包括由多块弧形板拼接构成的底部环形外模和套装在底部环形外模内部的底部环形内模,所述底部环形内模包括由多块顶部设置有向外凸出的凸台的弧形板拼接构成的底部环形内模框架,以及设置在底部环形内模框架底部的底部底板和收集池底板,所述收集池底板的设置位置低于底部底板的设置位置,所述收集池底板通过连接板与底部底板连接,所述底部环形外模上设置有多个外模锚杆孔,所述底部环形内模框架上设置有多个分别与多个外模锚杆孔的位置相配合的内模锚杆孔,所述底部底板和收集池底板上均设置有多个内模锚杆孔;

步骤101中所述采用储备库底部模具预制储备库底部预制构件,在储备库底部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件的凹形接口,并在储备库底部预制构件的四周及底部连接底部连接锚杆的具体过程为:

步骤10101、在地面上铺上隔膜后,将储备库底部模具拼装好并直立放置在隔膜上;

步骤10102、首先,将底部连接锚杆中套管穿过底部环形外模上的外锚杆孔和底部环形内模框架上的内锚杆孔,且使套管用于连接内锚杆体的一端端面与底部环形内模的内壁面平齐,使套管用于连接外锚杆体的一端端面与底部环形外模的外壁面平齐;然后,将底部连接锚杆中套管穿过底部底板和收集池底板上的内锚杆孔,且使套管用于连接内锚杆体的一端端面与底部底板和收集池底板的内壁面平齐,使套管用于连接外锚杆体的一端端面落至铺在地面上的隔膜上;

步骤10103、在底部环形外模和底部环形内模之间的间隙内浇筑加固材料,直至浇筑高度达到了储备库底部模具的高度;

步骤10104、待加固材料凝固后,拆除储备库底部模具;

步骤10105、将内锚杆体的一端螺纹旋入套管中,直至内锚杆体另一端的长度正好够连接夹板和螺母,将夹板套在内锚杆体上,连接螺母并锁紧;

步骤10106、在加固材料的内部喷射防渗材料,使防渗材料上端至储备库底部预制构件的凹形接口的底部,并使防渗材料完全覆盖螺母,形成底部防渗充填层,并对底部防渗充填层进行磨平和修补处理,确保表面平整且无裂痕;

步骤10107、待防渗材料凝固后,将外锚杆体未带有锚头的一端旋入套管,形成了储库预制底部预制构件;

步骤106和步骤1011中所述储备库中部模具包括由多块底部设置有向内凸出的凸台的弧形板拼接构成的中部环形外模和套装在中部环形外模内部的中部环形内模,所述中部环形内模由多块顶部设置有向外凸出的凸台的弧形板拼接构成,所述中部环形外模上设置有多个外模锚杆孔,所述中部环形内模上设置有多个分别与多个外模锚杆孔的位置相配合的内模锚杆孔;

步骤106和步骤1011中所述采用储备库中部模具预制储备库中部预制构件,在储备库中部预制构件的底部设置用于连接储备库底部预制构件或储备库中部预制构件的凸形接口,在储备库中部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件或加固顶板的凹形接口,并在储备库中部预制构件的四周及底部连接中部连接锚杆的具体过程为:

步骤A、在地面上铺上隔膜后,将储备库中部模具拼装好并直立放置在隔膜上;

步骤B、将中部连接锚杆中套管穿过中部环形外模上的外锚杆孔和中部环形内模上的内锚杆孔,且使套管用于连接内锚杆体的一端端面与中部环形内模的内壁面平齐,使套管用于连接外锚杆体的一端端面与中部环形外模的外壁面平齐;

步骤C、在中部环形外模和中部环形内模之间的间隙内浇筑加固材料,直至浇筑高度达到了储备库中部模具的高度;

步骤D、待加固材料凝固后,拆除储备库中部模具;

步骤E、将内锚杆体的一端螺纹旋入套管中,直至内锚杆体另一端的长度正好够连接夹板和螺母,将夹板套在内锚杆体上,连接螺母并锁紧;

步骤F、在加固材料的内部喷射防渗材料,使防渗材料上端至储备库中部预制构件的凹形接口的底部,并使防渗材料完全覆盖螺母,形成中部防渗充填层,并对中部防渗充填层进行磨平和修补处理,确保表面平整且无裂痕;

步骤G、待防渗材料凝固后,将外锚杆体未带有锚头的一端旋入套管,形成了储库预制中部预制构件。

上述的方法,其特征在于:步骤1017中所述加固顶板模具由多块底部设置有向内凸出的凸台的弧形板拼接构成,所述加固顶板模具底部向内凸出的一段为用于顶部防渗材料层成型的模具,所述加固顶板模具顶部未向内凸出的一段为用于顶部加固材料层成型的模具;

步骤1017中采用加固顶板模具预制加固顶板,并在预制加固顶板时在加固顶板上设置能源输送管道接口管预留孔、压力平衡管接口管预留孔、取压管预留孔和取温度管预留孔的具体过程为:

步骤101701、在地面上铺上隔膜后,将加固顶板模具拼装好并直立放置在隔膜上;

步骤101702、往加固顶板模具内浇筑防渗材料,并在浇筑防渗材料的过程中,插入外部包裹有隔膜的能源输送管道接口管预留孔成型管、外部包裹有隔膜的压力平衡管接口管预留孔成型管、外部包裹有隔膜的取压管预留孔成型管和外部包裹有隔膜的取温度管预留孔成型管,浇筑防渗材料直至防渗材料的上表面到达加固顶板模具底部向内凸出的一段顶面相平齐;

步骤101703、待防渗材料初步凝固后,往加固顶板模具内浇筑加固材料,并在浇筑加固材料的过程中,加入加强筋,浇筑加固材料直至加固材料的上表面到达加固顶板模具顶部;

步骤101704、待加固材料凝固后,取出外部包裹有隔膜的能源输送管道接口管预留孔成型管、外部包裹有隔膜的压力平衡管接口管预留孔成型管、外部包裹有隔膜的取压管预留孔成型管和外部包裹有隔膜的取温度管预留孔成型管,形成能源输送管道接口管预留孔、压力平衡管接口管预留孔、取压管预留孔和取温度管预留孔;

步骤101705、拆除加固顶板模具。

本发明与现有技术相比具有以下优点:

1、本发明的用于将能源存储到深井下的系统,创新性地提出了在深井下设置能源储备库,通过能源输送系统的设计,借助矿井已有工程,能够将待储备的能源输送到设置在深井下的能源储备库中或从能源储备库中将储备的能源输出,给出了一种在深部矿井下采空区实现能源储备的方案。

2、本发明的用于将能源存储到深井下的系统,通过压力稳定系统的设计,配合控制器的控制,能够对能源储备库内的压力进行实时控制,能够实现能源储备库中压力的稳定,实现库体内部压力实时平衡外部低压,提高了能源存储的安全性。

3、本发明的用于将能源存储到深井下的系统,其中的能源储备库采用储备库底部构件、储备库中部构件、加固顶板的层状组合式结构,结构设计新颖合理,实现方便。

4、本发明的用于将能源存储到深井下的系统,其中的能源储备库中,储备库底部构件和储备库中部构件的设计均采用防渗充填层、加固充填层和防渗充填层相配合的三层结构,储备库底部构件、储备库中部构件、加固顶板的连接采用凹凸接口相配合,再采用胶凝材料粘合的方式,使得能源储备库的结构稳定,强度高,密封性能好,防渗性能好。

5、本发明的用于将能源存储到深井下的系统,通过设置取温度管,连接温度传感器,能够对能源储备库内的温度进行实时检测,功能完备,安全性高。

6、本发明的用于将能源存储到深井下的系统,能源输送系统的能源输入和输出采用共用一辆能源运输车、一个能源输送泵和一根伸到矿井井下的能源输送管道(第四能源输送管道)的方式,再配合控制器对第一电动三通阀、第二电动三通阀和电动开关阀的控制,能够有效实现将待储备的能源输送到能源储备库中或从能源储备库中将储备的能源输出的功能,结构更加简单,实现更加方便。

7、本发明的用于将能源存储到深井下的系统的构建方法,考虑了矿井分层开采与充填的实际工况,采用分层构建储备库底部构件、储备库中部构件和加固顶板,进而形成能源储备库的方式,最后再连接能源储备库、能源输送系统、压力稳定系统和控制器,实现与矿床开采协同进行,施工设计新颖合理,方法步骤简单,容易实现。

8、本发明分层构建能源储备库的过程中,不影响实际的矿井分层开采与充填,通过加固顶板的特殊处理,还能防止顶板的冒落,进一步提高了能源储备库的安全性。

9、将本发明应用于深部矿井开采中,能够实现矿井采空区的合理利用,且丰富了我国储库的结构类型,为能源储备库探索提供了新思路,安全,经济。

10、本发明的实用性强,推广应用价值高,能够为国家发展绿色矿业、建设绿色矿山的战略发展贡献力量。

综上所述,本发明的设计新颖合理,实现方便,能源储备库的结构稳定,强度高,密封性能好,防渗性能好;能源存储的安全性高,能够实现矿井采空区的合理利用,为能源储备库探索提供了新思路,推广应用价值高。

下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明用于将能源存储到深井下的系统的结构示意图。

图2为本发明能源输送系统的连接关系示意图。

图3为本发明第一电动三通阀和第二电动三通阀的A端口、B端口和C端口的布设位置示意图。

图4为本发明能源储备库的结构示意图。

图5为本发明储备库主体底部构件顶部盖上木质盖板后的结构示意图。

图6为本发明储备库主体底部预制构件上连接底部连接锚杆后的结构示意图。

图7为本发明储备库主体中部构件的结构示意图。

图8为本发明储备库主体中部预制构件上连接中部连接锚杆后的结构示意图。

图9为本发明加固顶板的结构示意图。

图10为本发明底部连接锚杆、中部连接锚杆和接口连接锚杆的结构示意图。

图11为本发明储备库主体底部模具的主视图。

图12为图11的俯视图。

图13为本发明储备库主体中部模具的主视图。

图14为图13的俯视图。

图15为本发明加固顶板模具的主视图。

图16为图15的俯视图。

图17为本发明稳压装置的结构示意图。

图18为本发明控制器与其他各单元的连接关系示意图。

附图标记说明:

1—储备库底部构件; 1-1—底部传统充填层;

1-2—底部加固充填层; 1-3—底部防渗充填层; 1-4—收集池;

2—储备库中部构件; 2-1—中部传统充填层;

2-2—中部加固充填层; 2-3—中部防渗充填层; 3—加固顶板;

3-1—顶部防渗材料层; 3-2—顶部加固材料层; 3-3—加强筋;

4—第一电动三通阀; 5—能源输送管道接口管; 6—第二电动三通阀;

7—能源输送控制阀; 8—压力平衡管接口管; 9—压力控制阀;

10—取压管; 11—取温度管; 12—压力传感器;

13—温度传感器; 14—底部连接锚杆; 14-1—套管;

14-2—内锚杆体; 14-3—外锚杆体; 14-4—;螺母

14-5—夹板; 14-6—锚头; 15—中部连接锚杆;

16—木质盖板; 17—电动开关阀;

18—能源输出管道接口管预留孔; 19—压力平衡管接口管预留孔;

20—取压管预留孔; 21—取温度管预留孔;

22—接口连接锚杆;23-1—底部环形外模; 23-2—底部环形内模框架;

23-3—底部底板;23-4—收集池底板;23-5—连接板;

24-1—中部环形外模; 24-2—中部环形内模; 25—加固顶板模具;

26—能源储备库;27—能源运输车; 28—第一能源输送管道;

29—能源输送泵; 30—地表层;31—天井;

32—运输巷道; 33—第二能源输送管道;34—第三能源输送管道;

35—第四能源输送管道; 36—控制器; 36-1—PLC模块;

36-2—触摸式液晶显示屏; 36-3—第一继电器; 36-4—第二继电器;

37—压力平衡管; 38—稳压装置; 38-1—压缩机组;

38-2—平衡罐; 38-3—高压储气罐;

38-4—第一气体输送管; 38-5—第一电控调节阀;

38-6—第二气体输送管; 38-7—第一换热器;

38-8—第二电控调节阀; 38-9—第三气体输送管;

38-10—第二换热器; 38-11—第三电控调节阀; 38-12—节流阀;

39—矿床; 40—土壤层; 41—第五能源输送管道;

42—第六能源输送管道。

具体实施方式

如图1所示,本发明的用于将能源存储到深井下的系统,包括设置在深井下的能源储备库26和用于将待储备的能源输送到能源储备库26中或从能源储备库26中将储备的能源输出的能源输送系统;

如图4所示,所述能源储备库26包括储备库底部构件1和加固顶板3,以及一层储备库中部构件2或多层上下固定连接的储备库中部构件2,位于最底层的储备库中部构件2的底部与储备库底部构件1的顶部固定连接,所述加固顶板3固定连接在位于最顶层的储备库中部构件2的顶部;结合图5和图6,所述储备库底部构件1包括用于围成油气储备空间的储备库底部预制构件和设置在储备库底部预制构件外围的底部传统充填层1-1,所述储备库底部预制构件包括底部加固充填层1-2和设置在底部加固充填层1-2内部的底部防渗充填层1-3,所述底部防渗充填层1-3、底部加固充填层1-2和底部传统充填层1-1的四周及底部通过底部连接锚杆14固定连接;结合图7和图8,所述储备库中部构件2包括用于围成油气储备空间的储备库中部预制构件和设置在储备库中部预制构件外围的中部传统充填层2-1,所述储备库中部预制构件包括中部加固充填层2-2和设置在中部加固充填层2-2内部的中部防渗充填层2-3,所述中部防渗充填层2-3、中部加固充填层2-2和中部传统充填层2-1的四周及底部通过中部连接锚杆15固定连接;结合图9,所述加固顶板3包括从下到上依次设置的顶部防渗材料层3-1和顶部加固材料层3-2;所述加固顶板3上设置有穿过加固顶板3进入能源储备库26内的能源输送管道接口管5,所述能源输送管道接口管5上设置能源输送控制阀7;

具体实施时,所述加固顶板3上设置有检修口,人可以通过检修口进入能源储备库26内部进行检修,检修口上盖有具有耐压和密封功能的检修口盖板;

如图1、图2和图3所示,所述能源输送系统包括设置在地表层30顶部的能源运输车27和能源输送泵29,以及第一电动三通阀4和第二电动三通阀6;所述能源输送泵29的进口通过第一能源输送管道28与第一电动三通阀4的B端口连接,所述第一电动三通阀4的A端口通过第二能源输送管道33与能源运输车27上的能源出口连接,所述能源输送泵29的出口通过第三能源输送管道34与第二电动三通阀6的C端口连接,所述第二电动三通阀6的A端口通过穿过矿井的天井31和运输巷道32的第四能源输送管道35与能源输送管道接口管5连接,所述第二电动三通阀6的B端口通过第五能源输送管道41与第一电动三通阀4的C端口连接,所述第二能源输送管道33与第三能源输送管道34通过第六能源输送管道42和设置在第六能源输送管道42上的电动开关阀17相连通。

当需要将待储备的能源输送到能源储备库26中时,控制器36控制能源输送泵29启动,控制第一电动三通阀4的A端口和B端口连通,电动开关阀51关闭,第二电动三通阀6的C端口和A端口连通,能源输送控制阀7打开;能源运输车27内的能源依次经过第二能源输送管道33、第一电动三通阀4和第一能源输送管道28进入能源输送泵29的进口,经过能源输送泵29加压后再依次经过第三能源输送管道34、第二电动三通阀6、第四能源输送管道35和能源输送管道接口管5进入能源储库26内;

当需要从能源储备库26中将储备的能源输出时,控制器36控制能源输送泵29启动,控制第一电动三通阀4的C端口和B端口连通,电动开关阀51开启,第二电动三通阀6的A端口和B端口连通,能源输送控制阀7打开;能源储库26内的能源依次经过能源输送管道接口管5、第四能源输送管道35、第二电动三通阀6、第五能源输送管道41、第一电动三通阀4和第一能源输送管道28进入能源输送泵29的进口,经过能源输送泵29加压后再依次经过第六能源输送管道42和第二能源输送管道33进入能源运输车27内。

在实际工况中,地表层30的下面是土壤层40,土壤层40的下面是矿床39。

本实施例中,如图1所示,本发明的用于将能源存储到深井下的系统,还包括用于稳定能源储备库26中压力的压力稳定系统和用于对能源储备过程进行控制的控制器36,所述控制器36设置在地表层30顶部;结合图4和图18,所述加固顶板3上设置有穿过加固顶板3进入能源储备库26内的压力平衡管接口管8和取压管10,所述压力平衡管接口管8上设置有压力控制阀9,所述取压管10上连接有压力传感器12,所述压力传感器12通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与控制器36的输入端连接,所述压力控制阀9通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与控制器36的输出端连接;

如图1所示,所述压力稳定系统包括压力平衡管37和设置在地表层30顶部的稳压装置38,结合图17,所述稳压装置38包括压缩机组38-1、平衡罐38-2和高压储气罐38-3,所述平衡罐38-2的压力平衡接口与压力平衡管37的一端连接,所述压力平衡管37的另一端穿过矿井的天井31和运输巷道32与压力平衡管接口管8连接,所述平衡罐38-2的出气口通过第一气体输送管38-4和连接在第一气体输送管38-4上的第一电控调节阀38-5与压缩机组38-1的进气口连接,所述压缩机组38-1的出气口通过第二气体输送管38-6以及连接在第二气体输送管38-6上的第一换热器38-7和第二电控调节阀38-8与高压储气罐38-3的进气口连接,所述高压储气罐38-3的出气口通过第三气体输送管38-9以及连接在第三气体输送管38-9上的第二换热器38-10和第三电控调节阀38-11与平衡罐38-2的进气口连接;

结合图18,所述第一电控调节阀38-5、第二电控调节阀38-8、第三电控调节阀38-11、压缩机组38-1、能源输送泵29、第一电动三通阀4、第二电动三通阀6和电动开关阀17均与控制器36的输出端连接;所述能源输送控制阀7通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与控制器36的输出端连接。

具体实施时,所述压力稳定系统对能源储备库的内部压力进行平衡控制的具体过程为:首先,控制器36控制压力控制阀9打开,压力传感器12对能源储备库26内的压力进行实时检测并将检测到的信号输出给控制器36;然后,控制器36将其接收到的能源储备库26内的检测压力与预先设定的压力阈值范围上限和下限相比对,当能源储备库26内的检测压力高于压力阈值范围上限时,控制器36控制第一电控调节阀38-5和第二电控调节阀38-8逐步打开,第三电控调节阀38-11关闭,压缩机组38-1启动,压缩机组38-1将压力平衡管37内的气体抽出并压缩成高压气体,经过第一换热器38-7降温后,进入高压储气罐38-3存储起来,降低压力平衡管37内的压力,进而将能源储备库26内的压力降低至预先设定的压力阈值范围内;当能源储备库26内的检测压力低于压力阈值范围上限时,控制器36控制第一电控调节阀38-5和第二电控调节阀38-8关闭,第三电控调节阀38-11逐步打开,节流阀38-12开启,高压储气罐38-3内的气体经过节流降压后,由第二换热器38-10加热升温后,进入平衡罐38-2,提高压力平衡管37内的压力,进而将能源储备库26内的压力提高至预先设定的压力阈值范围内;当能源储备库26内的检测压力在压力阈值范围内时,控制器36控制第一电控调节阀38-5、第二电控调节阀38-8、第三电控调节阀38-11和节流阀38-12均关闭,压缩机组38-1关闭。

本实施例中,如图4和图18所示,所述加固顶板3上设置有穿过加固顶板3进入能源储备库26内的取温度管11,所述取温度管11上连接有温度传感器13,所述温度传感器13通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与控制器36的输入端连接。

本实施例中,如图18所示,所述控制器36包括PLC模块36-1和与PLC模块36-1相接的触摸式液晶显示屏36-2,所述PLC模块36-1的输出端接有用于对压缩机组38-1的通断电进行控制的第一继电器36-3和用于对能源输送泵29的通断电进行控制的第二继电器36-4,所述压力传感器12通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与PLC模块36-1的输入端连接,所述温度传感器13通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与PLC模块36-1的输入端连接,所述压力控制阀9和能源输送控制阀7通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与PLC模块36-1的输出端连接,所述第一电动三通阀4、第二电动三通阀6和电动开关阀17均与PLC模块36-1的输出端连接,所述压缩机组38-1的供电回路中的接触器与第一继电器36-3的输出端连接,所述能源输送泵29的供电回路中的接触器与第二继电器36-4的输电端连接。

本实施例中,如9所示,所述顶部加固材料层3-2中埋设有加强筋3-3。具体实施时,所述加强筋3-3为钢材料加强筋,通过设置加强筋3-3,能够增强加固顶板3的强度,能够防止加固顶板3的冒落,保证能源储备库的安全性。

本实施例中,如图5和图6所示,所述底部加固充填层1-2和底部防渗充填层1-3的底部一侧均向下凹陷形成位于储备库内底部的收集池1-4,所述能源输送管道接口管5伸入收集池1-4内。

本实施例中,如10所示,所述底部连接锚杆14和中部连接锚杆15的结构相同且均包括套管14-1、螺纹连接在套管14-1一端的内锚杆体14-2和螺纹连接在套管14-1另一端的外锚杆体14-3,所述内锚杆体14-2未与套管14-1连接的一端设置有外螺纹且螺纹连接有螺母14-4,所述螺母14-4端部与内锚杆体14-2之间设置有夹板14-5,所述外锚杆体14-3未与套管14-1连接的一端端部带有锚头14-6。

本发明的深井能源储备库系统的构建方法,包括以下步骤:

步骤一、深井下能源储备库26的构建,具体过程为:

步骤101、对矿井采空区进行充填前,采用储备库底部模具预制储备库底部预制构件,在储备库底部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件的凹形接口,并在储备库底部预制构件的四周及底部连接底部连接锚杆14;

本实施例中,如图10所示,所述底部连接锚杆14包括套管14-1、螺纹连接在套管14-1一端的内锚杆体14-2和螺纹连接在套管14-1另一端的外锚杆体14-3,所述内锚杆体14-2未与套管14-1连接的一端设置有外螺纹且螺纹连接有螺母14-4,所述螺母14-4端部与内锚杆体14-2之间设置有夹板14-5,所述外锚杆体14-3未与套管14-1连接的一端端部带有锚头14-6;

本实施例中,如图11和图12所示,步骤101中所述储备库底部模具包括由多块弧形板拼接构成的底部环形外模23-1和套装在底部环形外模23-1内部的底部环形内模,所述底部环形内模包括由多块顶部设置有向外凸出的凸台的弧形板拼接构成的底部环形内模框架23-2,以及设置在底部环形内模框架23-2底部的底部底板23-3和收集池底板23-4,所述收集池底板23-4的设置位置低于底部底板23-3的设置位置,所述收集池底板23-4通过连接板23-5与底部底板23-3连接,所述底部环形外模23-1上设置有多个外模锚杆孔,所述底部环形内模框架23-2上设置有多个分别与多个外模锚杆孔的位置相配合的内模锚杆孔,所述底部底板23-3和收集池底板23-4上均设置有多个内模锚杆孔;所述底部环形外模23-1和底部环形内模框架23-2均采用拼装形式,方便拆模;

步骤101中所述采用储备库底部模具预制储备库底部预制构件,在储备库底部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件的凹形接口,并在储备库底部预制构件的四周及底部连接底部连接锚杆14的具体过程为:

步骤10101、在地面上铺上隔膜后,将储备库底部模具拼装好并直立放置在隔膜上;

步骤10102、首先,将底部连接锚杆14中套管14-1穿过底部环形外模23-1上的外锚杆孔和底部环形内模框架23-2上的内锚杆孔,且使套管14-1用于连接内锚杆体14-2的一端端面与底部环形内模23-2的内壁面平齐,使套管14-1用于连接外锚杆体14-3的一端端面与底部环形外模23-1的外壁面平齐;然后,将底部连接锚杆14中套管14-1穿过底部底板23-3和收集池底板23-4上的内锚杆孔,且使套管14-1用于连接内锚杆体14-2的一端端面与底部底板23-3和收集池底板23-4的内壁面平齐,使套管14-1用于连接外锚杆体14-3的一端端面落至铺在地面上的隔膜上;

步骤10103、在底部环形外模23-1和底部环形内模之间的间隙内浇筑加固材料,直至浇筑高度达到了储备库底部模具的高度;

具体实施时,所述加固材料为矿用加固充填材料。

步骤10104、待加固材料凝固后,拆除储备库底部模具;

步骤10105、将内锚杆体14-2的一端螺纹旋入套管14-1中,直至内锚杆体14-2另一端的长度正好够连接夹板14-5和螺母14-4,将夹板14-5套在内锚杆体14-2上,连接螺母14-4并锁紧;

步骤10106、在加固材料的内部喷射防渗材料,使防渗材料上端至储备库底部预制构件的凹形接口的底部,并使防渗材料完全覆盖螺母14-4,形成底部防渗充填层1-3,并对底部防渗充填层1-3进行磨平和修补处理,确保表面平整且无裂痕;

具体实施时,所述防渗材料为黏土、亚黏土、膨润土等。

步骤10107、待防渗材料凝固后,将外锚杆体14-3未带有锚头14-6的一端旋入套管14-1,形成了储库预制底部预制构件;

如图6所示,储备库主体底部预制构件的凹形接口内径为Dj,底部防渗充填层1-3内壁直径为Di,f;

步骤102、采用传统充填材料从下到上充填矿井采空区,直至充填厚度达到底部传统充填层1-1的底部厚度;如图5中的h1;

具体实施时,所述传统充填材料为根据矿山实际条件选用的废石、尾砂、河砂、海砂、棒磨砂、细石等自然或人工砂石,以及粉煤灰、尾砂、炉渣等工业废料。

步骤103、待传统充填材料初步固结到可以自立的程度时,将储备库底部预制构件放置在油气储备库设计位置处,并将位于储备库底部预制构件底部的底部连接锚杆14插入传统充填材料中;

步骤104、采用传统充填材料在储备库底部预制构件周围充填,直至充填高度达到了储备库底部预制构件的高度,形成底部传统充填层1-1;

步骤105、待底部传统充填层1-1与储备库底部预制构件固结形成储备库底部构件1后,在储备库底部构件1顶部盖上木质盖板16,继续进行采矿作业;在储备库主体底部构件1顶部盖上木质盖板16,能够防止矿石掉落进储备库主体底部构件1形成的能源储备库空间中,如图5所示;

步骤106、采用储备库中部模具预制储备库中部预制构件,在储备库中部预制构件的底部设置用于连接储备库底部预制构件或储备库中部预制构件的凸形接口,在储备库中部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件或加固顶板3的凹形接口,并在储备库中部预制构件的四周及底部连接中部连接锚杆15;

本实施例中,如图10所示,所述中部连接锚杆15包括套管14-1、螺纹连接在套管14-1一端的内锚杆体14-2和螺纹连接在套管14-1另一端的外锚杆体14-3,所述内锚杆体14-2未与套管14-1连接的一端设置有外螺纹且螺纹连接有螺母14-4,所述螺母14-4端部与内锚杆体14-2之间设置有夹板14-5,所述外锚杆体14-3未与套管14-1连接的一端端部带有锚头14-6;

如图13和图14所示,步骤106中所述储备库中部模具包括由多块底部设置有向内凸出的凸台的弧形板拼接构成的中部环形外模24-1和套装在中部环形外模24-1内部的中部环形内模24-2,所述中部环形内模24-2由多块顶部设置有向外凸出的凸台的弧形板拼接构成,所述中部环形外模24-1上设置有多个外模锚杆孔,所述中部环形内模24-2上设置有多个分别与多个外模锚杆孔的位置相配合的内模锚杆孔;所述中部环形外模24-1和中部环形内模24-2均采用拼装形式,方便拆模;

步骤106中所述采用储备库中部模具预制储备库中部预制构件,在储备库中部预制构件的底部设置用于连接储备库底部预制构件或储备库中部预制构件的凸形接口,在储备库中部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件或加固顶板3的凹形接口,并在储备库中部预制构件的四周及底部连接中部连接锚杆15的具体过程为:

步骤A、在地面上铺上隔膜后,将储备库中部模具拼装好并直立放置在隔膜上;

步骤B、将中部连接锚杆15中套管14-1穿过中部环形外模24-1上的外锚杆孔和中部环形内模24-2上的内锚杆孔,且使套管14-1用于连接内锚杆体14-2的一端端面与中部环形内模24-2的内壁面平齐,使套管14-1用于连接外锚杆体14-3的一端端面与中部环形外模24-1的外壁面平齐;

步骤C、在中部环形外模24-1和中部环形内模24-2之间的间隙内浇筑加固材料,直至浇筑高度达到了储备库中部模具的高度;

具体实施时,所述加固材料为矿用加固充填材料。

步骤D、待加固材料凝固后,拆除储备库中部模具;

步骤E、将内锚杆体14-2的一端螺纹旋入套管14-1中,直至内锚杆体14-2另一端的长度正好够连接夹板14-5和螺母14-4,将夹板14-5套在内锚杆体14-2上,连接螺母14-4并锁紧;

步骤F、在加固材料的内部喷射防渗材料,使防渗材料上端至储备库中部预制构件的凹形接口的底部,并使防渗材料完全覆盖螺母14-4,形成中部防渗充填层2-3,并对中部防渗充填层2-3进行磨平和修补处理,确保表面平整且无裂痕;

具体实施时,所述防渗材料为黏土、亚黏土、膨润土等。

步骤G、待防渗材料凝固后,将外锚杆体14-3未带有锚头14-6的一端旋入套管14-1,形成了储库预制中部预制构件。

如图7和图8所示,储库预制中部预制构件的凸形接口的外径为Dj,储库预制中部预制构件的凹形接口的内径为Dj,中部防渗充填层2-3内壁直径为Di,f;

步骤107、对进行采矿作业新形成的矿井采空区进行充填时,首先,揭开盖在储备库底部构件1顶部的木质盖板16,在储备库底部预制构件顶部凹形接口内表面上涂抹胶凝材料,并在储备库中部预制构件的底部凸形接口外表面上涂抹胶凝材料,然后,将储备库中部预制构件的底部凸形接口与储备库底部预制构件顶部凹形接口对接,将储备库中部预制构件与储备库底部预制构件粘结为一体;

步骤108、首先,在储备库中部预制构件的底部凸形接口与储备库底部预制构件顶部凹形接口的重叠区域从内到外钻锚杆孔;然后,将接口连接锚杆22穿入锚杆孔中,连接储备库中部预制构件的底部凸形接口部分与储备库底部预制构件顶部凹形接口部分;最后,喷射防渗材料修复钻锚杆孔时被破坏的中部防渗充填层2-3;

具体实施时,如图10所示,所述接口连接锚杆22的结构与底部连接锚杆14和中部连接锚杆15的结构相同且均包括套管14-1、螺纹连接在套管14-1一端的内锚杆体14-2和螺纹连接在套管14-1另一端的外锚杆体14-3,所述内锚杆体14-2未与套管14-1连接的一端设置有外螺纹且螺纹连接有螺母14-4,所述螺母14-4端部与内锚杆体14-2之间设置有夹板14-5,所述外锚杆体14-3未与套管14-1连接的一端端部带有锚头14-6。具体而言,将接口连接锚杆22穿入锚杆孔中时,是将内锚杆体14-2和外锚杆体14-3用套管14-1连接后,将外锚杆体14-3带有锚头14-6的一端首先穿入锚杆孔中,使内锚杆体14-2露出锚杆孔的部分长度正好够连接夹板14-5和螺母14-4,连接好夹板14-5和螺母14-4后,喷射防渗材料修复钻锚杆孔时被破坏的中部防渗充填层2-3。

步骤109、采用传统充填材料在储备库中部预制构件周围充填,直至充填高度达到了储备库中部预制构件的高度,形成中部传统充填层2-1;

步骤1010、待中部传统充填层2-1与储备库中部预制构件固结形成储备库中部构件2后,在储备库中部构件2顶部盖上木质盖板16,继续进行采矿作业;在储备库主体中部构件2顶部盖上木质盖板16,能够防止矿石掉落进储备库主体中部构件2形成的能源储备库空间中;

步骤1011、采用储备库中部模具预制储备库中部预制构件,在储备库中部预制构件的底部设置用于连接储备库底部预制构件或储备库中部预制构件的凸形接口,在储备库中部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件或加固顶板3的凹形接口,并在储备库中部预制构件的四周及底部连接中部连接锚杆15;

本实施例中,如图13和图14所示,步骤1011中所述储备库中部模具包括由多块底部设置有向内凸出的凸台的弧形板拼接构成的中部环形外模24-1和套装在中部环形外模24-1内部的中部环形内模24-2,所述中部环形内模24-2由多块顶部设置有向外凸出的凸台的弧形板拼接构成,所述中部环形外模24-1上设置有多个外模锚杆孔,所述中部环形内模24-2上设置有多个分别与多个外模锚杆孔的位置相配合的内模锚杆孔;所述中部环形外模24-1和中部环形内模24-2均采用拼装形式,方便拆模;

步骤1011中所述采用储备库中部模具预制储备库中部预制构件,在储备库中部预制构件的底部设置用于连接储备库底部预制构件或储备库中部预制构件的凸形接口,在储备库中部预制构件的顶部设置用于连接储备库中部预制构件或加固顶板3的凹形接口,并在储备库中部预制构件的四周及底部连接中部连接锚杆15的具体过程为:

步骤A、在地面上铺上隔膜后,将储备库中部模具拼装好并直立放置在隔膜上;

步骤B、将中部连接锚杆15中套管14-1穿过中部环形外模24-1上的外锚杆孔和中部环形内模24-2上的内锚杆孔,且使套管14-1用于连接内锚杆体14-2的一端端面与中部环形内模24-2的内壁面平齐,使套管14-1用于连接外锚杆体14-3的一端端面与中部环形外模24-1的外壁面平齐;

步骤C、在中部环形外模24-1和中部环形内模24-2之间的间隙内浇筑加固材料,直至浇筑高度达到了储备库中部模具的高度;

具体实施时,所述加固材料为矿用加固充填材料。

步骤D、待加固材料凝固后,拆除储备库中部模具;

步骤E、将内锚杆体14-2的一端螺纹旋入套管14-1中,直至内锚杆体14-2另一端的长度正好够连接夹板14-5和螺母14-4,将夹板14-5套在内锚杆体14-2上,连接螺母14-4并锁紧;

步骤F、在加固材料的内部喷射防渗材料,使防渗材料上端至储备库中部预制构件的凹形接口的底部,并使防渗材料完全覆盖螺母14-4,形成中部防渗充填层2-3,并对中部防渗充填层2-3进行磨平和修补处理,确保表面平整且无裂痕;

具体实施时,所述防渗材料为黏土、亚黏土、膨润土等。

步骤G、待防渗材料凝固后,将外锚杆体14-3未带有锚头14-6的一端旋入套管14-1,形成了储库预制中部预制构件。

如图7和图8所示,储库预制中部预制构件的凸形接口的外径为Dj,储库预制中部预制构件的凹形接口的内径为Dj,中部防渗充填层2-3内壁直径为Di,f;

步骤1012、对进行采矿作业新形成的矿井采空区进行充填时,首先,揭开盖在储备库中部构件2顶部的木质盖板16,在揭开木质盖板16后的储备库中部预制构件顶部凹形接口内表面上涂抹胶凝材料,并在新预制的储备库中部预制构件的底部凸形接口外表面上涂抹胶凝材料,然后,将新预制的储备库中部预制构件的底部凸形接口与揭开木质盖板16后的储备库底部预制构件顶部凹形接口对接,将新预制的储备库中部预制构件与揭开木质盖板16后的储备库中部预制构件粘结为一体;

步骤1013、首先,在新预制的储备库中部预制构件的底部凸形接口与揭开木质盖板16后的储备库中部预制构件顶部凹形接口的重叠区域从内到外钻锚杆孔;然后,将接口连接锚杆22穿入锚杆孔中,连接新预制的储备库中部预制构件的底部凸形接口部分与揭开木质盖板16后的储备库底部预制构件顶部凹形接口部分;最后,喷射防渗材料修复钻锚杆孔时被破坏的中部防渗充填层2-3;

具体实施时,如图10所示,所述接口连接锚杆22的结构与底部连接锚杆14和中部连接锚杆15的结构相同且均包括套管14-1、螺纹连接在套管14-1一端的内锚杆体14-2和螺纹连接在套管14-1另一端的外锚杆体14-3,所述内锚杆体14-2未与套管14-1连接的一端设置有外螺纹且螺纹连接有螺母14-4,所述螺母14-4端部与内锚杆体14-2之间设置有夹板14-5,所述外锚杆体14-3未与套管14-1连接的一端端部带有锚头14-6。具体而言,将接口连接锚杆22穿入锚杆孔中时,是将内锚杆体14-2和外锚杆体14-3用套管14-1连接后,将外锚杆体14-3带有锚头14-6的一端首先穿入锚杆孔中,使内锚杆体14-2露出锚杆孔的部分长度正好够连接夹板14-5和螺母14-4,连接好夹板14-5和螺母14-4后,喷射防渗材料修复钻锚杆孔时被破坏的中部防渗充填层2-3。

步骤1014、采用传统充填材料在新预制的储备库中部预制构件周围充填,直至充填高度达到了新预制的储备库中部预制构件的高度,形成新的一层中部传统充填层2-1;

步骤1015、待新的一层中部传统充填层2-1与新预制的储备库中部预制构件固结形成新的一层储备库中部构件2后,在新的一层储备库中部构件2顶部盖上木质盖板16,继续进行采矿作业;在新的一层储备库主体中部构件2顶部盖上木质盖板16,能够防止矿石掉落进储备库主体中部构件2形成的能源储备库空间中;

步骤1016、重复步骤1011至步骤1015,直至所开采的矿床分层的顶部;

步骤1017、采用加固顶板模具25预制加固顶板3,并在预制加固顶板3时在加固顶板3上设置能源输送管道接口管预留孔18、压力平衡管预留孔19、取压管预留孔20和取温度管预留孔21;

本实施例中,如图15和图16所示,步骤1017中所述加固顶板模具25由多块底部设置有向内凸出的凸台的弧形板拼接构成,所述加固顶板模具25底部向内凸出的一段为用于顶部防渗材料层3-1成型的模具,所述加固顶板模具25顶部未向内凸出的一段为用于顶部加固材料层3-2成型的模具;

步骤1017中采用加固顶板模具25预制加固顶板3,并在预制加固顶板3时在加固顶板3上设置能源输送管道接口管预留孔18、压力平衡管接口管预留孔19、取压管预留孔20和取温度管预留孔21的具体过程为:

步骤101701、在地面上铺上隔膜后,将加固顶板模具25拼装好并直立放置在隔膜上;

步骤101702、往加固顶板模具25内浇筑防渗材料,并在浇筑防渗材料的过程中,插入外部包裹有隔膜的能源输送管道接口管预留孔成型管、外部包裹有隔膜的压力平衡管接口管预留孔成型管、外部包裹有隔膜的取压管预留孔成型管和外部包裹有隔膜的取温度管预留孔成型管,浇筑防渗材料直至防渗材料的上表面到达加固顶板模具25底部向内凸出的一段顶面相平齐;

具体实施时,所述防渗材料为黏土、亚黏土、膨润土等。

步骤101703、待防渗材料初步凝固后,往加固顶板模具25内浇筑加固材料,并在浇筑加固材料的过程中,加入加强筋3-3,浇筑加固材料直至加固材料的上表面到达加固顶板模具25顶部;

具体实施时,所述加固材料为矿用加固充填材料。

步骤101704、待加固材料凝固后,取出外部包裹有隔膜的能源输送管道接口管预留孔成型管、外部包裹有隔膜的压力平衡管接口管预留孔成型管、外部包裹有隔膜的取压管预留孔成型管和外部包裹有隔膜的取温度管预留孔成型管,形成能源输送管道接口管预留孔18、压力平衡管接口管预留孔19、取压管预留孔20和取温度管预留孔21;

步骤101705、拆除加固顶板模具25。

步骤1018、首先,揭开盖在最顶层的储备库中部构件2顶部的木质盖板16,在最顶层的储备库中部预制构件顶部凹形接口内表面上涂抹胶凝材料;然后,将加固顶板3放置于最顶层的储备库中部预制构件顶部凹形接口内,并采用胶凝材料将加固顶板3与最顶层的储备库中部预制构件连接为一体;

步骤1019、在能源输送管道接口管预留孔18内插入能源输送管道接口管5;具体实施时,将能源输送管道接口管5伸入收集池1-4内;

步骤1020、在能源输送管道接口管5与能源输出管道接口管预留孔18的间隙内浇筑胶凝材料,将能源输送管道接口管5与加固顶板3连接为一体;

步骤1021、在能源输送管道接口管5上连接能源输送控制阀7;

步骤1022、首先,在压力平衡管预留孔19内插入压力平衡管8,并在压力平衡管8上连接压力控制阀9;然后在压力平衡管8与压力平衡管预留孔19的间隙内浇筑胶凝材料,将压力平衡管8与加固顶板3连接为一体;

步骤1023、首先,在取压管预留孔20内插入取压管10,并在取压管10上连接压力传感器12;在取温度管预留孔21内插入取温度管11,并在取温度管11上连接温度传感器13;然后,在取压管10与取压管预留孔20的间隙内浇筑胶凝材料,将取压管10与加固顶板3连接为一体;在取温度管11与取温度管预留孔21的间隙内浇筑胶凝材料,将取温度管11与加固顶板3连接为一体;

步骤二、连接能源储备库26、能源输送系统、压力稳定系统和控制器,具体过程为:

步骤201、在地表层30顶部靠近矿井的天井31的位置处建设基础,将能源输送泵29、稳压装置38和控制器36固定在基础上;

步骤202、将第一能源输送管道28的一端与能源输送泵29的进口连接,另一端与第一电动三通阀4的B端口连接;将第二能源输送管道33的一端与第一电动三通阀4的A端口连接,另一端与能源运输车27上的能源出口连接;将第三能源输送管道34的一端与能源输送泵29的出口连接,另一端与第二电动三通阀6的C端口连接;将第四能源输送管道35的一端与第二电动三通阀6的A端口连接,另一端穿过矿井的天井31和运输巷道32与能源输送管道接口管5连接;将第五能源输送管道41的一端与第二电动三通阀6的B端口连接,另一端与第一电动三通阀4的C端口连接;将第六能源输送管道42的一端通过三通接口与第二能源输送管道33连接,将第六能源输送管道42的另一端通过三通接口与第三能源输送管道34连接,并将电动开关阀17连接在第六能源输送管道42上;将能源输送控制阀7通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与控制器36的输出端连接;

步骤203、将压力平衡管37的一端与平衡罐38-2的压力平衡接口连接,将压力平衡管37的另一端穿过矿井的天井31和运输巷道32与压力平衡管接口管8连接;

步骤204、将压力传感器12通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与控制器36的输入端连接,将温度传感器13通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与控制器36的输入端连接,将压力控制阀9通过穿过矿井的运输巷道32和天井31的信号线与控制器36的输出端连接;

步骤205、将第一电控调节阀38-5、第二电控调节阀38-8、第三电控调节阀38-11、压缩机组38-1、能源输送泵29、第一电动三通阀4、第二电动三通阀6和电动开关阀17分别与控制器36的输出端连接。

具体实施时,所述第四能源输送管道35和压力平衡管37均固定在矿井的天井31和运输巷道32的侧壁上。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

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