一种利用煤矿采空区热源的供热系统的制作方法

本发明涉及地热能利用热泵技术领域，具体为一种利用煤矿采空区热源的供热系统。

背景技术：

随着煤炭需求量逐渐增大，煤矿开采强度也逐渐增强，矿井开采深度不断增加，地温不断升高，高温围岩蕴含着大量的可利用的热量，这些热量不受季节天气的影响，用之不竭。目前高温围岩里蕴含的热量都是通过回风直接释放到大气中，大量的热量没有得到利用，造成资源的浪费。工作面回采之后由于高温围岩释放大量热量和采空区遗煤氧化释放出热量使得采空区温度升高，加剧遗煤氧化强度，易造成采空区自燃，给工作面安全生产带来重大隐患，在保证安全生产过程，防止采空区因温度过高造成采空区遗煤自燃所投资的时间、人力、物力、财力较大。目前我国煤矿企业对采空区热源利用很少，几乎没有。一方面，在冬季为了进风井筒防冻措施，煤矿企业一般会增设井筒防冻加热装置保证进风井筒的防冻要求，增加企业投资成本。另一方面地面冬季矿区其他生产和生活，如采暖和洗浴等。虽然在煤矿企业中通过燃烧本矿生产的煤炭供应冬季矿区其他生产和生活非常便利，但是燃煤锅炉效率低，操作管理难度大，不仅消耗大量煤炭还造成环境污染，与目前我国提出的人与自然和谐相违背，减少企业利润。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决上述现有施工设备的缺陷，即大量的热量没有得到利用，造成资源的浪费，加大企业投资成本，操作管理难度大，不仅消耗大量煤炭还造成环境污染，与目前我国提出的人与自然和谐相违背，减少企业利润等问题。希望借助于先进系统能够实现有效的利用地热，降低供热成本，减少企业投资成本，减少污染，节约资源、降低能耗、环保。

本发明为解决其技术问题所采用技术方案是：

一种利用煤矿采空区热源的供热系统，其特征在于，由地面工作系统、保温水管、泵站、保温水仓、自动控制系统、采空区热源集热系统、蓄水池、冷水提取处理系统、井下排水系统组成；所述地面工作系统设置在地面的热泵供热装置和热泵预热装置；所述保温水管是设置在地面工作系统与泵站之间用于输送采空区热源集热系统回水至地面的保温管路；所述保温水仓是设置在井下用于存储采空区热源集热系统回水的设施；所述自动控制系统是设置在管路上由温度传感器、流量传感器、信号处理装置、电动阀门组成通过工业控制计算机监测控制的系统；所述采空区热源集热系统是设置在工作面采空区内的环形埋管换热器；所述蓄水池是设置在井下用来储存经净化处理后的矿井涌水；所述冷水提取处理系统是设置在井下用于提取井下排水系统中的矿井涌水，以及净化处理矿井涌水的设施。

进一步，所述地面工作系统设置在地面的热泵供热装置和热泵预热装置，热水从井下经保温水管输送到地面工作系统，通过热泵预热装置将低温热水转化为高温热水，最后通过热泵供热装置供给用户使用。

进一步，所述地面工作系统设置在地面的热泵供热装置和热泵预热装置，热水从井下经保温水管输送到地面工作系统，在冬季为了保证进风井筒的防冻要求，通过热泵供热装置对矿井进风井筒的进风进行加热。

进一步，所述自动控制系统是设置在管路上由温度传感器、流量传感器、信号处理装置、电动阀门组成通过工业控制计算机监测控制的系统，设置回水温度值，利用温度传感器对回水温度进行采集，通过自动控制系统中温度传感器、流量传感器采集的温度、流量的信号经信号处理装置处理分析来控制电动阀门调节流量阀的开度，对冷水流量进行调节，保证了采空区热源集热系统中热水的回水质量。

进一步，所述采空区热源集热系统是设置在工作面采空区内的环形埋管换热器，在工作面回采后安装布置，通过埋在采空区内的环形换热器，从采空区岩石中吸收热量，预热环形换热器内循环的冷矿井涌水，集取和利用采空区热源热量，降低采空区温度，减小遗煤氧化强度，防止采空区自燃，保障了工作面安全生产环境；环形埋管换热器为了增大换热效率设置成环形并采用换热效率高的材质。

进一步，所述冷水提取处理系统是设置在井下用于提取井下排水系统中的矿井涌水，以及净化处理矿井涌水的设施，通过冷水提取处理装置提取矿井涌水，经过净化处理装置达到生活使用水标准储存在蓄水池内。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：该系统能够有效的利用采空区热源，降低采空区温度，减小采空区遗煤氧化强度，减少煤矿企业对防止采空区自燃措施的投资成本；在冬季为了保证进风井筒的防冻要求，能够通过热泵供热装置对矿井进风井筒的进风进行加热，也用于矿区其他生产和生活，如采暖和洗浴等。降低供热成本，减少企业投资成本，减少污染，节约资源、降低能耗、环保。

附图说明

图1为本发明在结构立体示意图；

图2为本发明工作面布置结构立体示意图；

图中：1、地面工作系统；2、保温水管；3、泵站；4、保温水仓；5、自动控制系统；6、采空区热源集热系统；7、蓄水池；8、冷水提取处理系统；9、井下排水系统；10、温度传感器；11、流量传感器；12、信号处理装置组成；13、电动阀门a；14、电动阀门b。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种利用煤矿采空区热源的供热系统，由地面工作系统1、保温水管2、泵站3、保温水仓4、自动控制系统5、采空区热源集热系统6、蓄水池7、冷水提取处理系统8、井下排水系统9、温度传感器10、流量传感器11、信号处理装置12、电动阀门a13、电动阀门b14组成。

所述地面工作系统1设置在地面的热泵供热装置和热泵预热装置；所述保温水管2是设置在地面工作系统1与泵站3之间用于输送采空区热源集热系统6回水至地面的保温管路；所述保温水仓4是设置在井下用于存储采空区热源集热系统6回水的设施；所述自动控制系统5是设置在管路上由温度传感器10、流量传感器11、信号处理装置12、电动阀门13、14组成通过工业控制计算机监测控制的系统；所述采空区热源集热系统6是设置在工作面采空区内的环形埋管换热器；所述蓄水池7是设置在井下用来储存经净化处理后的矿井涌水；所述冷水提取处理系统8是设置在井下用于提取井下排水系统9中的矿井涌水，以及净化处理矿井涌水的设施。

进一步，所述地面工作系统1设置在地面的热泵供热装置和热泵预热装置，热水从井下经保温水管2输送到地面工作系统1，通过热泵预热装置将低温热水转化为高温热水，最后通过热泵供热装置供给用户使用。

进一步，所述地面工作系统1设置在地面的热泵供热装置和热泵预热装置，热水从井下经保温水管2输送到地面工作系统1，在冬季为了保证进风井筒的防冻要求，通过热泵供热装置对矿井进风井筒的进风进行加热。

进一步，所述自动控制系统5是设置在管路上由温度传感器10、流量传感器11、信号处理装置12、电动阀门13、14组成通过工业控制计算机监测控制的系统，设置回水温度值，利用温度传感器10对回水温度进行采集，通过自动控制系统5中温度传感器10、流量传感器11采集的温度、流量的信号经信号处理装置12处理分析来控制电动阀门13、14调节流量阀的开度，对冷水流量进行调节，保证了采空区热源集热系统6中热水的回水质量。

进一步，所述采空区热源集热系统6是设置在工作面采空区内的环形埋管换热器，在工作面回采后安装布置，通过埋在采空区内的环形换热器，从采空区岩石中吸收热量，预热环形换热器内循环的冷矿井涌水，集取和利用采空区热源热量，降低采空区温度，减小遗煤氧化强度，防止采空区自燃，保障了工作面安全生产环境；环形埋管换热器为了增大换热效率设置成环形并采用换热效率高的材质。

进一步，所述冷水提取处理系统8是设置在井下用于提取井下排水系统9中的矿井涌水，以及净化处理矿井涌水的设施，通过冷水提取处理装置提取矿井涌水，经过净化处理装置达到生活使用水标准储存在蓄水池内。

工作原理：本发明在工作面回采后安装布置，该系统通过冷水提取处理系统8提取矿井涌水，经过净化处理达到生活使用水标准储存在蓄水池7内，自动控制系统5中温度传感器10、流量传感器11采集的温度、流量的信号传输给信号处理装置12来控制电动电动阀门13、14的开度，对冷水流量进行调节，首先设置采空区热源集热系统6回水温度最低值为t0，当采空区热源集热系统6回水温度较低时即t0>t1，温度传感器10检测到温度信号，将信号传递给信号处理装置12来控制电动电动阀门13、14的开度，减少回水流量，保证采空区热源集热系统6中热水的回水质量，当采空区热源集热系统6中回水温度升高时即t0<t2，温度传感器10检测到温度信号，将信号传递给信号处理装置12来控制电动电动阀门13、14的开度，增加回水流量；热水存储于保温水仓4通过泵站3从井下经保温水管2输送到地面工作系统1；通过热泵预热装置将低温热水转化为高温热水，通过热泵供热装置供给用户使用，用于矿井井筒防冻，也用于矿区其他生产和生活，如采暖和洗浴等。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。