【技术实现步骤摘要】
一种深井能源储备库系统及其构建方法
本专利技术属于采矿及能源存储
，具体涉及一种深井能源储备库系统及其构建方法。
技术介绍
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...
【技术保护点】
1.一种深井能源储备库系统，其特征在于：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；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；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；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...
【技术特征摘要】
1.一种深井能源储备库系统，其特征在于：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；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；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；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；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)内的能源输入管道接口管(4)和能源输出管道接口管(5)，所述能源输入管道接口管(4)上设置有能源输入控制阀(6)，所述能源输出管道接口管(5)上设置有能源输出控制阀(7)；所述能源输送系统包括用于将待储备的能源输送到能源储备库(26)中的能源输入系统和用于从能源储备库(26)中将储备的能源输出的能源输出系统，所述能源输入系统包括能源输入运输车(27)、能源输入管道(28)和能源输入泵(29)，所述能源输入运输车(27)设置在地表层(30)顶部，所述能源输入管道(28)的一端与能源输入运输车(27)上的能源出口连接，所述能源输入管道(28)的另一端穿过矿井的天井(31)和运输巷道(32)与能源输入管道接口管(4)连接，所述能源输入泵(29)连接在靠近能源输入运输车(27)的一段能源输入管道(28)上；所述能源输出系统包括能源输出运输车(33)、能源输出管道(34)和能源输出泵(35)，所述能源输出运输车(33)设置在地表层(30)顶部，所述能源输出管道(34)的一端与能源输出管道接口管(5)连接，所述能源输出管道(34)的另一端穿过矿井的运输巷道(32)和天井(31)与能源输出运输车(33)的能源入口连接，所述能源输出泵(35)连接在靠近能源输出运输车(33)的一段能源输出管道(34)上。2.按照权利要求1所述的一种深井能源储备库系统，其特征在于：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；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；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)，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)上的节流阀(38-12)、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；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)、能源输入泵(29)和能源输出泵(35)均与控制器(36)的输出端连接；所述能源输入控制阀(6)和能源输出控制阀(7)均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。3.按照权利要求2所述的一种深井能源储备库系统，其特征在于：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。4.按照权利要求3所述的一种深井能源储备库系统，其特征在于：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)、用于对能源输入泵(29)的通断电进行控制的第二继电器(36-4)和用于对能源输出泵(35)的通断电进行控制的第三继电器(36-5)，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)、能源输入控制阀(6)和能源输出控制阀(7)均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，所述能源输入泵(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，所述能源输出泵(35)的供电回路中的接触器与第三继电器(36-5)的输出端连接。5.按照权利要求1、2或3所述的一种深井能源储备库系统，其特征在于：所述顶部加固材料层(3-2)中埋设有加强筋(3-3)。6.按照权利要求1、2或3所述的一种深井能源储备库系统，其特征在于：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)，所述能源输出管道接口管(5)伸入收集池(1-4)内。7.按照权利要求1、2或3所述的一种深井能源储备库系统，其特征在于：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)。8.一种如权利要求3所述一种深井能源储备库系统的构建方法，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(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)；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；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；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)；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)；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；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)；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)；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...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘浪，张波，张小艳，邱华富，景宏君，王湃，秦学斌，陈柳，王美，王燕，孙伟博，辛杰，方治余，朱超，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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