矿井井下油气储备库的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种矿井井下油气储备库的构建方法，其矿井井下油气储备库包括储备库主体和油气输送管道组件，储备库主体包括储备库主体底部构件和加固顶板，以及一层储备库主体中部构件或多层上下固定连接的储备库主体中部构件，位于最底层的储备库主体中部构件的底部与储备库主体底部构件的顶部固定连接，加固顶板固定连接在位于最顶层的储备库主体中部构件的顶部；油气输送管道组件包括油气输入管道和油气输出管道，油气输入管道上设置有油气输入控制阀，油气输出管道上设置有油气输出控制阀。本发明专利技术构建的油气储备库的结构稳定，强度高，密封性能好，防渗性能好；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。

【技术实现步骤摘要】
矿井井下油气储备库及其构建方法
本专利技术属于采矿及能源存储
，具体涉及一种矿井井下油气储备库及其构建方法。
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，地下油气储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。以油气储库为例，其作为国家战略资源储备场所，必须具备结构稳定、强度高、密封和防渗等特点。但是，现有技术中，还缺乏这样的矿井井下油气储备库及其构建方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构设计新颖合理、实现方便、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的矿井井下油气储备库。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种矿井井下油气储备库，其特征在于：包括储备库主体和油气输送管道组件，所述储备库主体包括储备库主体底部构件和加固顶板，以及一层储备库主体中部构件或多层上下固定连接的储备库主体中部构件，位于最底层的储备库主体中部构件的底部与储备库主体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主体中部构件的顶部；所述储备库主体底部构件包括用于围成油气储备空间的储备库主体底部预制构件和设置在储备库主体底部预制构件外围的底部传统充填层，所述储备库主体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；所述储备库主体中部构件包括用于围成油气储备空间的储备库主体中部预制构件和设置在储备库主体中部预制构件外围的中部传统充填层，所述储备库主体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；所述油气输送管道组件包括穿过加固顶板进入储备库主体内的油气输入管道和油气输出管道，所述油气输入管道上设置有油气输入控制阀，所述油气输出管道上设置有油气输出控制阀。上述的矿井井下油气储备库，其特征在于：所述油气输送管道组件还包括穿过加固顶板进入储备库主体内的压力平衡管，所述压力平衡管上设置有压力控制阀。上述的矿井井下油气储备库，其特征在于：所述加固顶板上还设置有穿过加固顶板进入储备库主体内的取压管和取温度管，所述取压管上连接有压力传感器，所述取温度管上连接有温度传感器。上述的矿井井下油气储备库，其特征在于：所述顶部加固材料层中埋设有加强筋。上述的矿井井下油气储备库，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主体内底部的收集池，所述油气输出管道伸入收集池内。上述的矿井井下油气储备库，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。本专利技术还提供了一种方法步骤简单、实现方便、与矿床开采协同、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矿井井下油气储备库的构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对矿井采空区进行充填前，采用储备库主体底部模具预制储备库主体底部预制构件，在储备库主体底部预制构件的顶部设置用于连接储备库主体中部预制构件的凹形接口，并在储备库主体底部预制构件的四周及底部连接底部连接锚杆；步骤二、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；步骤三、待传统充填材料初步固结到可以自立的程度时，将储备库主体底部预制构件放置在油气储备库设计位置处，并将位于储备库主体底部预制构件底部的底部连接锚杆插入传统充填材料中；步骤四、采用传统充填材料在储备库主体底部预制构件周围充填，直至充填高度达到了储备库主体底部预制构件的高度，形成底部传统充填层；步骤五、待底部传统充填层与储备库主体底部预制构件固结形成储备库主体底部构件后，在储备库主体底部构件顶部盖上木质盖板，继续进行采矿作业；步骤六、采用储备库主体中部模具预制储备库主体中部预制构件，在储备库主体中部预制构件的底部设置用于连接储备库主体底部预制构件或储备库主体中部预制构件的凸形接口，在储备库主体中部预制构件的顶部设置用于连接储备库主体中部预制构件或加固顶板的凹形接口，并在储备库主体中部预制构件的四周及底部连接中部连接锚杆；步骤七、对进行采矿作业新形成的矿井采空区进行充填时，首先，揭开盖在储备库主体底部构件顶部的木质盖板，在储备库主体底部预制构件顶部凹形接口内表面上涂抹胶凝材料，并在储备库主体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，将储备库主体中部预制构件的底部凸形接口与储备库主体底部预制构件顶部凹形接口对接，将储备库主体中部预制构件与储备库主体底部预制构件粘结为一体；步骤八、首先，在储备库主体中部预制构件的底部凸形接口与储备库主体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，将接口连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井井下油气储备库，其特征在于：包括储备库主体和油气输送管道组件，所述储备库主体包括储备库主体底部构件(1)和加固顶板(3)，以及一层储备库主体中部构件(2)或多层上下固定连接的储备库主体中部构件(2)，位于最底层的储备库主体中部构件(2)的底部与储备库主体底部构件(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主体中部构件(2)的顶部；所述储备库主体底部构件(1)包括用于围成油气储备空间的储备库主体底部预制构件和设置在储备库主体底部预制构件外围的底部传统充填层(1‑1)，所述储备库主体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；所述储备库主体中部构件(2)包括用于围成油气储备空间的储备库主体中部预制构件和设置在储备库主体中部预制构件外围的中部传统充填层(2‑1)，所述储备库主体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)；所述油气输送管道组件包括穿过加固顶板(3)进入储备库主体内的油气输入管道(4)和油气输出管道(5)，所述油气输入管道(4)上设置有油气输入控制阀(6)，所述油气输出管道(5)上设置有油气输出控制阀(7)。...

【技术特征摘要】
1.一种矿井井下油气储备库，其特征在于：包括储备库主体和油气输送管道组件，所述储备库主体包括储备库主体底部构件(1)和加固顶板(3)，以及一层储备库主体中部构件(2)或多层上下固定连接的储备库主体中部构件(2)，位于最底层的储备库主体中部构件(2)的底部与储备库主体底部构件(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主体中部构件(2)的顶部；所述储备库主体底部构件(1)包括用于围成油气储备空间的储备库主体底部预制构件和设置在储备库主体底部预制构件外围的底部传统充填层(1-1)，所述储备库主体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；所述储备库主体中部构件(2)包括用于围成油气储备空间的储备库主体中部预制构件和设置在储备库主体中部预制构件外围的中部传统充填层(2-1)，所述储备库主体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)；所述油气输送管道组件包括穿过加固顶板(3)进入储备库主体内的油气输入管道(4)和油气输出管道(5)，所述油气输入管道(4)上设置有油气输入控制阀(6)，所述油气输出管道(5)上设置有油气输出控制阀(7)。2.按照权利要求1所述的矿井井下油气储备库，其特征在于：所述油气输送管道组件还包括穿过加固顶板(3)进入储备库主体内的压力平衡管(8)，所述压力平衡管(8)上设置有压力控制阀(9)。3.按照权利要求1所述的矿井井下油气储备库，其特征在于：所述加固顶板(3)上还设置有穿过加固顶板(3)进入储备库主体内的取压管(10)和取温度管(11)，所述取压管(10)上连接有压力传感器(12)，所述取温度管(11)上连接有温度传感器(13)。4.按照权利要求1所述的矿井井下油气储备库，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)。5.按照权利要求1～4中任一权利要求所述的矿井井下油气储备库，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主体内底部的收集池(1-4)，所述油气输出管道(5)伸入收集池(1-4)内。6.按照权利要求1所述的矿井井下油气储备库，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)。7.一种如权利要求1所述矿井井下油气储备库的构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对矿井采空区进行充填前，采用储备库主体底部模具预制储备库主体底部预制构件，在储备库主体底部预制构件的顶部设置用于连接储备库主体中部预制构件的凹形接口，并在储备库主体底部预制构件的四周及底部连接底部连接锚杆(14)；步骤二、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；步骤三、待传统充填材料初步固结到可以自立的程度时，将储备库主体底部预制构件放置在油气储备库设计位置处，并将位于储备库主体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；步骤四、采用传统充填材料在储备库主体底部预制构件周围充填，直至充填高度达到了储备库主体底部预制构件的高度，形成底部传统充填层(1-1)；步骤五、待底部传统充填层(1-1)与储备库主体底部预制构件固结形成储备库主体底部构件(1)后，在储备库主体底部构件(1)顶部盖上木质盖板(16)，继续进行采矿作业；步骤六、采用储备库主体中部模具预制储备库主体中部预制构件，在储备库主体中部预制构件的底部设置用于连接储备库主体底部预制构件或储备库主体中部预制构件的凸形接口，在储备库主体中部预制构件的顶部设置用于连接储备库主体中部预制构件或加固顶板(3)的凹形接口，并在储备库主体中部预制构件的四周及底部连接中部连接锚杆(15)；步骤七、对进行采矿作业新形成的矿井采空区进行充填时，首先，揭开盖在储备库主体底部构件(1)顶部的木质盖板(16)，在储备库主体底部预制构件顶部凹形接口内表面上涂抹胶凝材料，并在储备库主体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，将储备库主体中部预制构件的底部凸形接口与储备库主体底部预制构件顶部凹形接口对接，将储备库主体中部预制构件与储备库主体底部预制构件粘结为一体；步骤八、首先，在储备库主体中部预制构件的底部凸形接口与储备库主体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，连接储备库主体中部预制构件的底部凸形接口部分与储备库主体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)；步骤九、采用传统充填材料在储备库主体中部预制构件周围充填，直至充填高度达到了储备库主体中部预制构件的高度，形成中部传统充填层(2-1)；步骤十、待中部传统充填层(2-1)与储备库主体中部预制构件固结形成储备库主体中部构件(2)后，在储备库主体中部构件(2)顶部盖上木质盖板(16)，继续进行采矿作业；步骤十一、采用储备库主体中部模具预制储备库主体中部预制构件，在储备库主体中部预制构件的底部设置用于连接储备库主体底部预制构件或储备库主体中部预制构件的凸形接口，在储备库主体中部预制构件的顶部设置用于连接储备库主体中部预制构件或加固顶板(3)的凹形接口，并在储备库主体中部预制构件的四周及底部连接中部连接锚杆(15)；步骤十二、对进行采矿作业新形成的矿井采空区进行充填时，首先，揭开盖在储备库主体中部构件(2)顶部的木质盖板(16)，在揭开木质盖板(16)后的储备库主体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主体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，将新预制的储备库主体中部预制构件的底部凸形接口与揭开木质盖板(16)后的储备库主体底部预制构件顶部凹形接口对接，将新预制的储备库主体中部预制构件与揭开木质盖板(16)后的储备库主体中部预制构件粘结为一体；步骤十三、首先，在新预制的储备库主体中部预制构件的底部凸形接口与揭开木质盖板(16)后的储备库主体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主体中部预制构件的底部凸形接口部分与揭开木质盖板(16)后的储备库主体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)；步骤十四、采用传统充填材料在新预制的储备库主体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主体中部预制构件的高度，形成新的一层中部传统充填层(2-1)；步骤十五、待新的一层中部传统充填层(2-1)与新预制的储备库主体中部预制构件固结形成新的一层储备库主体中部构件(2)后，在新的一层储备库主体中部构件(2)顶部盖上木质盖板(16)，继续进行采矿作业；步骤十六、重复步骤十一至步骤十五，直至所开采的矿床分层的顶部；步骤十七、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)上设置油气输入管道预留孔(17)和油气输出管道预留孔(18)；步骤十八、首先，揭开盖在最顶层的储备库主体中部构件(2)顶部的木质盖板(16)，在最顶层的储备库主体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主体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)与最顶层的储备库主体中部预制构件连接为一体；步骤十九、在油气输入管道预留孔(17)内插入油气输入管道(4)，在油气输出管道预留孔(18)内插入油气输出管道(5)；步骤二十、在油气输入管道(4)与油气输入管道预留孔(17)的间隙内浇筑胶凝材料，将油气输入管道(4)与加固顶板(3)连接为一体；并在油气输出管道(5)与油气输出管道预留孔(18)的间隙内浇筑胶凝材料，将油气输出管道(5)与加固顶板(3)连接为一体；步骤二十...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，刘浪，王美，陈柳，张小艳，邱华富，秦学斌，王湃，孙伟博，王燕，景宏君，方治余，朱超，辛杰，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61