一种矿区换热系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种矿区换热系统，属于新能源领域。包括降水换热装置、中空套管换热装置、供液管道、回流管道以及热泵机组，所述供液管道和回流管道之间通过热泵机组循环，所述降水换热装置设置在所述中空套管换热装置周边，所述降水换热装置设有降水换热进口和降水换热出口，所述中空套管换热装置包括U型换热管，所述降水换热进口以及U型换热管的进口与所述供液管道连通，所述降水换热出口以及U型换热管的出口与所述回流管道连通。管的出口与所述回流管道连通。管的出口与所述回流管道连通。

【技术实现步骤摘要】
一种矿区换热系统


[0001]本技术涉及一种矿区换热系统，属于新能源领域。

技术介绍

[0002]中国是全球采矿大国之一，矿产资源十分丰富。但是由于经济发展，矿产资源的需求量不断扩大，从而导致矿产资源消耗殆尽。作为工业化发展的伴生物，废弃矿区已经成为资源枯竭型城市内在危机的外化表征，而城区型矿区带来的压力尤为明显。向地下要空间，向地球深部要资源是未来发展的必然趋势，向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题。目前，我国对关停矿井的研究大多停留在生态复垦和旅游开发层面，对矿井地下空间二次利用的研究缺乏系统成熟的理论研究，导致我国每年仍有大量关停矿井的地下空间被荒废。但是在国外，尤其是一些发达国家和地区，在20世纪中期就开始对矿区的再利用进行研究，到如今已经有了相对完整成熟的理论体系，并形成以文化娱乐为主导的旅游科普教育模式、地下储库模式、地下医学疗养院模式、地热资源开发利用模式、深地实验室模式以及建设地下生态城市模式等。
[0003]城区型矿区以城市主城区为中心城区，这些矿区紧邻市区，甚至在城市总规划范围之内。从区位交通来看，这类矿区地理位置优越，交通便利，易与“外界”联系。从环境影响来看主要有三点：
①
环境二次污染严重，自然景观被破坏；
②“
城中村”问题严重，区域散乱；
③
工业场所感强。从社会经济来看，产业结构主要以第二产业为主，并带动主要以服务“城中村”为主的第三产业发展，此类矿区土地价值低，利用率不高。同时，由于城区型矿区优越的地理位置，失业人员再就业的机会比较多，矿区的关注度也较高，易受到政策的支持。综上所述，城区型矿区与城市发展是不可分割的整体，它的存在不仅影响城市的生态环境，更影响城市的空间扩展，阻碍城市的发展。
[0004]矿区地下空间开发的必要性矿区地下空间不仅是“矿城”协同转型路上急需解决的问题，更具有深层次开发利用的必要性。我国90％以上的矿区是井工开采，矿井关停废弃后井下存在着大量有待二次利用的地下空间，主要包括遗留的巷道、峒室和生产作业的废弃采区等。因此，如果能将矿区下得天独厚的地下空间资源选择适宜的开发模式利用起来，这样在节约大量开挖成本的同时，避免了闲置的矿井地下空间造成的地面塌陷及空间浪费，赋予废弃矿区新的生命，将其“变废为宝”。
[0005]据统计，截至2008年，全国煤矿的高温矿井共有62个，其中约60％的矿井常年温度处于30～35℃。煤矿地下空间的丰富且稳定的地热资源等待被利用。矿区地下空间的经济、生态、文化以及科普教育等价值同样引起社会的关注。丰富的矿井地下空间资源如果加以合理的开发利用，不仅对生态环境起到很好的修复作用，还对经济的发展以及工业遗产的认同感的提升起到辅助作用。可再生资源的开发利用是城市实现生态转型的一大途径。

技术实现思路

[0006]对于现有技术中所存在的问题，本技术提供的一种矿区换热系统，实现了矿
井地下空间资源的合理利用，同时保证了换热质量及效果。
[0007]为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种矿区换热系统，包括降水换热装置、中空套管换热装置、供液管道、回流管道以及热泵机组，所述供液管道和回流管道之间通过热泵机组循环，所述降水换热装置设置在所述中空套管换热装置周边，所述降水换热装置设有降水换热进口和降水换热出口，所述中空套管换热装置包括U型换热管，所述降水换热进口以及U型换热管的进口与所述供液管道连通，所述降水换热出口以及U型换热管的出口与所述回流管道连通；
[0008]所述降水换热装置包括底部带有多孔眼的套筒，所述套筒伸入矿井孔洞内，所述套筒自底部向上依次设有绕丝筛管、地锚支撑装置和封隔装置，所述地锚支撑装置将套筒固定在矿井孔洞内，所述封隔装置将套筒与矿井孔洞之间的上下环空进行隔离，所述封隔装置上方的环空设有水泥填浆；
[0009]所述套筒中心设有底部带有孔眼的保温管，所述保温管与套筒之间下方设有阻隔塞，所述阻隔塞的深度大于所述封隔装置的深度，所述套筒内流动换热介质，所述降水换热进口与套筒连通，所述降水换热出口与保温管连通，所述换热介质自保温管与套筒之间上方进入，经套筒上的孔眼进入绕丝筛管以及套筒与矿井孔洞的环空后，再通过套筒上的孔眼进入套筒，最后通过保温管底部的孔眼进入保温管。
[0010]作为优选的技术方案，所述中空套管换热装置包括中空套管，所述中空套管设置在矿井孔洞内，所述中空套管底部也设有地锚支撑装置，所述中空套管内设有所述U型换热管，中空套管与矿井孔洞以及U型换热管之间设有水泥填浆。
[0011]作为优选的技术方案，所述中空套管和套筒外壁均设有扶正器。
[0012]作为优选的技术方案，所述中空套管换热装置与所述降水换热装置呈七点法布置，所述降水换热装置设有六套并且呈正六边形布置，所述降水换热装置设置在正六边形的六个点处，所述中空套管换热装置设置在正六边形的中心。
[0013]作为优选的技术方案，所述降水换热出口设有过滤装置和监测装置，所述监测装置包括温度监测装置、压力表、流量计。
[0014]作为优选的技术方案，所述套筒端部设有孔口密封装置，所述孔口密封装置包括密封进口和密封出口，所述密封进口与所述套筒及保温管的环空相通，所述密封出口与所述保温管相通。
[0015]作为优选的技术方案，所述密封进口和密封出口处均设有阀门。
[0016]本技术的有益效果是：
[0017]1.本技术矿区岩层中一般存在充水孔隙，孔隙中存在自由水，是矿区涌水的主要通道，本系统中降水换热装置与矿区岩层直接接触，又通过压裂迫使岩层形成大量岩石裂缝，岩层孔隙中的自由水通过裂隙进入降水换热装置，可以由抽水泵排出孔洞内，因为抽水泵通过保温管对降水换热装置底部有抽汲作用，对装置底下部周围的岩层孔隙中的自由水产生抽吸作用，同时降水换热装置下部为绕丝筛管，绕丝孔隙从外向内缓慢变小，对于矿坑水中的大粒径岩屑有阻挡作用，因此本降水换热装置对于矿区水的排出具有疏导作用，可作为矿区降水系统的分支；同时矿区涌水本身也是存有温度，也可通过本系统中的降水换热装置作为换热源存在；
[0018]2.如本系统中的降水换热装置所在孔洞无矿区涌水的存在，换热介质从套管经过
绕丝筛管直接可以与矿区岩层接触进行换热，换热介质流动过程中，绕丝筛管的绕丝筛套对换热介质的流动产生扰动，最大程度的增加换热时间，减少热损耗，提高换热效率；
[0019]3.本系统采用七点法布孔，即正六边形的六个角和中心一点，孔与孔之间的距离都是相同的，正六边形中心孔洞内中空套管、地锚支撑装置和水泥组成了强有力的锚杆支护，而其它六个孔洞中套筒、地锚支撑装置、水泥三者组合对矿区围岩也具有良好的锚固支护作用，其中地锚支撑装置的锚爪可以在孔洞底部起到锚固作用，七个支护锚杆改变了孔洞周围围岩本身的力学状态，形成一个整体而又稳定的岩石带，最终达到结构稳定的目的；
[0020]5.通过进行温度，流量，压力的监测，实时掌握换热介质的物理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿区换热系统，其特征在于：包括降水换热装置、中空套管换热装置、供液管道、回流管道以及热泵机组，所述供液管道和回流管道之间通过热泵机组循环，所述降水换热装置设置在所述中空套管换热装置周边，所述降水换热装置设有降水换热进口和降水换热出口，所述中空套管换热装置包括U型换热管，所述降水换热进口以及U型换热管的进口与所述供液管道连通，所述降水换热出口以及U型换热管的出口与所述回流管道连通；所述降水换热装置包括底部带有多孔眼的套筒，所述套筒伸入矿井孔洞内，所述套筒自底部向上依次设有绕丝筛管、地锚支撑装置和封隔装置，所述地锚支撑装置将套筒固定在矿井孔洞内，所述封隔装置将套筒与矿井孔洞之间的上下环空进行隔离，所述封隔装置上方的环空设有水泥填浆；所述套筒中心设有底部带有孔眼的保温管，所述保温管与套筒之间下方设有阻隔塞，所述阻隔塞的深度大于所述封隔装置的深度，所述套筒内流动换热介质，所述降水换热进口与套筒连通，所述降水换热出口与保温管连通，所述换热介质自保温管与套筒之间上方进入，经套筒上的孔眼进入绕丝筛管以及套筒与矿井孔洞的环空后，再通过套筒上的孔眼进入套筒，最后通过保温管底部的孔眼进入保温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霄，张山，张晓杰，孙超，王磊，薛祯祯，孙沙沙，宋迎迎，
申请(专利权)人：山东坊能新动能科学研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：