废弃煤矿的光伏-抽水蓄能-地热联合开发利用系统及建造方法技术方案

本发明专利技术提供一种废弃煤矿的光伏

【技术实现步骤摘要】
废弃煤矿的光伏
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抽水蓄能
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地热联合开发利用系统及建造方法


[0001]本专利技术涉及废弃煤矿开发利用领域，特别是涉及一种废弃煤矿的光伏
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抽水蓄能
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地热联合开发利用系统及建造方法。本申请属于战略新兴产业目录之6新能源产业中的6.3太阳能产业重点方向下的6.32太阳能生产装备子方向的热发电设备及6.5其它新能源产业重点方向下的地热利用。

技术介绍

[0002]煤炭是我国的主体能源，经过长时间的高强度开采，已有大量的煤矿因资源枯竭而关闭。据不完全统计，自二十世纪九十年代末到2019年底,全国关闭煤矿井近8万处。煤矿关闭后，仍有大量的剩余煤炭、矿井水、地下空间、土地、地热等资源可供开发利用。
[0003]我国煤矿开采以井下开采为主，长期开发形成了巨大的可利用特殊地下空间，为发展地下生态城市创造了得天独厚的条件。据调查，我国现有煤矿地下空间约139亿m
³
，到2030年，预计将达到241亿m
³
，长度约160万km，可绕赤道40圈。开发利用废弃煤矿地下空间，既可以避免煤矿采空区被充填造成极大的特殊地下空间浪费，又可以缓解地面城市发展面临的土地紧缺等问题。
[0004]煤矿地下空间开发利用的模式主要包括：地下储库、博物馆、地下旅游和文娱活动场所、抽水蓄能电站、地下生态城市示范区等。其中，废弃矿井抽水储能将废弃矿井资源化利用及可再生能源电力的消纳结合起来，是科学合理的废弃矿井资源开发利用模式之一。r/>[0005]抽水储能是利用存在一定高差的两个储水空间，通过电能与重力势能的转换实现电能的转化、储存与释放，大多数井工矿井开采区域的煤系地层含有多个可采煤层，矿井回采以后在不同煤层间形成多个存在高差的大面积储水空间，为建设废弃井巷抽水储能系统提供了可能。
[0006]此外，煤矿地下开采常常会造成严重的地面塌陷，形成了大量的塌陷盆地，对地表植被、耕地和居民住宅等造成很大的破坏和影响，从而进一步恶化生态环境，甚至造成无法挽救的生态损失。以淮南的顾桥煤矿为例，地面塌陷形成了一片一万多亩的湖泊。煤矿地面塌陷区的开发利用模式一般为改造成湿地公园。近年来，也有人提出在煤矿地面塌陷区建设光伏电站，比如2017年，淮南市在潘集区的采煤沉陷区建设了漂浮式水面光伏电站。
[0007]再一方面，废弃煤矿的地热资源也同样值得关注。近年来，随着煤矿开采深度不断加深，煤矿开采面临着热害，如河北省煤矿区采掘深度已达600~800 m，有的甚至达到1200 m以深。河北省煤矿区的地热异常主要分布于邯郸市峰峰矿区、石家庄市元氏煤田、唐山市开滦矿区、河北平原的大城含煤区等。如峰峰矿区梧桐庄矿600 m，地温为24.3~41.9℃，在500~900 m的勘探深度内有16个钻孔的地温梯度在3℃/100 m以上，羊东矿1500 m，地热水温度达53.3℃。多数矿井生产时期把地热作为热害处理，少部分矿井也作为热源开发利用。煤矿一旦关闭后，地热已有益无害，地热资源的开发利用有着能源利用和减轻煤矿热害的双重意义，应引起足够重视。
[0008]目前，国内对于废弃矿井地表土地资源、地下空间资源和地热资源的开发利用处于刚刚起步阶段，缺乏基于废弃矿山太阳能、地热能和地下空间储能等多能互补模式联合开发和综合利用的工程案例和技术方案。

技术实现思路

[0009]为解决上述问题，本专利技术提供一种废弃煤矿的光伏
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抽水蓄能
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地热联合开发利用系统及建造方法，以实现太阳能、地热能和地下空间储能等多能互补模式联合开发和综合利用。
[0010]本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种废弃煤矿的光伏
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抽水蓄能
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地热联合开发利用系统，包括设置在煤矿地下空间的煤矿地下空间水库、设置在地面塌陷区的地面塌陷区水库、换热设备、热源利用端和光伏发电站；煤矿地下空间水库通过抽水取热井连通换热设备，降温后的地热水从换热设备出来通过地热水尾水输水管进入地面塌陷区水库，地面塌陷区水库通过回灌发电通道连通煤矿地下空间水库，抽水取热井上设有抽水泵，回灌发电通道上设有水力发电机组；热源利用端与换热设备之间设有循环水管道；地面塌陷区水库上方架设有光伏发电站的太阳能板；光伏发电站通过输电线连接抽水泵；煤矿地下空间为废弃煤矿采空区或和井巷工程。
[0011]其中，煤矿地下空间水库作为抽水蓄能电站的低位水库以及地热开发利用中地下蓄热水库，位于煤矿地下空间内，煤矿地下空间设置有环周的侧方隔水层、下端隔水层，环周的侧方隔水层、下端隔水层相互连接形成的侧方和底部隔水的隔水空间即煤矿地下空间水库，抽水取热通道、回灌发电通道分别与煤矿地下空间水库连通。
[0012]煤矿地下空间水库环周的侧方隔水层为注浆加固的防水煤柱、注浆加固的防水煤柱上端的注浆封堵的侧顶板和注浆加固的防水煤柱下端的注浆封堵的侧直接底板连接形成，下端隔水层为煤矿地下空间的注浆加固隔水底板层。
[0013]优选的，煤矿煤层为平缓煤层，要求煤矿煤层倾角不宜超过25
°
；且采区断层不发育，便于将所有采空区、井巷工程等地下空间整合成一个对外密闭性良好的大型煤矿地下空间并形成密闭性良好的煤矿地下空间水库。
[0014]优选的，煤矿地下空间需具备一定的埋深，煤矿地下空间的深度不宜小于300m，以便产生足够的地热，以及与地面塌陷区水库形成足够大的水头差从而形成较大的蓄能发电潜能。
[0015]优选的，煤矿宜处于大地热流值、地温梯度高异常区或者深大断裂导热带，以便形成高于区域平均地温梯度的地热资源。优选的，具有开发价值的地热资源宜分布在煤矿地下空间地温梯度高于当地区域平均地温梯度1～3℃/100m的煤矿。
[0016]优选的，对用于构建煤矿地下空间水库的侧方隔水层和下端隔水层岩层等进行全面注浆加固和注浆封堵，提升煤矿地下空间围岩的致密性，进而提升防水煤柱、隔水底板以及防水煤柱上下方岩层等的热导率，改善煤矿地下空间水库蓄热效果和蓄水防渗效果。注浆工艺采用全面注浆加固以及渗漏点重点注浆的原则，采用高压注浆，浆液以渗流形式扩散，在预定隔水岩层或隔水岩体中注浆深度不低于10m，注浆结束标准为：达到设计终压，浆液流量在40l/min以下，并持续20分钟以上。
[0017]其中，地面塌陷区水库作为抽水蓄能电站的高位水库和地热水取热后的尾水水
库，设置在煤矿地面塌陷区，并通过改造煤矿地面塌陷区形成。具体的，地面塌陷区水库所在的地面塌陷区下方设有底部隔水层，渗透系数为≤10
‑6m/s，侧方设有防水幕墙或地下防渗墙。底部隔水层可以通过铺设防渗土工膜或注浆加固和封堵改造地面塌陷区第四纪冲积层中的隔水层实现。
[0018]优选的，防渗土工膜厚度不宜小于5mm，抗渗强度应能保证在1.05MPa水压下48h不渗水，土工膜的渗透系数应小于10
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cm/s。
[0019]优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废弃煤矿的光伏
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抽水蓄能
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地热联合开发利用系统，其特征在于：包括设置在煤矿地下空间的煤矿地下空间水库、设置在地面塌陷区的地面塌陷区水库、换热设备、热源利用端和光伏发电站；煤矿地下空间水库通过抽水取热井连通换热设备，降温后的地热水从换热设备出来通过地热水尾水输水管进入地面塌陷区水库，地面塌陷区水库通过回灌发电通道连通煤矿地下空间水库，抽水取热井上设有抽水泵，回灌发电通道上设有水力发电机组；热源利用端与换热设备之间设有循环水管道；地面塌陷区水库上方架设有光伏发电站的太阳能板；光伏发电站通过输电线连接抽水泵；煤矿地下空间为废弃煤矿采空区或和井巷工程。2.根据权利要求1所述的废弃煤矿的光伏
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抽水蓄能
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地热联合开发利用系统，其特征在于：煤矿地下空间设置有环周的侧方隔水层、下端隔水层，环周的侧方隔水层、下端隔水层相互连接形成的侧方和底部隔水的隔水空间即煤矿地下空间水库，抽水取热井、回灌发电通道分别与煤矿地下空间水库连通；地面塌陷区水库，地面塌陷区下方设有底部隔水层，底部隔水层的渗透系数为≤10
‑6m/s，侧方设有防水幕墙或地下防渗墙。3.根据权利要求2所述的废弃煤矿的光伏
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抽水蓄能
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地热联合开发利用系统，其特征在于：煤矿地下空间的环周的侧方隔水层为注浆加固的防水煤柱、注浆加固的防水煤柱上端的注浆封堵的侧顶板和注浆加固的防水煤柱下端的注浆封堵的侧直接底板连接形成，下端隔水层为煤矿地下空间的注浆加固的隔水底板层。4.根据权利要求2所述的废弃煤矿的光伏
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抽水蓄能
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地热联合开发利用系统，其特征在于：底部隔水层为厚度大于等于10m的黏土层，压实度大于等于90%；或，底部隔水层为铺设的防渗土工膜，土工膜厚度大于等于5mm，抗渗强度应能保证在1.05MPa水压下48h不渗水，土工膜的渗透系数小于10
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cm/s。5.根据权利要求1所述的废弃煤矿的光伏
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抽水蓄能
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地热联合开发利用系统，其特征在于：煤矿地下空间水库通过抽水取热井连通有地面地热水输送管线Ⅰ，地面地热水输送管线Ⅰ与换热设备相连，经...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢邦稳，刘长武，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：