一种采煤塌陷地的支撑装置及地热利用系统和利用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种采煤塌陷地的支撑装置及地热利用系统和利用方法，浮动平台的底部连接有用于将其扶正在地层中的外部框架，由于外部框架具有一定的框架式结构，使其能够带浮动平台稳定保持在地层中，且通过外部框架能够较为容易的将浮动平台扶正，外部框架呈轴心竖直延伸的环形结构，取热平台的顶部连接有用于将其扶正在地层中的内部框架，由于内部框架具有一定的框架式结构，使其能够带取热平台稳定保持在地层中，且通过内部框架能够较为容易的将取热平台扶正，内部框架沿竖直方向滑动插接在外部框架中，并伸出浮动平台，使得内部框架和外部框架形成框架式的套接结构，进一步增强两者的刚度，保证整个装置在地层内的稳定性。保证整个装置在地层内的稳定性。保证整个装置在地层内的稳定性。

A support device for coal mining subsidence and geothermal utilization system and method

【技术实现步骤摘要】
一种采煤塌陷地的支撑装置及地热利用系统和利用方法


[0001]本专利技术涉及能源利用
，特别是涉及一种采煤塌陷地的支撑装置及地热利用系统和利用方法。

技术介绍

[0002]众所周知，煤矿开采会引起地面塌陷，而地面塌陷的范围和幅度受煤矿开采形成采空区影响，以一些采矿地区为例，主要可采煤层总厚度约6
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15米，根据土地复垦方案对地面塌陷下沉量的预测，所有煤层开采后，地面完全沉陷后沉陷幅度可达5
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10m，沉陷后地表产生大量积水，由于地面下沉稳沉周期较长，稳沉期地面持续下陷，积水区无法进行基础建设和农田种植，且积水为热的不良导体，进而不能方便的利用地热清洁能源，产生了大量的土地浪费。
[0003]专利文件CN113432322A公开了采煤塌陷区地表水、采空区、地热综合利用方法及试验设备，其先确定地热水汇集区,根据地热水汇集区的位置确定巷道布置和地表水渠的布置；地热水汇集区包括断层和地热储层的交界区域,在断层区域和地热储层区域容易积聚大量热水,方便热交换，进而在大巷内布置热能交换设备,地热水经地热水抽管道被抽采至热能交换站的热能交换设备,将热能提取后输送至地面继续利用。其中在矿井服务到期,矿井封井之前,在大巷内的钻井硐室内打设地热井,分别向地热水汇集区布置地热水抽采管道。以解决地热利用的水源问题，但是其必须得等到地面完全塌陷后才能对地热进行开发，容易受地层结构变化的影响，而且其管路设置复杂，铺设过程困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种采煤塌陷地的支撑装置及地热利用系统和利用方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过外部框架和内部框架分别方便扶正浮动平台和取热平台，进而在随地面塌陷时，取热平台随地层下移至恒温层，浮动平台依靠积水上浮至地表层，保证对地热的有效利用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种应用于采煤塌陷地的支撑装置，包括依靠自身浮力升至地表层的浮动平台、随地面塌陷下移至恒温层的取热平台，所述浮动平台的底部连接有用于将其扶正在地层中的外部框架，所述外部框架呈轴心竖直延伸的环形结构，所述取热平台的顶部连接有用于将其扶正在地层中的内部框架，所述内部框架沿竖直方向滑动插接在所述外部框架中，并伸出所述浮动平台，所述内部框架和所述浮动平台上均设有若干可延长的绳索，并通过所述绳索分别吊挂所述外部框架和所述取热平台。
[0006]优选的，所述外部框架包括底部支撑环及若干外部连接杆，所述外部连接杆沿周向等间隔设置在所述底部支撑环和所述浮动平台之间。
[0007]优选的，所述浮动平台包括环状的支撑空腔，所述支撑空腔内填充有用于增加其浮力的泡沫软塑，所述内部框架穿过所述支撑空腔的内侧开口，所述外部连接杆环绕连接
在所述内侧开口周围。
[0008]优选的，所述内部框架包括若干内部连接杆及位于所述浮动平台上方的顶部支撑环，所述内部连接杆沿周向等间隔设置在所述顶部支撑环和所述取热平台之间，所述内部连接杆穿过所述底部支撑环并伸出所述内侧开口。
[0009]优选的，用于吊挂所述内部框架的所述绳索连接在所述顶部支撑环和所述底部支撑环之间，并沿所述顶部支撑环和所述底部支撑环周向等间隔设置。
[0010]还提供一种地热利用系统，包括所述支撑装置、设置在所述内部框架上的循环泵组、分别设置在所述取热平台和所述浮动平台上的管网结构和换热管路，所述管网结构与所述换热管路之间连通有可延长的连接管路，所述管网结构、所述换热管路、所述连接管路与所述循环泵组循环连通。
[0011]优选的，所述管网结构包括环形的支撑管、若干交织连接在所述支撑管内侧的管网管道，所述管网管道由若干导流管依次连通组成，相邻两所述导流管之间连通有可变形的关节管道。
[0012]优选的，所述外部连接杆和所述底部支撑环均为中空管状结构，并与所述换热管路相连通，所述内部连接杆和所述顶部支撑环均为中空管状结构，并与所述管网结构相连通，各所述绳索均绑缚有与其同步延长的所述连接管路，所述换热管路和所述管网结构之间、所述顶部支撑环和所述底部支撑环之间均对应连通有所述连接管路。
[0013]优选的，所述循环泵组为热泵机组并设置在所述顶部支撑环上。
[0014]还提供一种地热利用方法，包括如下步骤：
[0015]塌陷区开挖：在地面塌陷区尚未塌陷前，开挖土方，并安装所述支撑装置，将取热平台安装在开挖区底部，扶正内部框架和外部框架，将浮动平台保持在开挖区顶部，并进行掩埋；
[0016]塌陷区自塌陷：地面沉陷后，取热平台和内部框架下沉至恒温层，地表产生积水，浮动平台在积水的浮力作用下，且通过调整绳索的伸缩量，使得浮动平台浮于地表层；
[0017]换热：导通热泵机组、所述换热管路、所述管网结构、所述顶部支撑环、所述底部支撑环及所述连接管路，通过循环换热介质将恒温层的热量输送至地表层。
[0018]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0019]第一，浮动平台的底部连接有用于将其扶正在地层中的外部框架，由于外部框架具有一定的框架式结构，具有一定的刚度，使其能够带浮动平台稳定保持在地层中，且通过外部框架能够较为容易的将浮动平台扶正，保证浮动平台能够在积水聚集的情况下稳定上移，外部框架呈轴心竖直延伸的环形结构，取热平台的顶部连接有用于将其扶正在地层中的内部框架，由于内部框架具有一定的框架式结构，具有一定的刚度，使其能够带取热平台稳定保持在地层中，且通过内部框架能够较为容易的将取热平台扶正，保证取热平台随地面下陷稳定下移，内部框架沿竖直方向滑动插接在外部框架中，并伸出浮动平台，使得内部框架和外部框架形成框架式的套接结构，进一步增强两者的刚度，保证整个装置在地层内的稳定性，避免其随地面塌陷和积水移动导致整个装置的移动，使其不能稳定的利用地热，内部框架和浮动平台上均设有若干可延长的绳索，并通过绳索分别吊挂外部框架和取热平台，通过设置绳索将内部框架、外部框架、浮动平台和取热平台的互相挂吊，进一步保证整个装置的结构稳定性，而且在浮动平台受到浮力的过程中，通过内部框架上的绳索收缩，将
抬高外部框架并带浮动平台上移，使得浮动平台稳定移动至地表处。
[0020]第二，外部框架包括底部支撑环及若干外部连接杆，外部连接杆沿周向等间隔设置在底部支撑环和浮动平台之间，通过底部支撑环和外部连接杆的设置构成外部框架，减少对土壤和积水流动的限制，保证了浮动平台带外部框架上升时，减少其受到的阻力作用，而且外部连接杆的均匀布置，使得外部框架在移动的过程中更加平衡。
[0021]第三，浮动平台包括环状的支撑空腔，支撑空腔内填充有用于增加其浮力的泡沫软塑，通过增加泡沫软塑使得浮动平台更容易受到积水的浮力作用，减少绳索的拉力，内部框架穿过支撑空腔的内侧开口，外部连接杆环绕连接在内侧开口周围，保证了外部连接杆能够均匀连接在浮动平台上，进一步保证了浮动平台的平衡效果。
[0022]第四，内部框架包括若干内部连接杆及位于浮动平台上方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于采煤塌陷地的支撑装置，其特征在于，包括依靠自身浮力升至地表层的浮动平台、随地面塌陷下移至恒温层的取热平台，所述浮动平台的底部连接有用于将其扶正在地层中的外部框架，所述外部框架呈轴心竖直延伸的环形结构，所述取热平台的顶部连接有用于将其扶正在地层中的内部框架，所述内部框架沿竖直方向滑动插接在所述外部框架中，并伸出所述浮动平台，所述内部框架和所述浮动平台上均设有若干可延长的绳索，并通过所述绳索分别吊挂所述外部框架和所述取热平台。2.根据权利要求1所述的应用于采煤塌陷地的支撑装置，其特征在于，所述外部框架包括底部支撑环及若干外部连接杆，所述外部连接杆沿周向等间隔设置在所述底部支撑环和所述浮动平台之间。3.根据权利要求2所述的应用于采煤塌陷地的支撑装置，其特征在于，所述浮动平台包括环状的支撑空腔，所述支撑空腔内填充有用于增加其浮力的泡沫软塑，所述内部框架穿过所述支撑空腔的内侧开口，所述外部连接杆环绕连接在所述内侧开口周围。4.根据权利要求3所述的应用于采煤塌陷地的支撑装置，其特征在于，所述内部框架包括若干内部连接杆及位于所述浮动平台上方的顶部支撑环，所述内部连接杆沿周向等间隔设置在所述顶部支撑环和所述取热平台之间，所述内部连接杆穿过所述底部支撑环并伸出所述内侧开口。5.根据权利要求4所述的应用于采煤塌陷地的支撑装置，其特征在于，用于吊挂所述内部框架的所述绳索连接在所述顶部支撑环和所述底部支撑环之间，并沿所述顶部支撑环和所述底部支撑环周向等间隔设置。6.一种应用如权利要求4或5所述应用于采煤塌陷地的支撑装置的地热利用系统，其特征在于，包括所述支撑装置、设置在所述内部框...

【专利技术属性】
技术研发人员：路小慧，张丰，马晓峰，邹晔，刘肖，郑慧铭，史启朋，肖华，宋帅良，王乐，
申请(专利权)人：山东省鲁南地质工程勘察院山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队，
类型：发明
国别省市：