【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及采矿工程领域；尤其涉及一种矿山地下空间响应式增强型储热充填系统及储能方法。
技术介绍
1、储能作为能源革命的关键支撑技术，是推动可再生能源大规模接入、提高电力系统效率和区域能源系统效率的迫切需要。矿山地下空间具备体积大、温度稳定、承压能力高等优点，是储能的理想场所。攻克深部矿山地下空间储能系列基础理论和关键技术难题。现阶段煤炭开采面临能源安全保供、生态环境保护、降碳减排等诸多压力，煤炭绿色低碳发展势在必行。随着煤矸石、粉煤灰等煤基固废的排放及处理问题越来越严峻，煤基固废处置已成为制约煤炭绿色高效开采的关键环节。煤基固废充填开采技术契合煤炭绿色智能开采与洁净高效低碳利用的主要攻关方向，在地表沉陷控制、生态环境保护、矿山固废处置与利用、绿色低碳减排等方面具有显著的技术优势。
2、近年来，围绕矿山生产实践及其对充填功能的需求，充填开采技术仍在不断发展。然而，伴随产业智能化升级、深部开采及煤基固废资源化利用等全新的机遇与挑战，深入开展煤基固废充填开采中的理论与技术研究迫在眉睫。对于生产矿山，高成本问题一直是困扰充填采矿技术广泛应用的关键所在，国内外学者就煤矿系统减碳新模式提出了技术经济可行的功能性充填开采方法，拓展了传统矿山充填功能，为生产矿山或废弃矿山转型升级提供了新路径。煤矿采空区增强型蓄热充填技术有效减轻了煤基固废对环境的负面影响，同时解决了回采后及资源枯竭闭井后充填材料再利用的问题，为促进煤炭安全高效绿色低碳开发，延续赋煤区生命周期提供了新思路。
3、现有利用煤炭地下空间进行储能主要是通过将
4、不同的储能方式中，电化学储能可能出现副产物，对地下环境造成严重污染，压缩空气储能可能存在气体爆炸或泄漏的危险，缺乏成熟的监管体系等问题。目前已有的利用充填材料进行蓄热储能的研究中，其蓄热温度一般较低，且多与地热协同开发，充填材料主要选用黏土、粉煤灰、煤矸石或其制作的胶结料等，不能完全满足储热储能需求，急需研发一种更加经济高效的储热储能充填材料及方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供了一种矿山地下空间响应式增强型储热充填系统及储能方法。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种矿山地下空间响应式增强型储热充填系统，包括：电缆1，废电收集系统2，充填料浆制备系统3，输送管路4，工业余热储存器5，热能抽采设备6，发电机7，用户端8，进水通道9，出水通道10，流量计11，泥岩地层12，砂岩地层13，应力传感器14，位移传感器15，热能抽采管道16，增强型储热充填体17，温度传感器18，电阻丝19；
4、其中，热能抽采管道16的作用端设置在增强型储热充填体17内部，其另一端分别与进水通道9、出水通道10连接；
5、增强型储热充填体17中每层均匀设置有温度传感器18，实时监测温度变化并将数据传输给地面数据中心进行分析。同时设置过热保护装置，基于数据分析结果，自动控制相关设备，本专利技术储热温度不超过200℃，以确保充填体稳定性。
6、增强型储热充填体17的顶板设置有应力传感器14和位移传感器15，实时监测顶板应力和位移大小，确保围岩的稳定性。
7、在地面通过充填料浆制备系统3将配制好的充填膏体通过输送管路4输送至地下增强型储热充填体17的填充区。增强型储热充填体17需要充满整个地下空间并且接顶，保证热量的积聚及储存。增强型储热充填体17需要固结并养护至少28天，使其具有一定的强度支撑围岩，保证地下空间围岩的稳定性。
8、电阻丝19与热能抽采管道16上下间隔交错设置。
9、优选地，所述热能抽采管道16的作用端为相互平行的双层面设置；其中每层为多个环形管道等间距排布设置；所述电阻丝19设置在每层相邻环形管道间，实现热量均匀分布。
10、本专利技术还涉及前述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统的储能方法，包括：
11、步骤1，煤炭地下空间选址；
12、步骤2，充填膏体的制备；
13、步骤3，储热管道系统布置；
14、步骤4，电阻加热系统布置；
15、步骤5，监测系统布置；
16、步骤6，增强型蓄热充填系统构筑；
17、步骤7，谷电/弃电/余热转换、存储与利用。
18、优选地，所述步骤1的具体步骤如下：
19、选择地层稳定、岩性致密、无明显断层和岩溶发育的区域，适宜储热储能地层的分布情况从上到下依次为：泥岩地层12，砂岩地层13，增强型储热充填体17的填充区；
20、在确保储能空间安全性的同时实现热量的充分集聚与高效传递；增强型储热充填体17与具有高导热系数的砂岩13相邻，远端为导热性较差的泥岩12，使得增强型储热充填体17中的热量能够快速高效地传递至砂岩13，从而提高增强型储热充填体17与热能抽采管道16之间的热交换效率。泥岩12由于导热能力较差从而有效抑制了充填体-砂岩中热能的耗散，增强了蓄热系统的储热能力。
21、优选地，所述步骤2的具体步骤如下：
22、将所述填充膏体的各组分按配比混合即可，各组分配比如下：
23、水泥占总量8～10％，粉煤灰占总量25～28％，矸石占总量38～40％，石墨纳米粒子占总量1～3％，陶瓷纳米粒子占总量1～3％。
24、将煤矸石破碎并将其按照泰波级数进行配比，将煤矸石分别破碎为0～5、5～10、10～15、15～20mm粒径的矸石，并将矸石根据泰波级数进行配比。0～5mm占50％，5～10mm占21％，10～15mm占16％，15～20mm占13％；本专利技术采用上述配比显著提高充填体热物理性能，实现高效储热。
25、优选地，所述步骤3的具体步骤如下：
26、在增强型储热充填体17的填充区预埋热能抽采管道16的作用端，用于储采热量，分层采用环状布局，作用端为双层结构，层间距为1m；每层的管道直径为0.1m，管间距为1m。
27、优选地，所述步骤4的具体步骤如下：
28、在增强型储热充填体17的填充区预先分层均匀安装电阻丝19，电阻丝19材质为镍铜；电阻丝19与热能抽采管道16上下间隔交错设置；层间间隔1m，层间距为1m，与储热管道上下间隔交错布置，在相邻两层管道间安装电阻丝，实现热量均匀分布。其中，电阻丝发热量q＝i2rt。
29、电能来源为风光弃电、谷电(以下统称为废电)等，通过控制电阻丝的电流大小和通电时间，均匀加热增强型储热充填体17进而进行储热储能。
30、优选地，所述步骤5的具体步骤如下：
31、在增强型储热充填体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种矿山地下空间响应式增强型储热充填系统，其特征在于，包括：电缆(1)，废电收集系统(2)，充填料浆制备系统(3)，输送管路(4)，工业余热储存器(5)，热能抽采设备(6)，发电机(7)，用户端(8)，进水通道(9)，出水通道(10)，流量计(11)，泥岩地层(12)，砂岩地层(13)，应力传感器(14)，位移传感器(15)，热能抽采管道(16)，增强型储热充填体(17)，温度传感器(18)，电阻丝(19)；
2.如权利要求1所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统，其特征在于，所述热能抽采管道(16)的作用端为相互平行的双层面设置；其中每层为多个环形管道等间距排布结构；所述电阻丝(19)设置在每层相邻环形管道间。
3.一种如权利要求1所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统的储能方法，其特征在于，包括：
4.如权利要求3所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统的储能方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤如下：
5.如权利要求3所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统的储能方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤如下：p>
6.如权利要求3所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统的储能方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤如下：
7.如权利要求3所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统的储能方法，其特征在于，所述步骤4的具体步骤如下：
8.如权利要求3所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统的储能方法，其特征在于，所述步骤5的具体步骤如下：
9.如权利要求3所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统的储能方法，其特征在于，所述步骤6的具体步骤如下：
10.如权利要求3所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统的储能方法，其特征在于，所述步骤7的具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种矿山地下空间响应式增强型储热充填系统，其特征在于，包括：电缆(1)，废电收集系统(2)，充填料浆制备系统(3)，输送管路(4)，工业余热储存器(5)，热能抽采设备(6)，发电机(7)，用户端(8)，进水通道(9)，出水通道(10)，流量计(11)，泥岩地层(12)，砂岩地层(13)，应力传感器(14)，位移传感器(15)，热能抽采管道(16)，增强型储热充填体(17)，温度传感器(18)，电阻丝(19)；
2.如权利要求1所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统，其特征在于，所述热能抽采管道(16)的作用端为相互平行的双层面设置；其中每层为多个环形管道等间距排布结构；所述电阻丝(19)设置在每层相邻环形管道间。
3.一种如权利要求1所述的矿山地下空间响应式增强型储热充填系统的储能方法，其特征在于，包括：
4.如权利要求3所述的矿山地下空间响应式增...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕超，吕文玉，孙强，伍永平，解盘石，胡建军，姬松涛，郭凯，高馨蕊，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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