一种露天矿坑回填建造地下储气库的方法及地下储气库 |
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| 申请号 | CN202410180888.5 | 申请日 | 2024-02-18 | 公开(公告)号 | CN117988926A | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
| 申请人 | 中国地质大学(武汉); | 发明人 | 张国华; 孙雨辰; 华东杰; 熊峰; 唐志成; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于压缩空气储能技术领域，提供一种 露天矿 坑回填建造地下储气库的方法及地下储气库,包括在露天废弃矿坑的底部深挖至挖除部分基岩，在基岩上建造地下储气库；建造竖井，使竖井的底部与地下储气库连通，在竖井中铺设若干与地下储气库内部连通的输气管道，同时在矿坑底部建造人工围岩，包裹地下储气库和竖井的底部；将临近待采矿山中的剥采弃渣回填至露天废弃矿坑中形成回填区，并使竖井的顶部从回填区的顶部露出，使竖井内的若干输气管道与地表的 压缩机 和膨胀机相连。本发明可以解决传统储气硐室施工成本大、难度高的问题，又可以解决临近剥采矿渣的消纳、地灾防治和生态修复问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种露天矿坑回填建造地下储气库的方法，其特征在于，包括如下操作步骤： |
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| 说明书全文 | 一种露天矿坑回填建造地下储气库的方法及地下储气库技术领域[0001] 本发明属于压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种露天矿坑回填建造地下储气库的方法及地下储气库。 背景技术[0002] 压缩空气储能(Compressed Air Energy Storage，简称CAES)是利用压缩空气作为介质来储存能量和发电的新型物理储能技术，能够实现能源的大规模储存和调度，提高 电力系统的稳定性和可靠性。与抽水储能、电化学储能等方式相比，CAES具有使用寿命长、规模大、成本低、环境友好和维护方便等优点而被广泛关注，是目前最具前景的储能技术。 [0003] 储气库是储存高压空气的构筑物，一般采用单独开挖的形式建造于深部地下岩体中。单独建造的压缩空气储能地下储气库不但造价高昂、施工工艺复杂，而且场址选取受限于地质条件制约，优良场址难于获得。然而，露天矿山在经过大规模的开采之后，往往会留下大规模的露天深坑，按矿渣就地消纳、地灾防治、生态恢复的理念，必然对废弃矿坑要进行回填处理，但是单纯的回填作业又会浪费大量的资金、人力、物力。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种露天矿坑回填建造地下储气库的方法及地下储气库，以解决上述问题，达到解决传统储气硐室施工成本大、难度高的问题，又解决临近剥采矿渣的消纳、地灾防治和生态修复问题的目的。 [0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种露天矿坑回填建造地下储气库的方法，包括如下操作步骤： [0006] 在露天废弃矿坑的底部深挖至挖除部分基岩，在基岩上建造地下储气库； [0007] 建造竖井，使竖井的底部与地下储气库连通，在竖井中铺设若干与地下储气库内部连通的输气管道，同时在矿坑底部建造人工围岩，包裹地下储气库和竖井的底部； [0010] 优选的，人工围岩的建造采用分层错缝施工的施工方式。 [0011] 优选的，竖井采用自下而上的方式建造，随回填区的回填逐步升高。 [0012] 一种地下储气库，包括储气库和堵头，所述堵头设置在所述储气库的中部且所述堵头与所述储气库的内部连通，所述竖井的底部与所述堵头连通。 [0013] 优选的，所述储气库的侧壁由内到外包括钢衬、滑动层和初衬支护层，所述滑动层用于降低所述钢衬与所述初衬支护层间的结构约束，减少因所述钢衬内压缩气体进出时温度变化所带来的形变对初衬支护层结构的压力。 [0014] 优选的，所述滑动层包括细砂和油毡。 [0016] 优选的，若干所述输气管道远离所述压缩机和膨胀机的一端贯穿所述堵头的侧壁和所述储气库的侧壁并与所述储气库的内部连通。 [0017] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果： [0018] 1、本发明采用露天废弃矿坑作为压气储能储气库场址，在响应地灾防治、生态恢复对废弃矿坑回填的必然要求同时，充分利用其资源优势，采用回填的方式掩埋储气库，避免压缩空气储能地下储气库建造单独开挖岩体，使得压气储能库的建设成本大大降低。 [0020] 3、本发明中，充分利用其资源优势，采取由内而外、自下而上的方式修建压气储能储气库，避免压缩空气储能地下储气库建造单独开挖岩体，其修建方式简单可行，在电力调储、生态保护、资源开发、成本节约和技术可行等方面实现多赢。 [0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0023] 图1为本发明储气库及待开挖新矿坑示意图； [0024] 图2是本发明临近矿山剥采弃渣回填示意图； [0025] 图3是本发明总体施工完成整体剖面图； [0026] 图4是本发明储气库和人工围岩的三维透视图； [0027] 图5是本发明储气库的分层示意图； [0028] 图6是本发明储气库的剖面示意图； [0029] 图7是本发明堵头的结构示意图； [0030] 其中，1、储气库；2、堵头；3、人工围岩；4、基岩；5、岩土体；6、回填区；7、竖井；8、输气管道；9、钢衬；10、滑动层；11、钢筋网；12、初衬支护层；13、露天废弃矿坑；14、临近待采矿山；15、气密门；16、排水管道；17、检修通道。 具体实施方式[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。 [0032] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0033] 参照图1‑图7，本发明提供了一种露天矿坑回填建造地下储气库的方法，包括如下操作步骤： [0034] 在露天废弃矿坑13的底部深挖至挖除部分基岩4，在基岩4上建造地下储气库； [0035] 露天废弃矿坑13的直径应在一千米以上，深度在一百米以上，以确保有足够的空间容纳地下储气库、竖井7和人工围岩3等结构，同时进行回填时可充分消纳临近待采矿山 14中的剥采弃渣，并避免露天边坡发生地质灾害；同时，恢复初始地貌并为实施生态修复提供条件。 [0036] 建造竖井7，使竖井7的底部与地下储气库连通，在竖井7中铺设若干与地下储气库内部连通的输气管道8，同时在矿坑底部建造人工围岩3，包裹地下储气库和竖井7的底部； [0037] 地下储气库建造时，将若干输气管道8从地下储气库中引出，在地下储气库上建造与其连通的竖井7时，使若干输气管道8随竖井7的建造一通铺设。在竖井7的建造高度超过 一定高度后，浇注人工围岩3，将地下储气库以及部分竖井7进行包裹。 [0038] 将临近待采矿山14中的剥采弃渣回填至露天废弃矿坑13中形成回填区6，并使竖井7的顶部从回填区6的顶部露出，使竖井7内的若干输气管道8与地表的压缩机和膨胀机相 连。 [0039] 人工围岩3浇注完成后，将临近待采矿山14中的剥采弃渣回填至露天废弃矿坑13中，逐步形成回填区6。回填区6形成过程中，继续建造竖井7，使竖井7随回填区6的回填逐步升高，直至回填区6回填至地表附近。 [0040] 进一步优化方案，竖井7中设置有检修电梯(图中未示出)。 [0041] 设置检修电梯可方便工作人员对地下储气库进行检修。 [0042] 进一步优化方案，竖井7中输气管道8的数量为两条，两组输气管道8分别向地下储气库中进气和从地下储气库中出气。竖井7可为输气管道8提供可靠的防护，确保输气管道8与地下储气库和地面的压缩机、膨胀机可靠连接， [0043] 进一步优化方案，在露天废弃矿坑13的底部深挖至挖除部分基岩4后，在基岩4的顶部搭建支架并铺设排水管道16，地下储气库建造在支架上。 [0044] 如图3所示，地下储气库在支架上建造完成后，应确保地下储气库的下部处于基岩4所形成的基岩层以下。 [0045] 进一步优化方案，人工围岩3的建造采用分层错缝施工的施工方式。 [0046] 人工围岩3由混凝土浇注而成，施工时，将地下储气库和竖井7的底部部分结构进行整体浇注。人工围岩3包裹在地下储气库外侧一定范围内，为地下储气库提供可靠的支撑条件。采用分层错缝施工的方式，可以完整地密封地下储气库和竖井7的底部部分结构。 [0047] 进一步优化方案，竖井7采用自下而上的方式建造，随回填区6的回填逐步升高。 [0048] 一种地下储气库，包括储气库1和堵头2，堵头2设置在储气库1的中部且堵头2与储气库1的内部连通，竖井7的底部与堵头2连通。 [0049] 储气库1的主要作用是储存高压空气；堵头2的主要作用是固定输气管道8并将储气库1与竖井7连通，方便空气在储气库1和地面压缩机、膨胀机之间流通，同时可方便工作人员进入到储气库1中进行检修等工作。 [0050] 堵头2设置在储气库1的中部，可有效减小充放气过程中的能量损失。 [0051] 进一步优化方案，储气库1的侧壁由内到外包括钢衬9、滑动层10和初衬支护层12，滑动层10用于降低钢衬9与初衬支护层12间的结构约束，减少因钢衬9内压缩气体进出时温度变化所带来的形变对初衬支护层12结构的压力。 [0052] 进一步优化方案，滑动层10包括细砂和油毡。 [0053] 具体的，施工时，油毡沿环向紧密铺设在钢衬9的外侧，油毡铺设完成后，将细砂颗粒均匀地喷设在油毡表面，在提供支撑并保护油毡的同时，可以有效减小钢衬9与初衬支护层12之间的摩擦阻力，使得钢衬9和初衬支护层12能够在钢衬9内的气压变化时，两者之间可以自由地滑动。 [0054] 如图5和图6所示，在基岩4上架设好支架后，储气库1按钢衬9、滑动层10和初衬支护层12的方向施工，具体的，将钢衬9固定连接在支架上后，将细砂和油毡铺设在钢衬9上，之后，在铺设有细砂和油毡的钢衬9上搭建横向钢筋和纵向钢筋，以形成双层和多层钢筋网 11，钢筋网11搭建完成后，浇注混凝度以形成初衬支护层12，初衬支护层12的浇注厚度不得小于300mm。 [0055] 钢衬9由Q345钢制造，其厚度控制在5‑30mm之间，用作储气库1的钢衬密封。 [0056] 滑动层10位于钢衬9和初衬支护层12之间，允许钢衬9和初衬支护层12之间产生滑动，从而可降低钢衬9与初衬支护层12间的结构约束，减少因钢衬9内压缩气体进出时温度 变化所带来的形变对初衬支护层12结构的压力。 [0057] 进一步优化方案，堵头2的内部设置有检修通道17，检修通道17的一端与储气库1的内部连通，检修通道17的另一端与竖井7的底部连通，检修通道17内沿检修通道17的方向设置有两组气密门15。 [0058] 进一步优化方案，若干输气管道8远离压缩机和膨胀机的一端贯穿堵头2的侧壁和储气库1的侧壁并与储气库1的内部连通。 [0059] 如图7所示，堵头2采用加密钢筋混凝土浇筑。检修通道17内安装的两道气密门15，靠近储气库1的为高压门，远离储气库1的为低压门。同时，将进气和出气的两条输气管道8从钢衬9内部延伸出来，并穿过堵头2内部的钢筋至竖井7内，紧贴竖井7内壁并跟随竖井7施工进度建造，并最终与地表的压缩机、膨胀机相连。 [0060] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 |
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