CN108825289A - 矿井余热梯级利用一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井余热梯级利用一体化系统，包括矿井深层余热利用系统和矿井浅层余热利用系统，矿井深层余热利用系统包括供电系统和供热水系统，供电系统包括依次连接的深层余热热管采集系统、第一换热器和发电系统，第一换热器和供电系统均与供热水系统连接；矿井浅层余热利用系统包括水制热制冷系统和新风处理系统，水制热制冷系统包括地埋管、热泵机组和地板辐射管系统，地埋管的两端和地板辐射管的两端均与热泵机组连接，房屋的室内与新风处理系统连接，热泵机组与发电系统和供热水系统均连接。本发明分层次利用矿井余热，实现了余热最大化利用；达到减轻矿井热害这一严重问题，节能环保，结构简单。

Description

矿井余热梯级利用一体化系统

技术领域

本发明属于矿井余热利用技术领域，具体是涉及一种矿井余热梯级利用一体化系统。

背景技术

由于长期开采，浅部资源日趋枯竭，大部分煤矿已进入深部开采状态。深部高温热害则是深部矿井普遍面临的难题，矿井热环境问题日益成为制约深部矿床有效开采的重要因素。现有矿井降温技术与地热资源利用并没有很好结合；另一方面，室内舒适环境调节存在诸多问题，例如制热、制冷系统复杂，耗能比较大，噪音大、舒适性不甚理想。传统供热方式导致出现雾霾、粉尘等环境问题，这就使得研究新型能源、优化现有室内制热制冷系统显得尤为必要，而多联供系统正在被探索应用，有待进一步完善。现有地热资源的利用多采用U型井、利用水进行热量传输，存在热耗散严重且需水量大、浅层热量利用较多而深层浪费等问题，而且多以热量形式输送出来直接利用，热能利用率较低。集矿井开采与地热资源利用协同化发展刚刚起步，相关研究急需进一步探究，因此，设计一种矿井余热梯级利用一体化系统很有必要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种矿井余热梯级利用一体化系统，该系统最大限度分层次利用矿井余热，深层余热提取用来发电供给建筑暖通设备及生活热水耗能，浅层余热提取供给建筑制热制冷所需能耗，从而实现了余热最大化利用；同时达到减轻矿井热害这一严重问题，节能环保，结构简单。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：包括提取矿井深层余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活热水的矿井深层余热利用系统和提取矿井浅层余热对室内进行制热制冷的矿井浅层余热利用系统，所述矿井深层余热利用系统包括供电系统和供热水系统，所述供电系统包括依次连接的深层余热热管采集系统、第一换热器和发电系统，所述第一换热器和发电系统均与供热水系统连接；所述矿井浅层余热利用系统包括水制热制冷系统和新风处理系统，所述水制热制冷系统包括地埋管、热泵机组和地板辐射管系统，所述地埋管的两端和地板辐射管系统的两端均通过管道与热泵机组连接，所述地埋管设置在浅层矿井内，所述地板辐射管系统设置在房屋的室内地面下，所述房屋的室内与新风处理系统连接，所述热泵机组与发电系统和供热水系统均连接。

上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述深层余热热管采集系统包括热管外壳、内置套管、泡沫铁镍材料、蒸汽通道和冷凝水通道，所述内置套管同心设置在热管外壳内，所述内置套管的上端开口、下端与热管外壳的底部焊接密实，所述泡沫铁镍材料焊接在内置套管与热管外壳的下部之间，所述蒸汽通道的一端与热管外壳的上端连通，所述冷凝水通道的一端与热管外壳的上部连通，所述蒸汽通道上依次安装有第一压力表和第一温度计，所述冷凝水通道上依次安装有介质计量加注器、第二压力表和抽真空阀门；所述蒸汽通道的另一端和冷凝水通道的另一端均与第一换热器的蒸发端连接，所述热管外壳竖直设置且底部位于深层矿井区内，所述内置套管位于矿井区的热管外壳内，所述蒸汽通道和冷凝水通道均位于矿井区外。

上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述第一压力表设置在靠近蒸汽通道与热管外壳连接的一端，所述介质计量加注器设置在靠近冷凝水通道与热管外壳连接的一端。

上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述内置套管的上部直径小于内置套管的下部直径，所述内置套管的下部与其对应外侧的热管外壳段共同构成蒸发段，所述内置套管的上部与其对应外侧的热管外壳段共同构成绝热段。

上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述地埋管设置在浅层矿井回填区内。

上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述供热水系统包括储水罐、自来水进水管和生活用水管道，所述储水罐的内部分为热水仓和冷水仓，所述自来水进水管的一端与所述冷水仓的冷水进口连接，所述自来水进水管上安装有开关阀，所述生活用水管道的一端与所述热水仓的底部热水出口连接，所述生活用水管道的另一端与所述热水仓的顶部热水进口连接，所述生活用水管道上设置有多个喷头；所述热水仓的底部热水进口和所述冷水仓的冷水出口均通过管道与第一换热器连接，所述热水仓的底部热水进口和所述冷水仓的冷水出口均通过管道与热泵机组连接。

上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述发电系统包括蒸发器、膨胀机、发电机、内回热器、冷凝器和工质泵，所述蒸发器、膨胀机、内回热器、冷凝器和工质泵通过管道依次连接，所述内回热器通过管道与蒸发器连接，所述工质泵通过管道与内回热器连接，所述膨胀机与发电机连接，所述发电机与热泵机组连接且为热泵机组供电；所述蒸发器的热源进口和冷凝水出口均通过管道与第一换热器的冷凝端连接，所述冷凝器的自来水进口通过管道与所述冷水仓的冷水出口连接，所述冷凝器的热水出口通过管道与所述热水仓的底部热水进口连接。

上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述地板辐射管系统包括地板辐射管、辅助热管和卡壳，所述辅助热管通过卡壳倾斜固定在地板辐射管上，所述卡壳为截面是半环形的空心结构，所述辅助热管的开口端与卡壳连通，所述辅助热管内填充有吸液芯，所述辅助热管的上侧通道为蒸汽通道，所述辅助热管的下侧通道为液体通道，所述辅助热管和卡壳为一体结构，所述地板辐射管的两端均通过管道与热泵机组连接。

上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述辅助热管的中轴线与地板辐射管的中轴线之间的夹角为30°～60°。

上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述新风处理系统包括喷水室、第二换热器、第一风机、风道、新风管、第二风机和冷却器，所述喷水室、第二换热器的冷凝端、第一风机、风道的一端通过管道依次连接，所述风道的另一端、第二风机、冷却器通过管道依次连接，所述喷水室和冷却器均与房屋的室内连通，所述第一风机和第二风机的电机均连接有变频器，所述新风管通入浅层矿井的风井内。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明利用提取的矿井深层余热发电和供热水所用，利用浅层低品味热能进行制热制冷，浅层冬季提取余热，夏季进行蓄热，从而实现全年换热；因此，该一体化系统实现了矿井余热梯级利用，同时降低矿井温度，避免热害问题出现。

2、本发明采用深层余热热管采集系统取热，热管通过工质相变来高效实现矿井内部主要热源转移，无需提供动能，传热效率极高，可以充分提取深层地热进行发电以满足建筑能耗；室内地板辐射管采用辅助热管以强化换热，全年可用辅助热管强化管内工质与地板换热；新风处理设备所用热管换热器，在排风与新风之间进行换热，为室内提供舒适的冷热环境。

3、本发明室内制热制冷采用地辐射式空调形式，辐射式空调以辐射方式传热改变室内温度，高效节能、无噪音、无吹风感、冷热均匀，结构简单、系统节能的同时达到室内制热制冷目的，更加符合建筑室内人体冷热感觉的舒适要求。

4、本发明热泵机组，一种以水为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术，地源热泵只是在大地和室内之间"转移"能量，利用极小的电力来维持室内所需要的温度。

5、本发明地埋管设置在浅层矿井回填区内，充填体一方面补充了原来被采出的空间，另一方面其自身具有一定的强度，当顶部来压后，可以支撑顶板，维护顶板完整性；可分层铺设地埋管，增大接触面积，使得制热制冷所需换热效率更高，冬季充分利用矿井余热，夏季快速进行蓄热。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明深层余热热管采集系统的结构示意图。

图3为本发明发电系统的结构示意图。

图4为本发明地板辐射管系统的结构示意图。

图5为本发明新风处理系统和房屋的连接关系示意图。

附图标记说明:

1—深层余热热管采集系统； 1-1—蒸汽通道； 1-2—冷凝水通道；

1-3—抽真空阀门； 1-4—介质计量加注器； 1-5—泡沫铁镍材料；

1-6—内置套管； 1-7—绝热段； 1-8—蒸发段；

1-9—第一温度计； 1-10—第一压力表； 1-11—热管外壳；

1-12—第二压力表； 2—第一换热器； 3—发电系统；

3-1—发电机； 3-2—蒸发器； 3-3—膨胀机；

3-4—内回热器； 3-5—冷凝器； 3-6—工质泵；

4—供热水系统； 4-1—冷水进口； 4-2—顶部热水进口；

4-3—储水罐； 5—水制热制冷系统； 6—热泵机组；

7—地埋管； 8—地板辐射管系统； 8-1—地板辐射管；

8-2—液体通道； 8-3—蒸汽通道； 8-4—吸液芯；

8-5—卡壳； 9—风井； 10—新风处理系统；

10-1—新风管； 10-2—第一风机； 10-3—变频器；

10-4—第二换热器； 10-5—喷水室； 10-6—冷却器；

10-7—第二风机； 10-8—风道； 11—房屋；

12—自来水进水管； 12-1—开关阀； 13—生活用水管道；

13-1—喷头； 14—供电系统； 15—浅层矿井回填区。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括提取矿井深层余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活热水的矿井深层余热利用系统和提取矿井浅层余热对室内进行制热制冷的矿井浅层余热利用系统，所述矿井深层余热利用系统包括供电系统14和供热水系统4，所述供电系统14包括依次连接的深层余热热管采集系统1、第一换热器2和发电系统3，所述第一换热器2和发电系统3均与供热水系统4连接；所述矿井浅层余热利用系统包括水制热制冷系统5和新风处理系统10，所述水制热制冷系统5包括地埋管7、热泵机组6和地板辐射管系统8，所述地埋管7的两端和地板辐射管系统8的两端均通过管道与热泵机组6连接，所述地埋管7设置在浅层矿井内，所述地板辐射管系统8设置在房屋11的室内地面下，所述房屋11的室内与新风处理系统10连接，所述热泵机组6与发电系统3和供热水系统4均连接。

如图2所示，所述深层余热热管采集系统1包括热管外壳1-11、内置套管1-6、泡沫铁镍材料1-5、蒸汽通道1-1和冷凝水通道1-2，所述内置套管1-6同心设置在热管外壳1-11内，所述内置套管1-6的上端开口、下端与热管外壳1-11的底部焊接密实，所述泡沫铁镍材料1-5焊接在内置套管1-6与热管外壳1-11的下部之间，所述蒸汽通道1-1的一端与热管外壳1-11的上端连通，所述冷凝水通道1-2的一端与热管外壳1-11的上部连通，所述蒸汽通道1-1上依次安装有第一压力表1-10和第一温度计1-9，所述冷凝水通道1-2上依次安装有介质计量加注器1-4、第二压力表1-12和抽真空阀门1-3；所述蒸汽通道1-1的另一端和冷凝水通道1-2的另一端均与第一换热器2的蒸发端连接，所述热管外壳1-11竖直设置且底部位于深层矿井区内，所述内置套管1-6位于矿井区的热管外壳1-11内，所述蒸汽通道1-1和冷凝水通道1-2均位于矿井区外，，对蒸汽通道进行保温处理。

热管外壳1-11蒸发端在深层矿井区吸收余热，工质吸热汽化为蒸汽形式，由于内置套管1-6和泡沫铁镍的存在，蒸汽形式工质携带热量快速通过蒸汽通道1-1传至热管外壳1-11的冷凝端，第一换热器2的蒸发端吸热，利用热量进行有机朗肯循环发电，至此完成发电过程，而热管外壳1-11内的工质冷凝放热液化，液体工质通过冷凝水通道1-2传至热管外壳1-11的底部蒸发端继续吸热循环往复，从而源源不断将深层矿井余热提取进行发电。

实际制作时，热管外壳1-11为长度是2000m的碳钢，热管外壳1-11的外径为245mm，管壁的厚度为13mm，管壁的导热系数为45W/m·K；内置套管1-6也为碳钢材质，其长度为1250m、内径为169mm。热管外壳1-11的底部蒸发段焊接泡沫铁镍材料1-5，内置套管1-6的底部密封，泡沫铁镍材料1-5既强化沸腾换热又起到固定内置套管的作用，对内置套管1-6与热管外壳1-11的间隙抽真空，这样的真空隔层可以起到保温作用，以减少蒸汽沿途冷凝量，故被深层矿井余热加热的气体能够迅速上升，使得热管外壳1-11的传热性能提高。由于超长重力型的热管外壳1-11结构限制，使得管内真空度难以维持，导致蒸汽持续的时间较短，所以每隔10h左右开启一次抽真空阀门1-3，通过抽真空泵对热管外壳1-11进行抽真空。实测井深1500～3000m处所对应的地层温度为71.2℃～110.7℃，平均地层温度梯度为0.026℃/m，热管外壳1-11内所选的工质为蒸馏水，充液量为1.45t。

具体使用时，首先，通过介质计量加注器1-4向热管外壳1-11内充入一定量的蒸馏水，然后密封整个深层余热热管采集系统；然后，检查各个仪表的显示是否正常，并对压力表进行调零校正，然后开启真空泵，待压力表数值显示稳定后关闭抽真空阀门和真空泵；则热管外壳1-11的上端气体通过蒸汽通道1-1和冷凝水通道1-2与第一换热器2进行换热，从而通过发电系统3进行余热发电。

本实施例中，所述第一压力表1-10设置在靠近蒸汽通道1-1与热管外壳1-11连接的一端，所述介质计量加注器1-4设置在靠近冷凝水通道1-2与热管外壳1-11连接的一端。

如图2所示，所述内置套管1-6的上部直径小于内置套管1-6的下部直径，所述内置套管1-6的下部与其对应外侧的热管外壳1-11段共同构成蒸发段1-8，所述内置套管1-6的上部与其对应外侧的热管外壳1-11段共同构成绝热段1-7。

如图1所示，所述地埋管7设置在浅层矿井回填区15内，考虑到地埋管冬夏都用，地埋管周围不宜回填保温材料，地埋管7选用直径为40mm，壁厚为4mm的聚乙烯管，管周围可以进行支护处理，防止回填料压损地埋管，同时回填细砂；其余部分采用煤矸石或周围可用土质、石质等材料进行回填。

冬季地埋管7通过管内工质水与浅层矿井回填体进行换热，送入热泵机组6进行换热，供给室内的地板辐射管系统8热量，不足部分由热泵机组6进行能量提升。水制热制冷系统5的制热过程为：热泵机组6内的压缩机对冷媒做功，由垂直环绕式的地埋管7吸收浅层矿井回填区的热量，通过热泵机组6内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，室内的地板辐射管系统8内的工质以辐射形式向室内辐射热量从而完成制热。

夏季地埋管7通过管内工质水与浅层矿井回填体进行换热，送入热泵机组6进行换热，供给室内的地板辐射管系统8冷量。考虑人体“头凉脚热”习性，地板辐射管系统8供给室内适宜冷量，其余冷量部分由新风处理系统10供给。

水制热制冷系统5的制冷过程为：热泵机组6内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽、液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外地能换热系统的地埋管7转移至地下浅层矿井里。在室内热量通过室内采暖空调末端系统地板辐射管系统8和地埋管7换热，不断将热量转移至地下的过程中，达到室内制冷目的。同时，采用新风处理系统10进行辅助制冷，室内回风经过第二换热器10-4的冷凝段进行热量回收，并与室外新风一块进入风井9进行换热达到初步冷却，然后送至换第二换热器10-4的蒸发段继续冷却，最后送入室内进行辅助制冷。

如图1所示，所述供热水系统4包括储水罐4-3、自来水进水管12和生活用水管道13，所述储水罐4-3的内部分为热水仓和冷水仓，所述自来水进水管12的一端与所述冷水仓的冷水进口4-1连接，所述自来水进水管12上安装有开关阀12-1，所述生活用水管道13的一端与所述热水仓的底部热水出口连接，所述生活用水管道13的另一端与所述热水仓的顶部热水进口4-2连接，所述生活用水管道13上设置有多个喷头13-1；所述热水仓的底部热水进口和所述冷水仓的冷水出口均通过管道与第一换热器2连接，所述热水仓的底部热水进口和所述冷水仓的冷水出口均通过管道与热泵机组6连接。

供热水系统4中，自来水送入储水罐4-3，一方面与热泵机组6进行换热补给建筑室内洗浴、生活用热水；另一方面与第一换热器2进行换热，保证全年热水供应充足，且高效利用系统热量；过渡季地板辐射管系统8内工质水也可供给热水，从而实现全年系统合理运行，并营造舒适室内热舒适环境。

如图3所示，所述发电系统3包括蒸发器3-2、膨胀机3-3、发电机3-1、内回热器3-4、冷凝器3-5和工质泵3-6，所述蒸发器3-2、膨胀机3-3、内回热器3-4、冷凝器3-5和工质泵3-6通过管道依次连接，所述内回热器3-4通过管道与蒸发器3-2连接，所述工质泵3-6通过管道与内回热器3-4连接，所述膨胀机3-3与发电机3-1连接，所述发电机3-1与热泵机组6连接且为热泵机组6供电；所述蒸发器3-2的热源进口和冷凝水出口均通过管道与第一换热器2的冷凝端连接，所述冷凝器3-5的自来水进口通过管道与所述冷水仓的冷水出口连接，所述冷凝器3-5的热水出口通过管道与所述热水仓的底部热水进口连接。

第一换热器2的内部采用两部分换热构件，水水换热供给室内热水所用，水气换热供给发电系统3发电所用蒸汽。发电过程为：热源由第一换热器2换热后蒸汽供给蒸发器3-2，冷凝器3-5接自来水管，自来水在冷凝器3-5内与工质换热后，再接回储水罐4-3。工质泵3-6可以控制有机工质流量及流速，热源提供热量加热蒸发器3-2工质，蒸发为气体进入膨胀机3-3做功，膨胀机3-3出口处的有机工质仍具有一定温度，利用该部分热量加热工质泵3-6出口处的工质，充分利用系统内部产生的余热；一方面降低冷凝器3-5内部的传热温差，另一方面增加蒸发器3-2入口处工质的焓值，能够蒸发更多的工质进行做功。增设的内回热器3-4，提高了做功能力的同时降低发电成本。

如图4所示，所述地板辐射管系统8包括地板辐射管8-1、辅助热管和卡壳8-5，所述辅助热管通过卡壳8-5倾斜固定在地板辐射管8-1上，所述卡壳8-5为截面是半环形的空心结构，所述辅助热管的开口端与卡壳8-5连通，所述辅助热管内填充有吸液芯8-4，所述辅助热管的上侧通道为蒸汽通道8-3，所述辅助热管的下侧通道为液体通道8-2，所述辅助热管和卡壳8-5为一体结构，所述地板辐射管8-1的两端均通过管道与热泵机组6连接。

其中，冷凝端蒸汽通道8-3位于蒸发端液体通道8-2侧上方，且垂直距离不宜太大，以便冬季制热、夏季制冷都可用于强化传热。

本实施例中，将热管的蒸发段置于地埋热水管道的外部，冷凝段置于地板填充层内，从而将热水管道的热量传递给地板，提高换热效率。所述辅助热管的中轴线与地板辐射管8-1的中轴线之间的夹角为30°～60°，避免流动阻力等限制传热效果，辅助热管通过卡壳卡住地板辐射管一半是便于辅助热管内工质循环流动利用。

如图5所示，所述新风处理系统10包括喷水室10-5、第二换热器10-4、第一风机10-2、风道10-8、新风管10-1、第二风机10-7和冷却器10-6，所述喷水室10-5、第二换热器10-4的冷凝端、第一风机10-2、风道10-8的一端通过管道依次连接，所述风道10-8的另一端、第二风机10-7、冷却器10-6通过管道依次连接，所述喷水室10-5和冷却器10-6均与房屋11的室内连通，所述第一风机10-2和第二风机10-7的电机均连接有变频器10-3，所述新风管10-1通入浅层矿井的风井9内。

夏季室外新风及室内排风经过新风管10-1进入风井9，与风井9内的空气进行换热，提取冷量的同时将新风及室内排风热量储存在地下供冬季制热所用，风井处理过混合风经带有变频器10-3的第一风机10-2进入第二换热器10-4的蒸发段进行散热，经过冷却器10-6继续散热，达到室内送风要求后送入室内。排风经过喷水室10-5、等焓加湿后，经过第二换热器10-4的冷凝段携带热量，经过风机送入风井9进行降温，继而循环往复为室内提供冷量，变频器10-3调节排风量，保证室内达到热舒适效果。

本发明的工作原理为：深层矿井利用热管外壳1-11提取矿井余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活热水能耗，浅层矿井利用垂直环绕式布置的地埋管7，通过热泵机组6与室内的地板辐射管系统8内的工质进行换热，达到冬天制热、夏天制冷目的，实现了矿井余热深层、浅层梯级利用。

具体的，供电系统14由热管外壳1-11提取深层矿井余热，一方面提供热量供生活热水，另一方面利用第一换热器2和发电系统3进行发电供制热制冷设备的热泵机组6能耗所用，同时降低深层矿井温度，减缓甚至杜绝热害的发生。

水制热制冷系统5的制热是利用地埋管7在冬季提取浅层余热，经过热泵机组6与室内的地板辐射管系统8进行换热，为室内提供舒适的热环境，降低矿井浅层温度，避免热害问题出现。其中，地板辐射管系统8有多根辅助热管，该辅助热管为气液分离式热管，其蒸汽通道8-3比液体通道8-2略高，从而实现强化传热的作用，为室内提供舒适热环境；辅助热管含有吸液芯8-4，可以全年运作。

水制热制冷系统5的制冷是是利用室内的地板辐射管系统8提取室内热量，经热泵机组6与地埋管7进行换热，一方面降低室温，另一方面也可储能于地下，实现建筑与自然热平衡。由于室内的地板辐射管系统8制冷可能从某种程度不能满足大多数人的舒适要求，因此本一体化本系统采用辅助的新风处理系统10，满足人们舒适性要求。

新风处理系统10中，房屋11的室内排风经过第二换热器10-4的冷凝端回收热量，继而与经新风管10-1输送的室外新风一起通过地下风井9内的风道10-8内进行换热，最后经过第二换热器10-4的蒸发端继续冷却，最后达到预设温度送入室内进行制冷。

通过供热水系统4的自来水进水管12输送的自来水进入储水罐4-3内，而后向第一换热器2、发电系统3和热泵机组6输送自来水并进行热量交换，并供给用户所需热水。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：包括提取矿井深层余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活热水的矿井深层余热利用系统和提取矿井浅层余热对室内进行制热制冷的矿井浅层余热利用系统，所述矿井深层余热利用系统包括供电系统(14)和供热水系统(4)，所述供电系统(14)包括依次连接的深层余热热管采集系统(1)、第一换热器(2)和发电系统(3)，所述第一换热器(2)和发电系统(3)均与供热水系统(4)连接；所述矿井浅层余热利用系统包括水制热制冷系统(5)和新风处理系统(10)，所述水制热制冷系统(5)包括地埋管(7)、热泵机组(6)和地板辐射管系统(8)，所述地埋管(7)的两端和地板辐射管系统(8)的两端均通过管道与热泵机组(6)连接，所述地埋管(7)设置在浅层矿井内，所述地板辐射管系统(8)设置在房屋(11)的室内地面下，所述房屋(11)的室内与新风处理系统(10)连接，所述热泵机组(6)与发电系统(3)和供热水系统(4)均连接。

2.按照权利要求1所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述深层余热热管采集系统(1)包括热管外壳(1-11)、内置套管(1-6)、泡沫铁镍材料(1-5)、蒸汽通道(1-1)和冷凝水通道(1-2)，所述内置套管(1-6)同心设置在热管外壳(1-11)内，所述内置套管(1-6)的上端开口、下端与热管外壳(1-11)的底部焊接密实，所述泡沫铁镍材料(1-5)焊接在内置套管(1-6)与热管外壳(1-11)的下部之间，所述蒸汽通道(1-1)的一端与热管外壳(1-11)的上端连通，所述冷凝水通道(1-2)的一端与热管外壳(1-11)的上部连通，所述蒸汽通道(1-1)上依次安装有第一压力表(1-10)和第一温度计(1-9)，所述冷凝水通道(1-2)上依次安装有介质计量加注器(1-4)、第二压力表(1-12)和抽真空阀门(1-3)；所述蒸汽通道(1-1)的另一端和冷凝水通道(1-2)的另一端均与第一换热器(2)的蒸发端连接，所述热管外壳(1-11)竖直设置且底部位于深层矿井区内，所述内置套管(1-6)位于矿井区的热管外壳(1-11)内，所述蒸汽通道(1-1)和冷凝水通道(1-2)均位于矿井区外。

3.按照权利要求2所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述第一压力表(1-10)设置在靠近蒸汽通道(1-1)与热管外壳(1-11)连接的一端，所述介质计量加注器(1-4)设置在靠近冷凝水通道(1-2)与热管外壳(1-11)连接的一端。

4.按照权利要求2所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述内置套管(1-6)的上部直径小于内置套管(1-6)的下部直径，所述内置套管(1-6)的下部与其对应外侧的热管外壳(1-11)段共同构成蒸发段(1-8)，所述内置套管(1-6)的上部与其对应外侧的热管外壳(1-11)段共同构成绝热段(1-7)。

5.按照权利要求1所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述地埋管(7)设置在浅层矿井回填区(15)内。

6.按照权利要求1所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述供热水系统(4)包括储水罐(4-3)、自来水进水管(12)和生活用水管道(13)，所述储水罐(4-3)的内部分为热水仓和冷水仓，所述自来水进水管(12)的一端与所述冷水仓的冷水进口(4-1)连接，所述自来水进水管(12)上安装有开关阀(12-1)，所述生活用水管道(13)的一端与所述热水仓的底部热水出口连接，所述生活用水管道(13)的另一端与所述热水仓的顶部热水进口(4-2)连接，所述生活用水管道(13)上设置有多个喷头(13-1)；所述热水仓的底部热水进口和所述冷水仓的冷水出口均通过管道与第一换热器(2)连接，所述热水仓的底部热水进口和所述冷水仓的冷水出口均通过管道与热泵机组(6)连接。

7.按照权利要求6所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述发电系统(3)包括蒸发器(3-2)、膨胀机(3-3)、发电机(3-1)、内回热器(3-4)、冷凝器(3-5)和工质泵(3-6)，所述蒸发器(3-2)、膨胀机(3-3)、内回热器(3-4)、冷凝器(3-5)和工质泵(3-6)通过管道依次连接，所述内回热器(3-4)通过管道与蒸发器(3-2)连接，所述工质泵(3-6)通过管道与内回热器(3-4)连接，所述膨胀机(3-3)与发电机(3-1)连接，所述发电机(3-1)与热泵机组(6)连接且为热泵机组(6)供电；所述蒸发器(3-2)的热源进口和冷凝水出口均通过管道与第一换热器(2)的冷凝端连接，所述冷凝器(3-5)的自来水进口通过管道与所述冷水仓的冷水出口连接，所述冷凝器(3-5)的热水出口通过管道与所述热水仓的底部热水进口连接。

8.按照权利要求1所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述地板辐射管系统(8)包括地板辐射管(8-1)、辅助热管和卡壳(8-5)，所述辅助热管通过卡壳(8-5)倾斜固定在地板辐射管(8-1)上，所述卡壳(8-5)为截面是半环形的空心结构，所述辅助热管的开口端与卡壳(8-5)连通，所述辅助热管内填充有吸液芯(8-4)，所述辅助热管的上侧通道为蒸汽通道(8-3)，所述辅助热管的下侧通道为液体通道(8-2)，所述辅助热管和卡壳(8-5)为一体结构，所述地板辐射管(8-1)的两端均通过管道与热泵机组(6)连接。

9.按照权利要求8所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述辅助热管的中轴线与地板辐射管(8-1)的中轴线之间的夹角为30°～60°。

10.按照权利要求1所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述新风处理系统(10)包括喷水室(10-5)、第二换热器(10-4)、第一风机(10-2)、风道(10-8)、新风管(10-1)、第二风机(10-7)和冷却器(10-6)，所述喷水室(10-5)、第二换热器(10-4)的冷凝端、第一风机(10-2)、风道(10-8)的一端通过管道依次连接，所述风道(10-8)的另一端、第二风机(10-7)、冷却器(10-6)通过管道依次连接，所述喷水室(10-5)和冷却器(10-6)均与房屋(11)的室内连通，所述第一风机(10-2)和第二风机(10-7)的电机均连接有变频器(10-3)，所述新风管(10-1)通入浅层矿井的风井(9)内。