CN218563790U - 一种废弃矿井抽水蓄能开发利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，太阳能电池板用于将太阳能转换成电能，并通过储电机构将电能储存，塌陷区水库高于采空区蓄水池，放水管道的两端分别连通塌陷区水库和采空区蓄水池，发电机构安装于放水管道上，且放水管道用于将塌陷区水库内的水通入至采空区蓄水池内，发电机构用于将放水管道内水的重力势能转换成电能，并将电能存储在储电机构，抽水管道的两端分别连通塌陷区水库和采空区蓄水池，抽水机构安装于抽水管道上并通过储电机构供电，且抽水机构用于将采空区蓄水池内的水经抽水管道抽入塌陷区水库。该废弃矿井抽水蓄能开发利用系统能够对废弃矿井赋存的优势空间资源进行有效利用，减少资源浪费。

Description

一种废弃矿井抽水蓄能开发利用系统

技术领域

本实用新型涉及废弃矿井再利用技术领域，具体是涉及一种废弃矿井抽水蓄能开发利用系统。

背景技术

煤炭作为我国的主体能源，其在一次能源的生产结构中的比重高达76％，在一次能源消费结构中的比重也占到了66％。我国煤矿90％以上都是在新中国成立后建立起来的，直至今天，部分矿井的生命周期已经结束，一些煤炭资源枯竭或较为落后的煤矿被淘汰，再加上我国近年来推行的去产能政策以及做出的“碳达峰，碳中和”战略决策，这些因素使越来越多的煤矿关闭或即将关闭。

煤矿关闭后会留下巨大的地下空间资源，如果不对其合理利用，势必会造成资源浪费。在“碳达峰，碳中和”的背景下，新能源的比重会逐渐上升，所以废弃矿井发电成为废弃矿井再利用的一个主要发展方向之一。随着科技的发展和人民生活水平的提高，电能现在是人们的生产生活中必不可少的能源，越来越多的用电设备使电力负荷结构相较之前发生很大的变化，负荷高峰时电量紧缺而负荷低谷时电量盈余而造成电量的浪费。在此背景下，修建抽水蓄能电站势在必行。所谓抽水蓄能电站是利用地表和地下的垂直落差，在用电高峰时利用水体势能推动发电机增加发电量，在用电低谷时，用富裕的电力将水从地下提到地表，增加水体的势能。

然而目前充分利用废弃矿井地表沉陷区、煤炭采空区和地下开拓系统进行抽水蓄能系统综合改造与设计的案例还鲜有报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够对废弃矿井赋存的优势空间资源进行有效利用，减少资源浪费。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，包括采空区蓄水池、塌陷区水库、太阳能电池板、储电机构、放水管道、发电机构、抽水管道和抽水机构，所述太阳能电池板用于将太阳能转换成电能，并通过所述储电机构将电能储存，所述塌陷区水库高于所述采空区蓄水池，所述放水管道的两端分别连通所述塌陷区水库和所述采空区蓄水池，所述发电机构安装于所述放水管道上，且所述放水管道用于将所述塌陷区水库内的水通入至所述采空区蓄水池内，所述发电机构用于将所述放水管道内水的重力势能转换成电能，并将电能存储在所述储电机构，所述抽水管道的两端分别连通所述塌陷区水库和所述采空区蓄水池，所述抽水机构安装于所述抽水管道上并通过所述储电机构供电，且所述抽水机构用于将所述采空区蓄水池内的水经所述抽水管道抽入所述塌陷区水库。

优选地，所述塌陷区水库和所述采空区蓄水池之间还设有主井和副井，且所述主井和所述副井的上端均延伸至外界，所述放水管道铺设于所述主井内，且所述发电机构位于所述主井底部，所述放水管道的下端伸出所述主井并与所述采空区蓄水池连通，所述抽水管道铺设于所述副井内，且所述抽水机构位于所述副井底部，所述抽水管道的下端伸出所述副井并与所述采空区蓄水池连通。

优选地，本实用新型提供的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统还包括通风井和风机，所述风机安装于所述副井的上端，且所述通风井的上端延伸至外界，所述通风井的下端延伸至所述采空区蓄水池上方，所述风机用于将新风经所述副井送入废弃矿井下，所述通风井用于将废弃矿井下的污风排出。

优选地，所述通风井的上端安装有密封门，所述密封门能够开闭。

优选地，本实用新型提供的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统还包括风力发电机组，所述风力发电机组设置于矸石山上，并用于进行风力发电，所述风力发电机组产生的电能通过所述储电机构存储。

优选地，所述太阳能电池板铺设于所述塌陷区水库上方，且所述塌陷区水库的底部铺设有隔水层。

优选地，所述储电机构为综合电厂，所述发电机构为发电机硐室，所述抽水机构为抽水泵硐室。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，太阳能电池板用于将太阳能转换成电能，并通过储电机构将电能储存，对太阳能进行利用，节约能源，同时，可将电能用于抽水机构使用，进而将不稳定的太阳能转化为稳定的水的重力势能，塌陷区水库高于采空区蓄水池，放水管道的两端分别连通塌陷区水库和采空区蓄水池，发电机构安装于放水管道上，且放水管道用于将塌陷区水库内的水通入至采空区蓄水池内，在用电高峰期，塌陷区水库内的水在重力的作用下经放水管道落入采空区蓄水池内，当水流经过发电机构时候，发电机构将放水管道内水的重力势能转换成电能，并将电能存储在储电机构，能够供抽水机构使用，抽水管道的两端分别连通塌陷区水库和采空区蓄水池，抽水机构安装于抽水管道上并通过储电机构供电，在用电低谷期，打开抽水机构并将采空区蓄水池内的水经抽水管道抽入至塌陷区水库内储存，实现电能到水的重力势能的转换，以便于在用电高峰期时对水的重力势能使用。通过上述设计，高效化地利用了废弃矿井原有的结构和设施，大幅减少了建设综合发电系统的经济投入和开发时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。

图1是本实用新型提供的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统的结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图中：100-废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，1-塌陷区水库，2-隔水层，3-通风井，4-采空区蓄水池，5-采空区低位蓄水池，6-放水管道，7-发电机构，8-主井，9-抽水管道，10-抽水机构，11-副井，12-矸石山，13-风力发电机组，14-储电机构，15-输电线，16-风机，17-太阳能电池板，18-密封门。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，以解决煤矿关闭后留下的地下空间资源没有被合理利用，造成资源浪费的技术问题。

为使本实用新型的上述目的、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实用新型作进一步详细的说明。

如图1-图2所示，本实施例提供一种废弃矿井抽水蓄能开发利用系统100，包括采空区蓄水池4、塌陷区水库1、太阳能电池板17、储电机构14、放水管道6、发电机构7、抽水管道9和抽水机构10，太阳能电池板17用于将太阳能转换成电能，并通过储电机构14将电能储存，对太阳能进行利用，节约能源，同时，可将电能用于抽水机构10使用，进而将不稳定的太阳能转化为稳定的水的重力势能，塌陷区水库1高于采空区蓄水池4，放水管道6的两端分别连通塌陷区水库1和采空区蓄水池4，发电机构7安装于放水管道6上，且放水管道6用于将塌陷区水库1内的水通入至采空区蓄水池4内，在用电高峰期，塌陷区水库1内的水在重力的作用下经放水管道6落入采空区蓄水池4内，当水流经过发电机构7时候，发电机构7用于将放水管道6内水的重力势能转换成电能，并将电能存储在储电机构14，能够供抽水机构10使用，抽水管道9的两端分别连通塌陷区水库1和采空区蓄水池4，抽水机构10安装于抽水管道9上并通过储电机构14供电，且抽水机构10用于将采空区蓄水池4内的水经抽水管道9抽入塌陷区水库1，在用电低谷期，打开抽水机构10并将采空区蓄水池4内的水经抽水管道9抽入至塌陷区水库1内储存，实现电能到水的重力势能的转换，以便于在用电高峰期时对水的重力势能使用。通过上述设计，高效化地利用了废弃矿井原有的结构和设施，大幅减少了建设综合发电系统的经济投入和开发时间。

塌陷区水库1和采空区蓄水池4之间还设有主井8和副井11，且主井8和副井11的上端均延伸至外界，废弃矿井下作业人员能够通过主井8和副井11的上端入口下井进行相关作业，采空区蓄水池4的底部改造形成一采空区低位蓄水池5，并且，由于煤炭具有很强的吸附能力，采空区蓄水池4中大量的煤炭残渣能够高效地清洁水资源，且清洁后的水能够继续作为社会生产生活用水。放水管道6铺设于主井8内，且发电机构7位于主井8底部，放水管道6的下端伸出主井8并与采空区低位蓄水池5连通，抽水管道9铺设于副井11内，且抽水机构10位于副井11底部，抽水管道9的下端伸出副井11并与采空区低位蓄水池5连通。

在放水管道6的两端和抽水管道9的两端均设置有控水阀门来控制水流的进出，在进行抽水蓄能过程时，打开抽水管道9两端的控水阀门，关闭放水管道6两端的控水阀门；在进行放水发电过程时，打开放水管道6两端的控水阀门，关闭抽水管道9两端的控水阀门。

本实施例提供的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统100还包括通风井3和风机16，风机16安装于副井11的上端，且通风井3的上端延伸至外界，通风井3的下端延伸至采空区蓄水池4上方，风机16用于将新风经副井11送入废弃矿井下，通风井3用于将废弃矿井下的污风排出，不仅实现了整个系统的空气流通，也能帮助废弃矿井下的工作设备散热，保证废弃矿井下的工作设备在合适的工作环境内运转。

通风井3的上端安装有密封门18，密封门18能够开闭，进而根据实际通风需要对密封门18进行开启或关闭。

本实施例提供的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统100还包括风力发电机组13，风力发电机组13设置于矸石山12上，并用于进行风力发电，风力发电机组13产生的电能通过储电机构14存储，将风力发电机组13设置在矸石山12上方，既高效利用了矸石山12所占用的土地，又可以将其产生的不稳定的电能用来给抽水机构10供电。

太阳能电池板17铺设于塌陷区水库1上方，既大幅提高了废弃矿井的空间利用率，又有效减少了塌陷区水库1内水资源的蒸发，太阳能电池板17产生的电能通过输电线15传输到储电机构14，然后由储电机构14为抽水机构10供电，且塌陷区水库1的底部铺设有隔水层2，防止后期往塌陷区水库1注水时底部漏水。

储电机构14为综合电厂，发电机构7为发电机硐室，抽水机构10为抽水泵硐室。

本实施例提供的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统100的操作步骤如下：

步骤一，将废弃矿井煤层开采后形成的采空区通过一些密封处理改造成采空区蓄水池4，再将采空区蓄水池4底部改造出一个采空区低位蓄水池5，以便于后续使用时从采空区蓄水池4抽水以及往采空区蓄水池4放水；

步骤二，在废弃矿井的塌陷区水库1的底部铺设一层人造的隔水层2，防止后期往塌陷区水库1注水时底部漏水；在塌陷区水库1的上部铺设太阳能电池板17，将太阳能电池板17铺设在塌陷区水库1上方，太阳能电池板17产生的电能通过输电线15传输到综合电厂，然后由综合电厂为抽水泵硐室供电，将采空区蓄水池4中的水提升到塌陷区水库1中，这样不仅大幅提高了废弃矿井的空间利用率，还有效减少了塌陷区水库1内水资源的蒸发，且实现了将不稳定的太阳能转换为稳定的水的重力势能的效果；

步骤三，将主井8改造成放水管道6，放水管道6用来连通塌陷区水库1和采空区低位蓄水池5，在主井8底部将废弃矿井原有的旧硐室改造成发电机硐室，放水管道6贯通发电机硐室；在用电高峰时，塌陷区水库1中的水流入放水管道6，高速的水流通过发电机硐室，随后流入采空区蓄水池4，发电机硐室产生的电能由输电线15传输到综合电厂，在此过程中，塌陷区水库1中的水通过发电机硐室完成水的重力势能到电能的能量转换；

步骤四，在副井11内部铺设抽水管道9，抽水管道9用来连通塌陷区水库1和采空区蓄水池4，在副井11底部将废弃矿井原有的旧硐室改造成抽水泵硐室，抽水管道9穿过抽水泵硐室；在用电低谷时，使用综合电厂提供的电能通过输电线15输送到抽水泵硐室，驱动抽水泵硐室中的设备将采空区低位蓄水池5中的水经抽水管道9注入塌陷区水库1，在此过程中，使用抽水泵硐室中的设备完成了电能到水的重力势能的能量转换；

步骤五，废弃矿井在开采煤炭时产出的矸石堆成矸石山12，在矸石山12上的合适位置设置风力发电机组13，其产生的电能通过输电线15传输到综合电厂，然后由综合电厂为抽水泵硐室供电，将采空区蓄水池4中的水提升到塌陷区水库1中；将风力发电机组13设置在矸石山12上方既高效利用了矸石山12所占用的土地，又可以将其产生的不稳定的电能用来给抽水泵硐室供电，从而将采空区蓄水池4中的水提升到塌陷区水库1中，实现将不稳定的风能转换为稳定的水的重力势能的效果。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，其特征在于：包括采空区蓄水池、塌陷区水库、太阳能电池板、储电机构、放水管道、发电机构、抽水管道和抽水机构，所述太阳能电池板用于将太阳能转换成电能，并通过所述储电机构将电能储存，所述塌陷区水库高于所述采空区蓄水池，所述放水管道的两端分别连通所述塌陷区水库和所述采空区蓄水池，所述发电机构安装于所述放水管道上，且所述放水管道用于将所述塌陷区水库内的水通入至所述采空区蓄水池内，所述发电机构用于将所述放水管道内水的重力势能转换成电能，并将电能存储在所述储电机构，所述抽水管道的两端分别连通所述塌陷区水库和所述采空区蓄水池，所述抽水机构安装于所述抽水管道上并通过所述储电机构供电，且所述抽水机构用于将所述采空区蓄水池内的水经所述抽水管道抽入所述塌陷区水库。

2.根据权利要求1所述的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，其特征在于：所述塌陷区水库和所述采空区蓄水池之间还设有主井和副井，且所述主井和所述副井的上端均延伸至外界，所述放水管道铺设于所述主井内，且所述发电机构位于所述主井底部，所述放水管道的下端伸出所述主井并与所述采空区蓄水池连通，所述抽水管道铺设于所述副井内，且所述抽水机构位于所述副井底部，所述抽水管道的下端伸出所述副井并与所述采空区蓄水池连通。

3.根据权利要求2所述的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，其特征在于：还包括通风井和风机，所述风机安装于所述副井的上端，且所述通风井的上端延伸至外界，所述通风井的下端延伸至所述采空区蓄水池上方，所述风机用于将新风经所述副井送入废弃矿井下，所述通风井用于将废弃矿井下的污风排出。

4.根据权利要求3所述的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，其特征在于：所述通风井的上端安装有密封门，所述密封门能够开闭。

5.根据权利要求1所述的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，其特征在于：还包括风力发电机组，所述风力发电机组设置于矸石山上，并用于进行风力发电，所述风力发电机组产生的电能通过所述储电机构存储。

6.根据权利要求1所述的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，其特征在于：所述太阳能电池板铺设于所述塌陷区水库上方，且所述塌陷区水库的底部铺设有隔水层。

7.根据权利要求1所述的废弃矿井抽水蓄能开发利用系统，其特征在于：所述储电机构为综合电厂，所述发电机构为发电机硐室，所述抽水机构为抽水泵硐室。

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