一種建造在礦井井下的能源儲庫群及其建造方法技術

本發明專利技術公開了一種建造在礦井井下的能源儲庫群，包括多個能源儲庫組，每個能源儲庫組均包括多個能源儲庫，每個能源儲庫組中相鄰兩個能源儲庫的上部通過上連通管道連接，每個能源儲庫組中相鄰兩個能源儲庫的下部通過下連通管道連接，每個能源儲庫組中相鄰三個能源儲庫呈等邊三角形布設，所述能源儲庫包括儲庫主體，位于運輸巷道正下方的能源儲庫的儲庫主體上設置有能源輸送管道組件。本發明專利技術還公開了一種建造在礦井井下的能源儲庫群的建造方法。本發明專利技術設計新穎合理，穩固性好，實現方便，能源儲庫的結構穩定，強度高，密封性能好，防滲性能好；能源存儲的安全性高，能夠實現礦井采空區的合理利用，為能源儲庫探索提供了新思路，推廣應用價值高。

An energy storage group built under the mine and its construction method

The invention discloses an energy storage group built in a mine shaft, which comprises a plurality of energy storage groups. Each energy storage group comprises a plurality of energy storage stores. The upper part of two adjacent energy storage stores in each energy storage group is connected by an upper connected pipe, and the lower part of two adjacent energy storage stores in each energy storage group passes through the upper part of the adjacent two energy storage stores. The three adjacent energy stores in each energy storage group are arranged in an equilateral triangle. The energy storage includes the main body of the storage, and the main body of the energy storage located directly below the transportation lane is provided with an energy transmission pipeline assembly. The invention also discloses a construction method of an energy storage group built under the mine. The invention has the advantages of novel and reasonable design, good stability, convenient realization, stable structure of energy storage, high strength, good sealing performance and good anti-seepage performance, high safety of energy storage, realizing rational utilization of mine goaf, providing a new idea for exploring energy storage, and high popularization and application value.

【技術實現步驟摘要】
一種建造在礦井井下的能源儲庫群及其建造方法
本專利技術屬于采礦及能源存儲
，具體涉及一種建造在礦井井下的能源儲庫群及其建造方法。
技術介紹
在金屬礦產資源開采過程中，采空區具有空間規模巨大，地質環境復雜，安全隱患嚴重的特點。目前對金屬礦山采空區的處理措施主要有：崩落圍巖處理、充填處理、永久留設礦柱處理、封閉處理等方法。永久留設礦柱不利于資源高效開采，崩落圍巖處理不利于對地表環境保護、封閉處理安全隱患大。充填是實現礦床安全清潔高效開采的有效技術方法，起到保護環境和提高礦石利用率的雙重作用，但是將全部采空區空間進行充填，一方面充填空間大，成本較高，另一方面缺乏對規模巨大的地下采空區空間的有效利用。2017年2月，謝和平院士在“煤炭資源流態化開采與煤炭技術革命”研討會上提出了廢棄礦井轉型升級與礦井地下空間綜合利用的戰略構想，得到行業專家的一致認可。我國的能源儲備遠低于發達國家水平。許多石油進口大國，如美國、日本、歐盟等，均已完成為期150-200天的戰略能源儲備，而我國只有不足40天的石油儲備量，而根據國際能源組織的建議，石油輸入國應保有90天石油進口量的儲備，按此計算2015年我國應保有5000萬噸以上的石油儲備量，至少需建設約7200萬m3儲備庫。目前，地下能源儲庫主要有枯竭油氣藏儲氣庫、含水層儲氣庫、鹽穴儲庫和水封石油洞庫等。地下水封石油洞庫對地質環境要求高，對地下水資源保護不力，穩定性相對較差，容易發生事故。鹽穴儲庫對地質條件要求高，我國的鹽巖地層具有“礦層層數多、單層厚度薄、鹽層品味分布不均”的特點，在這樣的地質環境中建腔容易導致腔體畸形，導致建腔體報廢等事故發生。因此致力于研究克服其技術難題的同時，探索新型的地下能源儲庫意義非凡，對推動能源地下儲存有重要意義。面對以上問題，在深部礦井大型空區群內構筑能源儲庫或核廢料處置庫，用以儲備石油、天然氣等戰略能源和堆存放射性核廢料等，以應對戰爭、強地震、恐怖事件、極端氣候及油氣極其緊張等致使能源供應中斷帶來的影響，將具有以下重大意義：①實現了由采空區治理到采空區利用的理念轉變，開辟了礦井下采空區利用的新方向；②提出在礦山采空區利用充填構筑一種新型儲庫，豐富了我國儲庫結構類型，為能源儲庫探索提供了新思路；③豐富了礦山充填新功能，探索了采礦、充填、儲庫領域協同開發的新方法。但是，現有技術中，還缺乏這樣的建造在礦井井下的能源儲庫群，也還沒有用于建造這樣的能源儲庫群的方法，而在建造這樣的能源儲庫群時，多個能源儲庫具體怎么布設，多個能源儲庫之間怎么連接，都是要解決的技術難題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種結構設計新穎合理，實現方便，穩固性好，能源儲庫的結構穩定強度高、密封性能好、防滲性能好，能夠與礦床開采協同進行的建造在礦井井下的能源儲庫群。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是：一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：包括多個能源儲庫組，每個能源儲庫組均包括多個能源儲庫，每個能源儲庫組中相鄰兩個能源儲庫的上部通過上連通管道連接，每個能源儲庫組中相鄰兩個能源儲庫的下部通過下連通管道連接，每個能源儲庫組中相鄰三個能源儲庫呈等邊三角形布設，所述能源儲庫包括儲庫主體，位于運輸巷道正下方的能源儲庫的儲庫主體上設置有能源輸送管道組件。上述的一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：所述位于運輸巷道正下方的能源儲庫的儲庫主體的頂部設置有檢修口，所述檢修口上設置有檢修口蓋板；所述能源儲庫的形狀為圓柱形，每個能源儲庫組中相鄰兩個能源儲庫之間的距離為能源儲庫的內徑的1.5～3倍。上述的一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：所述儲庫主體包括儲庫主體底部構件和加固頂板，以及一層儲庫主體中部構件或多層上下固定連接的儲庫主體中部構件，位于最底層的儲庫主體中部構件的底部與儲庫主體底部構件的頂部固定連接，所述加固頂板固定連接在位于最頂層的儲庫主體中部構件的頂部；所述儲庫主體底部構件包括用于圍成能源儲備空間的儲庫主體底部預制構件和設置在儲庫主體底部預制構件外圍的底部傳統充填層，所述儲庫主體底部預制構件包括底部加固充填層和設置在底部加固充填層內部的底部防滲充填層，所述底部防滲充填層、底部加固充填層和底部傳統充填層的四周及底部通過底部連接錨桿固定連接，所述底部加固充填層和底部防滲充填層的底部一側均向下凹陷形成位于儲庫主體內底部的收集池；所述儲庫主體中部構件包括用于圍成能源儲備空間的儲庫主體中部預制構件和設置在儲庫主體中部預制構件外圍的中部傳統充填層，所述儲庫主體中部預制構件包括中部加固充填層和設置在中部加固充填層內部的中部防滲充填層，所述中部防滲充填層、中部加固充填層和中部傳統充填層的四周及底部通過中部連接錨桿固定連接；所述加固頂板包括從下到上依次設置的頂部防滲材料層和頂部加固材料層，所述頂部加固材料層中埋設有加強筋；所述底部連接錨桿和中部連接錨桿的結構相同且均包括套管、螺紋連接在套管一端的內錨桿體和螺紋連接在套管另一端的外錨桿體，所述內錨桿體未與套管連接的一端設置有外螺紋且螺紋連接有螺母，所述螺母端部與內錨桿體之間設置有夾板，所述外錨桿體未與套管連接的一端端部帶有錨頭。上述的一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：所述能源輸送管道組件包括穿過加固頂板進入儲庫主體內的能源輸入管道和能源輸出管道，所述能源輸入管道上設置有能源輸入控制閥，所述能源輸出管道上設置有能源輸出控制閥，所述能源輸出管道伸入收集池內。上述的一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：所述能源輸送管道組件包括穿過加固頂板進入儲庫主體內的能源輸入輸出管道和設置在能源輸入輸出管道上的能源輸入輸出控制閥，所述能源輸入輸出管道伸入收集池內。上述的一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：所述能源輸送管道組件還包括穿過加固頂板進入儲庫主體內的壓力平衡管、取壓管和取溫度管，所述壓力平衡管上設置有壓力控制閥，所述取壓管上連接有壓力傳感器，所述取溫度管上連接有溫度傳感器。本專利技術還公開了一種方法步驟簡單、實現方便、與礦床開采協同、能夠實現礦井采空區的合理利用、為能源儲庫探索提供了新思路的建造在礦井井下的能源儲庫群的建造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟一、對礦井采空區進行充填前，采用儲庫主體底部模具預制多個儲庫主體底部預制構件，在每個儲庫主體底部預制構件的頂部均設置用于連接儲庫主體中部預制構件的凹形接口，并在每個儲庫主體底部預制構件的四周及底部均連接底部連接錨桿；步驟二、采用傳統充填材料從下到上充填礦井采空區，直至充填厚度達到底部傳統充填層的底部厚度；步驟三、待傳統充填材料初步固結到可以自立的程度時，首先，將多個儲庫主體底部預制構件分別放置在多個能源儲庫設計位置處，并將每個位于儲庫主體底部預制構件底部的底部連接錨桿均插入傳統充填材料中；然后，對于處于一個能源儲庫組中的能源儲庫的相鄰兩個儲庫主體底部預制構件，在儲庫主體底部預制構件的下部采用下連通管道連接；步驟四、采用傳統充填材料在多個儲庫主體底部預制構件周圍充填，直至充填高度達到了儲庫主體底部預制構件的高度，形成底部傳統充填層；步驟五、待底部傳統充填層與多個儲庫主體底部預制構件固結形成多個儲庫主體底部構件后，在每個本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：包括多個能源儲庫組(33)，每個能源儲庫組(33)均包括多個能源儲庫(26)，每個能源儲庫組(33)中相鄰兩個能源儲庫(26)的上部通過上連通管道(27)連接，每個能源儲庫組(33)中相鄰兩個能源儲庫(26)的下部通過下連通管道(28)連接，每個能源儲庫組(33)中相鄰三個能源儲庫(26)呈等邊三角形布設，所述能源儲庫(26)包括儲庫主體，位于運輸巷道(32)正下方的能源儲庫(26)的儲庫主體上設置有能源輸送管道組件。

【技術特征摘要】
1.一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：包括多個能源儲庫組(33)，每個能源儲庫組(33)均包括多個能源儲庫(26)，每個能源儲庫組(33)中相鄰兩個能源儲庫(26)的上部通過上連通管道(27)連接，每個能源儲庫組(33)中相鄰兩個能源儲庫(26)的下部通過下連通管道(28)連接，每個能源儲庫組(33)中相鄰三個能源儲庫(26)呈等邊三角形布設，所述能源儲庫(26)包括儲庫主體，位于運輸巷道(32)正下方的能源儲庫(26)的儲庫主體上設置有能源輸送管道組件。2.按照權利要求1所述的一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：所述位于運輸巷道(32)正下方的能源儲庫(26)的儲庫主體的頂部設置有檢修口，所述檢修口上設置有檢修口蓋板；所述能源儲庫(26)的形狀為圓柱形，每個能源儲庫組(33)中相鄰兩個能源儲庫(26)之間的距離為能源儲庫(26)的內徑的1.5～3倍。3.按照權利要求1所述的一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：所述儲庫主體包括儲庫主體底部構件(1)和加固頂板(3)，以及一層儲庫主體中部構件(2)或多層上下固定連接的儲庫主體中部構件(2)，位于最底層的儲庫主體中部構件(2)的底部與儲庫主體底部構件(1)的頂部固定連接，所述加固頂板(3)固定連接在位于最頂層的儲庫主體中部構件(2)的頂部；所述儲庫主體底部構件(1)包括用于圍成能源儲備空間的儲庫主體底部預制構件和設置在儲庫主體底部預制構件外圍的底部傳統充填層(1-1)，所述儲庫主體底部預制構件包括底部加固充填層(1-2)和設置在底部加固充填層(1-2)內部的底部防滲充填層(1-3)，所述底部防滲充填層(1-3)、底部加固充填層(1-2)和底部傳統充填層(1-1)的四周及底部通過底部連接錨桿(14)固定連接，所述底部加固充填層(1-2)和底部防滲充填層(1-3)的底部一側均向下凹陷形成位于儲庫主體內底部的收集池(1-4)；所述儲庫主體中部構件(2)包括用于圍成能源儲備空間的儲庫主體中部預制構件和設置在儲庫主體中部預制構件外圍的中部傳統充填層(2-1)，所述儲庫主體中部預制構件包括中部加固充填層(2-2)和設置在中部加固充填層(2-2)內部的中部防滲充填層(2-3)，所述中部防滲充填層(2-3)、中部加固充填層(2-2)和中部傳統充填層(2-1)的四周及底部通過中部連接錨桿(15)固定連接；所述加固頂板(3)包括從下到上依次設置的頂部防滲材料層(3-1)和頂部加固材料層(3-2)，所述頂部加固材料層(3-2)中埋設有加強筋(3-3)；所述底部連接錨桿(14)和中部連接錨桿(15)的結構相同且均包括套管(14-1)、螺紋連接在套管(14-1)一端的內錨桿體(14-2)和螺紋連接在套管(14-1)另一端的外錨桿體(14-3)，所述內錨桿體(14-2)未與套管(14-1)連接的一端設置有外螺紋且螺紋連接有螺母(14-4)，所述螺母(14-4)端部與內錨桿體(14-2)之間設置有夾板(14-5)，所述外錨桿體(14-3)未與套管(14-1)連接的一端端部帶有錨頭(14-6)。4.按照權利要求3所述的一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：所述能源輸送管道組件包括穿過加固頂板(3)進入儲庫主體內的能源輸入管道(4)和能源輸出管道(5)，所述能源輸入管道(4)上設置有能源輸入控制閥(6)，所述能源輸出管道(5)上設置有能源輸出控制閥(7)，所述能源輸出管道(5)伸入收集池(1-4)內。5.按照權利要求3所述的一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：所述能源輸送管道組件包括穿過加固頂板(3)進入儲庫主體內的能源輸入輸出管道(30)和設置在能源輸入輸出管道(30)上的能源輸入輸出控制閥(31)，所述能源輸入輸出管道(30)伸入收集池(1-4)內。6.按照權利要求4或5所述的一種建造在礦井井下的能源儲庫群，其特征在于：所述能源輸送管道組件還包括穿過加固頂板(3)進入儲庫主體內的壓力平衡管(8)、取壓管(10)和取溫度管(11)，所述壓力平衡管(8)上設置有壓力控制閥(9)，所述取壓管(10)上連接有壓力傳感器(12)，所述取溫度管(11)上連接有溫度傳感器(13)。7.一種如權利要求4或5所述建造在礦井井下的能源儲庫群的建造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟一、對礦井采空區進行充填前，采用儲庫主體底部模具預制多個儲庫主體底部預制構件，在每個儲庫主體底部預制構件的頂部均設置用于連接儲庫主體中部預制構件的凹形接口，并在每個儲庫主體底部預制構件的四周及底部均連接底部連接錨桿(14)；步驟二、采用傳統充填材料從下到上充填礦井采空區，直至充填厚度達到底部傳統充填層(1-1)的底部厚度；步驟三、待傳統充填材料初步固結到可以自立的程度時，首先，將多個儲庫主體底部預制構件分別放置在多個能源儲庫設計位置處，并將每個位于儲庫主體底部預制構件底部的底部連接錨桿(14)均插入傳統充填材料中；然后，對于處于一個能源儲庫組(33)中的能源儲庫的相鄰兩個儲庫主體底部預制構件，在儲庫主體底部預制構件的下部采用下連通管道(28)連接；步驟四、采用傳統充填材料在多個儲庫主體底部預制構件周圍充填，直至充填高度達到了儲庫主體底部預制構件的高度，形成底部傳統充填層(1-1)；步驟五、待底部傳統充填層(1-1)與多個儲庫主體底部預制構件固結形成多個儲庫主體底部構件(1)后，在每個儲庫主體底部構件(1)頂部均蓋上木質蓋板(16)，繼續進行采礦作業；步驟六、采用儲庫主體中部模具預制多個儲庫主體中部預制構件，在每個儲庫主體中部預制構件的底部均設置用于連接儲庫主體底部預制構件或儲庫主體中部預制構件的凸形接口，在每個儲庫主體中部預制構件的頂部均設置用于連接儲庫主體中部預制構件或加固頂板(3)的凹形接口，并在每個儲庫主體中部預制構件的四周及底部連接中部連接錨桿(15)；步驟七、對進行采礦作業新形成的礦井采空區進行充填時，首先，揭開蓋在多個儲庫主體底部構件(1)頂部的木質蓋板(16)，在多個儲庫主體底部預制構件頂部凹形接口內表面上涂抹膠凝材料，并在多個儲庫主體中部預制構件的底部凸形接口外表面上涂抹膠凝材料，然后，將多個儲庫主體中部預制構件的底部凸形接口分別對應與多個儲庫主體底部預制構件頂部凹形接口對接，將多個儲庫主體中部預制構件分別與多個儲庫主體底部預制構件粘結為一體；步驟八、首先，分別在多個儲庫主體中部預制構件的底部凸形接口與多個儲庫主體底部預制構件頂部凹形接口的重疊區域從內到外鉆錨桿孔；然后，將接口連接錨桿(22)穿入錨桿孔中，分別連接多個儲庫主體中部預制構件的底部凸形接口部分與多個儲庫主體底部預制構件頂部凹形接口部分；最后，噴射防滲材料修復鉆錨桿孔時被破壞的中部防滲充填層(2-3)；步驟九、采用傳統充填材料在多個儲庫主體中部預制構件周圍充填，直至充填高度達到了儲庫主體中部預制構件的高度，形成中部傳統充填層(2-1)；步驟十、待中部傳統充填層(2-1)與多個儲庫主體中部預制構件固結形成多個儲庫主體中部構件(2)后，在每個儲庫主體中部構件(2)頂部均蓋上木質蓋板(16)，繼續進行采礦作業；步驟十一、采用儲庫主體中部模具預制多個儲庫主體中部預制構件，在每個儲庫主體中部預制構件的底部均設置用于連接儲庫主體底部預制構件或儲庫主體中部預制構件的凸形接口，在每個儲庫主體中部預制構件的頂部均設置用于連接儲庫主體中部預制構件或加固頂板(3)的凹形接口，并在每個儲庫主體中部預制構件的四周及底部連接中部連接錨桿(15)；步驟十二、對進行采礦作業新形成的礦井采空區進行充填時，首先，揭開蓋在多個儲庫主體中部構件(2)頂部的木質蓋板(16)，在揭開木質蓋板(16)后的多個儲庫主體中部預制構件頂部凹形接口內表面上涂抹膠凝材料，并在多個新預制的儲庫主體中部預制構件的底部凸形接口外表面上涂抹膠凝材料，然后，將多個新預制的儲庫主體中部預制構件的底部凸形接口分別對應與揭開木質蓋板(16)后的多個儲庫主體底部預制構件頂部凹形接口對接，將多個新預制的儲庫主體中部預制構件分別與多個揭開木質蓋板(16)后的儲庫主體中部預制構件粘結為一體；步驟十三、首先，分別在多個新預制的儲庫主體中部預制構件的底部凸形接口與多個揭開木質蓋板(16)后的儲庫主體中部預制構件頂部凹形接口的重疊區域從內到外鉆錨桿孔；然后，將接口連接錨桿(22)穿入錨桿孔中，分別連接多個新預制的儲庫主體中部預制構件的底部凸形接口部分與多個揭開木質蓋板(16)后的儲庫主體底部預制構件頂部凹形接口部分；最后，噴射防滲材料修復鉆錨桿孔時被破壞的中部防滲充填層(2-3)；步驟十四、采用傳統充填材料在多個新預制的儲庫主體中部預制構件周圍充填，直至充填高度達到了新預制的儲庫主體中部預制構件的高度，形成新的一層中部傳統充填層(2-1)；步驟十五、待新的一層中部傳統充填層(2-1)與多個新預制的儲庫主體中部預制構件固結形成新的一層多個儲庫主體中部構件(2)后，在新的一層每個儲庫主體中部構件(2)頂部均蓋上木質蓋板(16)，繼續進行采礦作業；步驟十六、重復步驟十一至步驟十五，直至所開采的礦床分層的頂部；且在最后一次重復步驟十三后，在步驟十四之前，對于處于一個能源儲庫組(33)中的能源儲庫的相鄰兩個新預制的儲庫主體中部預制構件，在儲庫主體中部預制構件的上部采用上連通管道(27)連接；步驟十七、采用加固頂板模具(25)預制多塊加固頂板(3)，并在預制用于固定連接在未位于運輸巷道(32)正下方的能源儲庫(26)的加固頂板(3)時，不在加固頂板(3)上設置預留孔；在預制用于固定連接在位于運輸巷道(32)正下方的能源儲庫(26)的加固頂板(3)時，當能源輸入與輸出采用兩根管道時，在加固頂板(3)上設置能源輸入管道預留孔(17)和能源輸出管道預留孔(18)；當能源輸入與輸出采用一根管道時，在加固頂板(3)上設置能源輸入輸出管道預留孔(29)；步驟十八、首先，揭開蓋在最頂層的多個儲庫主體中部構件(2)頂部的木質蓋板(16)，在最頂層的多個儲庫主體中部預制構件頂部凹形接口內表面上涂抹膠凝材料；然后，對于未位于運輸巷道(32)正下方的能源儲庫(26)，將未設置預留孔的加固頂板(3)放置于最頂層的儲庫主體中部預制構件頂部凹形接口內，并采用膠凝材料將加固頂板(3)與最頂層的儲庫主體中部預制構件連接為一體；對于位于運輸巷道(32)正下方的能源儲庫(26)，當能源輸入與輸出采用兩根管道時，將設置有能源輸入管道預留孔(17)和能源輸出管道預留孔(18)的加固頂板(3)放置于最頂層的儲庫主體中部預制構件頂部凹形接口內，并采用膠凝材料將加固頂板(3)與最頂層的儲庫主體中部預制構件連接為一體；當能源輸入與輸出采用一根管道時，將設置有能源輸入輸出管道預留孔(29)的加固頂板(3)放置于最頂層的儲庫主體中部預制構件頂部凹形接口內，并采用膠凝材料將加固頂板(3)與最頂層的儲庫主體中部預制構件連接為一體；步驟十九、當能源輸入與輸出采用兩根管道時，在能源輸入管道預留孔(17)內插入能源輸入管道(4)，在能源輸出管道預留孔(18)內插入能源輸出管道(5)；當能源輸入與輸出采用一根管道時，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張波，劉浪，王美，張小艷，王湃，陳柳，秦學斌，景宏君，王燕，邱華富，孫偉博，方治余，辛杰，
申請(專利權)人：西安科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61