[發明專利]一種適用于巖土層地質的回填材料以及制備方法

在審

• 申請號: 201810302558.3
• 申請日: 2018-04-05
• 公開（公告）號: CN108484038A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 王恩琦;滿意;張方方;張強;黃體士;吳建華;韓乃鋒;李根成
• 申請（專利權）人: 山東亞特爾集團股份有限公司;山東省煤田地質局第二勘探隊
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;E21B33/13
• 代理公司: 漢中市銘源專利代理事務所(普通合伙) 61235
• 代理人: 周沛臣

本發明涉及新型材料以及環保地熱領域，尤其涉及一種適用于巖土層地質的回填材料以及制備方法。包含以下重量份的原料：硅酸鹽水泥1.0份、水0.50?0.60份、石英砂1.5?2.5份、膨潤土0.003?0.011份、膨脹劑0.03?0.07份、觸變潤滑劑0.001?0.005份、減水劑0.01?0.018份、消泡劑0.002?0.01份。采用如上技術方案的本發明，相對于現有技術有如下有益效果：此回填材料的提出對于保證地埋管換熱器的施工質量和運行性能，降低地埋管換熱器的初投資和占地面積具有重要意義，有助于利用可再生能源的地源熱泵技術的推廣應用，符合保護環境、節能降耗的可持續發展戰略，具有顯著的經濟效益和社會效益。

技術領域

本發明涉及新型材料以及環保地熱領域，尤其涉及一種適用于巖土層地質的回填材料以及制備方法。

背景技術

地源熱泵技術通過閉式地埋管換熱器夏季向土壤中釋放熱量、冬季從土壤中吸收熱量，通過熱泵實現對建筑物供冷供熱。由于利用了可再生的淺層地能，地源熱泵技術與傳統空氣源熱泵系統相比具有更高的效率和可靠的效能。近年來，地源熱泵系統已成為各類建筑物中央空調系統的節能選擇。地埋管換熱器是地源熱泵技術利用淺層地能的核心構件，我國目前應用較多的地埋管換熱器形式是豎直地埋管換熱器。

原來的地熱都是就地土材直接回填，且在巖土層地質中無法操作，下管后的鉆孔內是充滿泥漿的，目前也是行業難題。在巖土層地質條件下的地埋管換熱器施工時，多采用泥漿泵鉆孔，使用正循環回轉鉆井工藝。在鉆機驅動鉆具回轉鉆井的同時，利用泵將水從鉆桿中心孔中壓入孔底，沖洗孔底。水攜帶切屑沿鉆桿與孔壁之間的外環狀空間上升，從孔口流向沉淀池，形成正循環回轉鉆井。因此，下管后的鉆孔內是充滿泥漿的，如何使回填材料取代泥漿切實填滿整個鉆孔也是巖土層地質條件下的地埋管回填必須解決的問題。

而且，提高回填材料的導熱系數可以有效增強地埋管換熱器的換熱性能，但回填材料的導熱系數也并非越高越好。理論計算表明，當回填材料的導熱系數低于周圍土壤的導熱系數時，增大回填材料的導熱系數有利于提高地埋管換熱器總的換熱能力。但是當回填材料的導熱系數高于周圍土壤的導熱系數時，增大回填材料的導熱系數對提高換熱器總的換熱能力的影響不再明顯。而且回填材料的導熱系數過大時，反而會增強U型管支管間的“熱短路”現象。

目前關于地埋管換熱器回填材料的研究取得了不小的進展，但是大多配方復雜，包含工業廢料，而且缺乏適用于不同地質條件下的高性價比回填材料的探討。

地源熱泵系統中的循環水通過在鉆孔內埋置的高密度聚乙烯循環管內流動，實現與淺層土壤的換熱。在淺層地能的熱傳遞過程中，最先是循環管壁與鉆孔內回填材料之間的換熱，然后才是與鉆孔周圍土壤的換熱過程，回填材料是實現循環水與土壤之間換熱的重要環節。因此，回填材料是保證地埋管換熱器換熱性能和施工質量的重要材料，其傳熱性能將直接影響地埋管換熱器的換熱效率，進而影響地埋管換熱器的鉆孔埋管總長度、整個地源熱泵系統的初投資及運行費用。通常情況下，要求地埋管換熱器的回填材料首先具備良好的導熱性能、施工性能和力學性能，其次具有環保性、耐久性和經濟性。

根據實際施工情況調研，目前原漿回填和粗砂回填在巖土層地質條件下的地埋管地源熱泵實際工程中應用較為廣泛。顯然，原漿回填、粗砂回填具有經濟方面的優勢而且施工較為方便。但是據測試，原漿和粗砂材料本身的導熱系數不高。而且當其受熱脫水時，還會在管壁與土壤之間產生較大的接觸熱阻，這對地埋管換熱器的傳熱相當不利。

發明內容

發明的目的：為了提供一種效果更好的適用于巖土層地質的回填材料以及制備方法，具體目的見具體實施部分的多個實質技術效果。

為了達到如上目的，本發明采取如下技術方案：

方案一：