[發(fā)明專利]含相變蓄熱材料的套管式礦井采熱實驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911304489.0
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111007103B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張小艷;劉浪;許慕妍;郇超;趙玉嬌;趙敏;文德;劉利;賈宇航
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 西安啟誠專利知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61240
• 代理人: 李艷春

本發(fā)明公開了一種含相變蓄熱材料的套管式礦井采熱實驗方法，其采用的實驗裝置包括實驗箱體，供水系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器，實驗箱體包括長方體框架結(jié)構(gòu)保溫箱體和設(shè)置在保溫箱體內(nèi)壁內(nèi)側(cè)的多塊電加熱碳纖維溫度控制板，保溫箱體的內(nèi)部空腔中設(shè)置有用于容納充填材料并形成多個充填層的充填空間，每個充填層內(nèi)均布設(shè)有套管式采熱裝置和帶肋熱管；供水系統(tǒng)包括保溫水箱、分水器和集水器；數(shù)據(jù)采集器與計算機連接。本發(fā)明能夠簡單方便地模擬不同管排布置方式對礦井充填體的蓄釋熱以及套管內(nèi)相變蓄熱材料吸熱與放熱過程中溫度場的影響，為研究礦井高溫采熱裝置提供了實驗基礎(chǔ)，實用性強，便于推廣使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于礦井換熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含相變蓄熱材料的套管式礦井采熱實驗方法。

背景技術(shù)

隨著淺部礦產(chǎn)資源的逐漸減少和枯竭，深部礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用將成為必然趨勢。深部開采處于高應(yīng)力、高井溫和高井深等特殊環(huán)境，充填采礦法及地熱開采是控制地壓、緩解深井熱害、提高礦產(chǎn)及地熱資源利用率的有效措施。

充填采礦法屬人工支護采礦法。在礦房或礦塊中，隨著回采工作面的推進，向采空區(qū)送入充填材料，以進行地壓管理、控制圍巖崩落和地表移動，并在形成的充填體上或在其保護下進行回采，是深部開采時控制地壓的有效措施。隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)過程節(jié)能減排及環(huán)保要求日益嚴格，無廢清潔采礦是未來礦業(yè)發(fā)展的必然趨勢。充填采礦法可以將地表堆積廢料回填到井下，從而大大提高回采作業(yè)安全程度，提高深部資源回收率30％，且解決地表堆積廢料造成的環(huán)境污染，實現(xiàn)綠色開采。

在利用充填法進行深部礦床開采的同時，為了實現(xiàn)礦產(chǎn)資源與地熱的協(xié)同開采，基于“充填體相變蓄熱-地熱協(xié)同開采”的理念，同時為防止相變材料因相態(tài)變化而引起的泄露，本文提出在充填體內(nèi)布置套管采熱裝置，該裝置包括采熱管、圓形翅片及圓形套管，通過水—相變材料—充填體三者之間的換熱過程來提取地熱能，套管采熱裝置預(yù)制在充填層中，通過圓形套管預(yù)留的輸送口填充相變材料。蓄熱時，充填體從圍巖及采場吸收熱量，溫度升高，經(jīng)導(dǎo)熱傳給相變材料，當溫度升高至相變溫度時，相變材料吸熱融化，之后持續(xù)升溫至接近圍巖溫度，完成蓄熱過程。釋熱時，換熱管內(nèi)冷水通過對流與管壁換熱，管壁通過熱傳導(dǎo)從相變材料吸熱，相變材料釋放熱量，溫度逐漸降低，失熱固化后逐漸降溫至接近換熱管內(nèi)水溫。換熱管內(nèi)水吸收相變材料熱量溫度逐漸升高，不斷帶走相變材料的熱量，直至釋熱結(jié)束。如此反復(fù)，充填體及相變材料通過蓄熱過程吸收圍巖及采場風(fēng)流熱量、通過釋熱過程將熱量傳遞給換熱管內(nèi)的水，換熱管內(nèi)水溫升高后，再由熱泵機組提取利用，實現(xiàn)礦山深部開采時地熱的提取利用與采場的協(xié)同降溫。

但是，目前含相變材料的套管式礦井采熱技術(shù)發(fā)展不成熟，還需要進行大量的實驗，這些實驗，如果都放到礦山實際采場去做，將會耗費大量的人力物力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種設(shè)計新穎合理，功能完備，采熱率高，實用性強，便于推廣使用的含相變蓄熱材料的套管式礦井采熱實驗裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種含相變蓄熱材料的套管式礦井采熱實驗裝置，其特征在于：包括實驗箱體，供水系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器，所述實驗箱體包括長方體框架結(jié)構(gòu)保溫箱體和設(shè)置在保溫箱體內(nèi)壁內(nèi)側(cè)的多塊電加熱碳纖維溫度控制板，所述保溫箱體的內(nèi)部空腔中設(shè)置有用于容納充填材料并形成多個充填層的充填空間，所述保溫箱體的后側(cè)壁上設(shè)置有用于往充填空間內(nèi)輸送充填材料的充填材料輸送通道，每個所述充填層內(nèi)均布設(shè)有套管式采熱裝置和帶肋熱管，所述套管式采熱裝置包括多根圓形套管和設(shè)置在圓形套管內(nèi)的采熱管，所述圓形套管內(nèi)同軸設(shè)置有套裝在采熱管上的多個圓形翅片，所述圓形套管的管壁上設(shè)置有用于往圓形套管內(nèi)輸送相變蓄熱材料的相變蓄熱材料輸送入口，所述帶肋熱管沿水平方向和豎直方向交替布置在圓形套管的外壁面上，沿水平方向布置的帶肋熱管的冷凝端通過水平模具與圓形套管相連接，沿豎直方向布置的帶肋熱管的冷凝端通過豎直模具與圓形套管相連接，所述帶肋熱管的蒸發(fā)端設(shè)置在充填層內(nèi)；