[發(fā)明專利]一種深部礦井生產(chǎn)供水高勢(shì)能發(fā)電系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210186872.6
• 申請(qǐng)日: 2022-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114412691A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張柬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): F03B13/00
• 分類號(hào): F03B13/00;F03B11/08;F03B11/02;F03B11/00;F03B3/00;E21F17/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種深部礦井生產(chǎn)供水高勢(shì)能發(fā)電系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括位于地表的高位水池和位于井下發(fā)電硐室的防震墩、防震伸縮節(jié)、過(guò)濾器、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及蓄水池，高位水池通過(guò)深豎井內(nèi)自流供水管與水輪機(jī)進(jìn)水口相通，水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)動(dòng)力連接，發(fā)電機(jī)輸電端接入井下電網(wǎng)，水輪機(jī)出水口與蓄水池相通，蓄水池通過(guò)深豎井內(nèi)自流出水管接入各中段供水管線；過(guò)濾器與蓄水池之間設(shè)有應(yīng)急管路。方法為：高位水池內(nèi)的水經(jīng)初步過(guò)濾后通過(guò)自流供水管進(jìn)入水輪機(jī)以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能經(jīng)變壓后傳輸至井下電網(wǎng)為用電設(shè)備供電；水從水輪機(jī)中流出經(jīng)減壓后流入蓄水池，再通過(guò)自流出水管輸送至各中段供水管線內(nèi)；若發(fā)電機(jī)故障檢修或水頭壓力過(guò)高，由應(yīng)急管路卸壓排水。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下礦山開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種深部礦井生產(chǎn)供水高勢(shì)能發(fā)電系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著淺部資源的枯竭，未來(lái)千米級(jí)的深井開(kāi)采幾乎是獲得礦產(chǎn)資源的唯一方式。地下采礦生產(chǎn)系統(tǒng)需要電源、高壓空氣和水來(lái)滿足各種生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行、鑿巖鉆孔和生產(chǎn)維護(hù)需要，對(duì)于井下采礦作業(yè)用水來(lái)說(shuō)，需要用作井下消防用水，鏟裝作業(yè)面需要灑水減少揚(yáng)塵，在穿孔鉆眼時(shí)需要用水冷卻鉆具和排除巖屑，為防止工人將粉塵引入肺部需要噴水降塵，溜井工作面需要灑水降塵。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，采出1噸礦石需要消耗0.3～0.5噸的水，對(duì)于日產(chǎn)能達(dá)到萬(wàn)噸的地下礦來(lái)說(shuō)，每日需要消耗3000～5000噸的水資源。

一般情況下，在設(shè)計(jì)地下礦山的排水和供水系統(tǒng)時(shí)，會(huì)在礦山最下部設(shè)置排水倉(cāng)，用以收集地下涌水和生產(chǎn)廢水，排水倉(cāng)內(nèi)的尾水則通過(guò)大功率泵提升至地表的高位水池中，當(dāng)高位水池中的水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的沉淀、過(guò)濾和凈化后，會(huì)根據(jù)生產(chǎn)需要自流到地下礦不同中段位置，用以保障正常生產(chǎn)需要。

當(dāng)水從地表的高位水池通過(guò)敷設(shè)水管到達(dá)井下為設(shè)備供水時(shí)，水到達(dá)井下時(shí)的壓力非常大，以千米豎井為例，其水頭壓力可達(dá)10MPa，該水頭壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)城市供水主干網(wǎng)內(nèi)的水壓力。因此，壓力為10MPa的水是無(wú)法直接作為設(shè)備供水的，必須將供水管里面的水進(jìn)行卸壓后才能為設(shè)備使用，目前采用的卸壓方式通常為在供水管路中間加一級(jí)轉(zhuǎn)水站，但由于增設(shè)了轉(zhuǎn)水站，因此還需要增加相應(yīng)的硐室工程。此外，目前采用的卸壓方式還可以為在井下加裝減壓閥，但減壓閥需要經(jīng)常更換，而且大量的高位水勢(shì)能會(huì)通過(guò)減壓閥被白白浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種深部礦井生產(chǎn)供水高勢(shì)能發(fā)電系統(tǒng)及方法，有效利用了深井礦體埋深大、供水水頭壓力高的特點(diǎn)，通過(guò)供水管內(nèi)的高壓力水流驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將高位水勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能，再由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而將機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，從而將原本浪費(fèi)掉的高位水勢(shì)能利用起來(lái)，不但節(jié)約了企業(yè)用電成本，同時(shí)完成了水壓的釋放，有效保護(hù)了供水管路的安全。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種深部礦井生產(chǎn)供水高勢(shì)能發(fā)電系統(tǒng)，包括高位水池、自流供水管、防震墩、防震伸縮節(jié)、過(guò)濾器、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄水池及自流出水管；所述高位水池位于地表；所述防震墩、防震伸縮節(jié)、過(guò)濾器、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及蓄水池均位于井下發(fā)電硐室內(nèi)，發(fā)電硐室位于礦體最頂層中段；所述自流供水管布設(shè)在深豎井內(nèi)，自流供水管的進(jìn)水口與高位水池相連通；所述自流供水管的出水口位于發(fā)電硐室內(nèi)，自流供水管通過(guò)防震墩與發(fā)電硐室地面固定；所述自流供水管的出水口依次通過(guò)防震伸縮節(jié)和過(guò)濾器與水輪機(jī)的進(jìn)水口相連通，水輪機(jī)的出水口與蓄水池相連通；所述自流出水管布設(shè)在深豎井內(nèi)，自流出水管的進(jìn)水口與蓄水池相連通，自流出水管的出水口分多路輸出，分別接入井下各個(gè)中段的供水管線；所述水輪機(jī)的動(dòng)力輸出軸與發(fā)電機(jī)的動(dòng)力輸入軸相連接，發(fā)電機(jī)的輸電端接入井下電網(wǎng)。

在所述自流供水管的進(jìn)水口設(shè)置有過(guò)濾網(wǎng)。

在所述防震墩與防震伸縮節(jié)之間的管路上設(shè)置有第一閘閥。

在所述水輪機(jī)進(jìn)水口側(cè)的管路上設(shè)置有第二閘閥。

在所述水輪機(jī)出水口側(cè)的管路上設(shè)置有第一減壓閥。

在所述第一減壓閥出水口側(cè)的管路上設(shè)置有第一壓力表。