专利摘要

本实用新型涉及一种矿区换热系统，属于新能源领域。包括降水换热装置、中空套管换热装置、供液管道、回流管道以及热泵机组，所述供液管道和回流管道之间通过热泵机组循环，所述降水换热装置设置在所述中空套管换热装置周边，所述降水换热装置设有降水换热进口和降水换热出口，所述中空套管换热装置包括U型换热管，所述降水换热进口以及U型换热管的进口与所述供液管道连通，所述降水换热出口以及U型换热管的出口与所述回流管道连通。

权利要求

1.一种矿区换热系统，其特征在于：包括降水换热装置、中空套管换热装置、供液管道、回流管道以及热泵机组，所述供液管道和回流管道之间通过热泵机组循环，所述降水换热装置设置在所述中空套管换热装置周边，所述降水换热装置设有降水换热进口和降水换热出口，所述中空套管换热装置包括U型换热管，所述降水换热进口以及U型换热管的进口与所述供液管道连通，所述降水换热出口以及U型换热管的出口与所述回流管道连通；

所述降水换热装置包括底部带有多孔眼的套筒，所述套筒伸入矿井孔洞内，所述套筒自底部向上依次设有绕丝筛管、地锚支撑装置和封隔装置，所述地锚支撑装置将套筒固定在矿井孔洞内，所述封隔装置将套筒与矿井孔洞之间的上下环空进行隔离，所述封隔装置上方的环空设有水泥填浆；

所述套筒中心设有底部带有孔眼的保温管，所述保温管与套筒之间下方设有阻隔塞，所述阻隔塞的深度大于所述封隔装置的深度，所述套筒内流动换热介质，所述降水换热进口与套筒连通，所述降水换热出口与保温管连通，所述换热介质自保温管与套筒之间上方进入，经套筒上的孔眼进入绕丝筛管以及套筒与矿井孔洞的环空后，再通过套筒上的孔眼进入套筒，最后通过保温管底部的孔眼进入保温管。

2.如权利要求1所述的一种矿区换热系统，其特征在于：所述中空套管换热装置包括中空套管，所述中空套管设置在矿井孔洞内，所述中空套管底部也设有地锚支撑装置，所述中空套管内设有所述U型换热管，中空套管与矿井孔洞以及U型换热管之间设有水泥填浆。

3.如权利要求2所述的一种矿区换热系统，其特征在于：所述中空套管和套筒外壁均设有扶正器。

4.如权利要求1所述的一种矿区换热系统，其特征在于：所述中空套管换热装置与所述降水换热装置呈七点法布置，所述降水换热装置设有六套并且呈正六边形布置，所述降水换热装置设置在正六边形的六个点处，所述中空套管换热装置设置在正六边形的中心。

5.如权利要求1所述的一种矿区换热系统，其特征在于：所述降水换热出口设有过滤装置和监测装置，所述监测装置包括温度监测装置、压力表、流量计。

6.如权利要求1所述的一种矿区换热系统，其特征在于：所述套筒端部设有孔口密封装置，所述孔口密封装置包括密封进口和密封出口，所述密封进口与所述套筒及保温管的环空相通，所述密封出口与所述保温管相通。

7.如权利要求6所述的一种矿区换热系统，其特征在于：所述密封进口和密封出口处均设有阀门。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种矿区换热系统，属于新能源领域。

背景技术

中国是全球采矿大国之一，矿产资源十分丰富。但是由于经济发展，矿产资源的需求量不断扩大，从而导致矿产资源消耗殆尽。作为工业化发展的伴生物，废弃矿区已经成为资源枯竭型城市内在危机的外化表征，而城区型矿区带来的压力尤为明显。向地下要空间，向地球深部要资源是未来发展的必然趋势，向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题。目前，我国对关停矿井的研究大多停留在生态复垦和旅游开发层面，对矿井地下空间二次利用的研究缺乏系统成熟的理论研究，导致我国每年仍有大量关停矿井的地下空间被荒废。但是在国外，尤其是一些发达国家和地区，在20世纪中期就开始对矿区的再利用进行研究，到如今已经有了相对完整成熟的理论体系，并形成以文化娱乐为主导的旅游科普教育模式、地下储库模式、地下医学疗养院模式、地热资源开发利用模式、深地实验室模式以及建设地下生态城市模式等。

城区型矿区以城市主城区为中心城区，这些矿区紧邻市区，甚至在城市总规划范围之内。从区位交通来看，这类矿区地理位置优越，交通便利，易与“外界”联系。从环境影响来看主要有三点：①环境二次污染严重，自然景观被破坏；②“城中村”问题严重，区域散乱；③工业场所感强。从社会经济来看，产业结构主要以第二产业为主，并带动主要以服务“城中村”为主的第三产业发展，此类矿区土地价值低，利用率不高。同时，由于城区型矿区优越的地理位置，失业人员再就业的机会比较多，矿区的关注度也较高，易受到政策的支持。综上所述，城区型矿区与城市发展是不可分割的整体，它的存在不仅影响城市的生态环境，更影响城市的空间扩展，阻碍城市的发展。

矿区地下空间开发的必要性矿区地下空间不仅是“矿城”协同转型路上急需解决的问题，更具有深层次开发利用的必要性。我国90％以上的矿区是井工开采，矿井关停废弃后井下存在着大量有待二次利用的地下空间，主要包括遗留的巷道、峒室和生产作业的废弃采区等。因此，如果能将矿区下得天独厚的地下空间资源选择适宜的开发模式利用起来，这样在节约大量开挖成本的同时，避免了闲置的矿井地下空间造成的地面塌陷及空间浪费，赋予废弃矿区新的生命，将其“变废为宝”。

据统计，截至2008年，全国煤矿的高温矿井共有62个，其中约60％的矿井常年温度处于30～35℃。煤矿地下空间的丰富且稳定的地热资源等待被利用。矿区地下空间的经济、生态、文化以及科普教育等价值同样引起社会的关注。丰富的矿井地下空间资源如果加以合理的开发利用，不仅对生态环境起到很好的修复作用，还对经济的发展以及工业遗产的认同感的提升起到辅助作用。可再生资源的开发利用是城市实现生态转型的一大途径。

实用新型内容

对于现有技术中所存在的问题，本实用新型提供的一种矿区换热系统，实现了矿井地下空间资源的合理利用，同时保证了换热质量及效果。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种矿区换热系统，包括降水换热装置、中空套管换热装置、供液管道、回流管道以及热泵机组，所述供液管道和回流管道之间通过热泵机组循环，所述降水换热装置设置在所述中空套管换热装置周边，所述降水换热装置设有降水换热进口和降水换热出口，所述中空套管换热装置包括U型换热管，所述降水换热进口以及U型换热管的进口与所述供液管道连通，所述降水换热出口以及U型换热管的出口与所述回流管道连通；

所述降水换热装置包括底部带有多孔眼的套筒，所述套筒伸入矿井孔洞内，所述套筒自底部向上依次设有绕丝筛管、地锚支撑装置和封隔装置，所述地锚支撑装置将套筒固定在矿井孔洞内，所述封隔装置将套筒与矿井孔洞之间的上下环空进行隔离，所述封隔装置上方的环空设有水泥填浆；

所述套筒中心设有底部带有孔眼的保温管，所述保温管与套筒之间下方设有阻隔塞，所述阻隔塞的深度大于所述封隔装置的深度，所述套筒内流动换热介质，所述降水换热进口与套筒连通，所述降水换热出口与保温管连通，所述换热介质自保温管与套筒之间上方进入，经套筒上的孔眼进入绕丝筛管以及套筒与矿井孔洞的环空后，再通过套筒上的孔眼进入套筒，最后通过保温管底部的孔眼进入保温管。

作为优选的技术方案，所述中空套管换热装置包括中空套管，所述中空套管设置在矿井孔洞内，所述中空套管底部也设有地锚支撑装置，所述中空套管内设有所述U型换热管，中空套管与矿井孔洞以及U型换热管之间设有水泥填浆。

作为优选的技术方案，所述中空套管和套筒外壁均设有扶正器。

作为优选的技术方案，所述中空套管换热装置与所述降水换热装置呈七点法布置，所述降水换热装置设有六套并且呈正六边形布置，所述降水换热装置设置在正六边形的六个点处，所述中空套管换热装置设置在正六边形的中心。

作为优选的技术方案，所述降水换热出口设有过滤装置和监测装置，所述监测装置包括温度监测装置、压力表、流量计。

作为优选的技术方案，所述套筒端部设有孔口密封装置，所述孔口密封装置包括密封进口和密封出口，所述密封进口与所述套筒及保温管的环空相通，所述密封出口与所述保温管相通。

作为优选的技术方案，所述密封进口和密封出口处均设有阀门。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型矿区岩层中一般存在充水孔隙，孔隙中存在自由水，是矿区涌水的主要通道，本系统中降水换热装置与矿区岩层直接接触，又通过压裂迫使岩层形成大量岩石裂缝，岩层孔隙中的自由水通过裂隙进入降水换热装置，可以由抽水泵排出孔洞内，因为抽水泵通过保温管对降水换热装置底部有抽汲作用，对装置底下部周围的岩层孔隙中的自由水产生抽吸作用，同时降水换热装置下部为绕丝筛管，绕丝孔隙从外向内缓慢变小，对于矿坑水中的大粒径岩屑有阻挡作用，因此本降水换热装置对于矿区水的排出具有疏导作用，可作为矿区降水系统的分支；同时矿区涌水本身也是存有温度，也可通过本系统中的降水换热装置作为换热源存在；

2.如本系统中的降水换热装置所在孔洞无矿区涌水的存在，换热介质从套管经过绕丝筛管直接可以与矿区岩层接触进行换热，换热介质流动过程中，绕丝筛管的绕丝筛套对换热介质的流动产生扰动，最大程度的增加换热时间，减少热损耗，提高换热效率；

3.本系统采用七点法布孔，即正六边形的六个角和中心一点，孔与孔之间的距离都是相同的，正六边形中心孔洞内中空套管、地锚支撑装置和水泥组成了强有力的锚杆支护，而其它六个孔洞中套筒、地锚支撑装置、水泥三者组合对矿区围岩也具有良好的锚固支护作用，其中地锚支撑装置的锚爪可以在孔洞底部起到锚固作用，七个支护锚杆改变了孔洞周围围岩本身的力学状态，形成一个整体而又稳定的岩石带，最终达到结构稳定的目的；

5.通过进行温度，流量，压力的监测，实时掌握换热介质的物理状态，对于可能出现的矿区突发状况起到一定的预警作用。

附图说明

图1是本实用新型降水换热装置运行示意图；

图2是本实用新型降水换热装置正面示意图；

图3是本实用新型布孔示意图；

图4是本实用新型中空套管换热装置示意图；

图5是本实用新型整体示意图；

图6是本实用新型地锚支撑装置示意图。

图中，1—绕丝筛管，2—裂缝，3—岩层，4—阻隔塞，5—保温管，6—地锚支撑装置，7—封隔装置，8—水泥填浆，9—扶正器，10—套筒，11—孔口密封装置，12—降水换热进口，13—监测装置，13-1—过滤装置，14—密封出口，15—密封进口，16—中空套管换热装置，17—降水换热装置，18—中空套管，19—U型换热管，20—供液管道，21—回流管道，22—地锚锚爪。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面对本实用新型作进一步的说明。

如图1至图6所示，一种矿区换热系统，包括降水换热装置17、中空套管换热装置16、供液管道20、回流管道21以及热泵机组，本实用新型供液管道20和回流管道21之间通过热泵机组循环，降水换热装置17设置在中空套管换热装置16周边，降水换热装置17设有降水换热进口12和降水换热出口，中空套管换热装置16包括U型换热管19，降水换热进口12以及U型换热管19的进口与供液管道20连通，降水换热出口以及U型换热管19的出口与回流管道21连通；

本实用新型中空套管换热装置16与降水换热装置17呈七点法布置，所述降水换热装置17设有六套并且呈正六边形布置，降水换热装置17设置在正六边形的六个点处，中空套管换热装置16设置在正六边形的中心，上述结构孔与孔之间的距离都是相同的，再在中空套管换热装置16与降水换热装置17中设置地锚支撑装置6可以改变孔洞周围围岩本身的力学状态，形成一个整体而又稳定的岩石带，最终达到结构稳定的目的。

本实用新型降水换热装置17包括底部带有多孔眼的套筒10，套筒10为抗腐蚀抗压的不锈钢管，套筒10伸入矿井孔洞内，套筒10自底部向上依次设有绕丝筛管1、地锚支撑装置6和封隔装置7，本实用新型绕丝筛管1由内部打孔基管和外部绕丝管套组成，地锚支撑装置6将套筒10固定在矿井孔洞内，封隔装置7将套筒10与矿井孔洞之间的上下环空进行隔离，封隔装置7上方的环空设有水泥填浆8；

套筒10中心设有底部带有孔眼的保温管5，保温管5是外层包有防水保温材料的管道，保温管5与套筒10之间下方设有阻隔塞4，本实用新型阻隔塞4为比绕丝筛管1上的孔直径略小中间有孔的一定厚度的橡胶塞子，阻隔塞4的深度大于封隔装置7的深度，套筒10内流动换热介质，降水换热进口12与套筒10连通，降水换热出口与保温管5连通，换热介质自保温管5与套筒10之间上方进入，经套筒10上的孔眼进入绕丝筛管1以及套筒10与矿井孔洞的环空后，再通过套筒10上的孔眼进入套筒10，最后通过保温管5底部的孔眼进入保温管5，本实用新型换热介质从套管10经过绕丝筛管1直接可以与矿区岩层3接触进行换热，换热介质流动过程中，绕丝筛管1的绕丝筛套对换热介质的流动产生扰动，最大程度的增加换热时间，减少热损耗，提高换热效率。

本实用新型中空套管换热装置16包括中空套管18，中空套管18设置在矿井孔洞内，中空套管18底部也设有地锚支撑装置6，中空套管18内设有U型换热管19，中空套管18与矿井孔洞以及U型换热管19之间设有水泥填浆8。

为保证降水换热装置17、中空套管换热装置16在矿井孔洞的位置，本实用新型中空套管18和套筒10外壁均设有扶正器9。

同时，为了实时掌握换热介质的物理状态，对于可能出现的矿区突发状况起到预警作用，本实用新型降水换热出口17设有过滤装置13-1和监测装置13，监测装置13包括温度监测装置、压力表、流量计。

本实用新型套筒10端部设有孔口密封装置11，孔口密封装置11包括密封进口15和密封出口14，密封进口15与套筒10及保温管5的环空相通，密封出口14与保温管5相通，同时在密封进口15和密封出口14处均设有阀门。

一种矿区换热系统布设方法，其步骤如下：

(1).在矿区岩壁按照正六边形每个角上打六个相同深度的矿井孔洞，在中心点打一个比其他六个矿井孔洞深一些的矿井孔洞，打孔完毕后，将一空心管柱下至孔洞底部，用清水正循环清洗所有矿井孔洞内部，清洗完毕后将空心管柱取出；

(2).选择正六边形的任一个角的矿井孔洞，将绕丝筛管1，地锚支撑装置6，封隔装置7与套筒10依次相连接，放入打好的矿井孔洞内，同时在放入矿井孔洞过程中，在套筒10外安装扶正器9，先打开扶正器9，然后再打开地锚支撑装置6，地锚锚爪22嵌入岩层3中支撑扶正套筒10，打开封隔装置7，隔离套筒10与矿井孔洞之间的环空，同时将桥塞下入封隔装置7中，打开桥塞，将隔离套筒10与矿井孔洞环空上部空间与下部空间隔离；

(3).将配制好的水泥填浆8注入套筒10与矿井孔洞环空上部空间，计算好方量，静等水泥填浆8凝固72小时；

(4).将一空心管柱下至矿井孔洞底部，用清水正循环清洗矿井孔洞内部，清洗完毕后将空心管柱取出；

(5).将孔口密封装置11与套筒10连接，密封出口14和密封进口15连接地面高压泵设备，通过高压泵向装置底部段压入压裂液(压裂液由清水，起泡剂，石英砂组成)，当注入压裂液的速度超过岩层的吸收能力时，则在装置底部段形成很高的压力，当这种压力超过装置底部段附近岩石的破裂压力时，岩层将被压开并产生裂缝，石英砂进入裂缝，使裂缝不容易闭合；

(6).将三个阻隔塞4均匀安装在保温管5下部，保温管5下至套筒10底部，保温管5与过滤装置13-1、温度监测装置、压力表、流量计连接；

(7).正六边形的中心点矿井孔洞处，将中空套管18连接地锚支撑装置6放入矿井孔洞内，打开地锚支撑装置6，先对U型换热管19进行试压，试压正常后将U型换热管19放入中空套管18内，然后将配制好的水泥填浆8填满中空套管18与矿井孔洞以及U型换热管19之间空间，等候72h水泥凝固；

(8).密封出口14一端与保温管5连接，密封出口14另一端与回流管道21连通，将密封进口15一端与套筒10及保温管5的环空相通，另一端与供液管道20连接，U型换热管19的进口与供液管道20连接，U型换热管19的出口与回流管道21连接，开启热泵机组，观察流量计，是否有矿坑水流出，若有，关闭密封进口15和密封出口14的阀门，若没有，向供液管道20注入换热介质，直至充满整个空间，换热系统开始运行。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围之内。

一种矿区换热系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。