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专利号: 2019101374599
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 液力机械或液力发动机;风力、弹力或重力发动机;其他类目中不包括的产生机械动力或反推力的发动机
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种废弃露天矿坑的综合利用系统,其特征在于,包括设在矿坑(1)中的人工重力坝(5),所述人工重力坝(5)将矿坑(1)分隔成相邻的能量转化利用区(1-1)和储油区(1-2),所述人工重力坝(5)内设有连通能量转化利用区(1-1)和储油区(1-2)的排水管路(4),所述排水管路(4)露出人工重力坝(5)朝向储油区(1-2)一侧壁面的管口为入水口,排水管路(4)露出人工重力坝(5)朝向能量转化利用区(1-1)一侧壁面的管口为出水口,所述储油区(1-2)地表的水平标高高于能量转化利用区(1-1)地表的水平标高,且所述入水口所在水平位置高于出水口所在水平位置,所述人工重力坝(5)朝向能量转化利用区(1-1)一侧壁面上设有水力发电设备,所述水力发电设备包括相连的水轮机(3-1)和发电机(3-2),所述水轮机(3-1)置于排水管路(4)内部;

所述储油区(1-2)地表下设有油罐安置地层(6),油罐安置地层(6)包括上下依次布置的防护层、容置层(6-3)和基底层(6-4),所述容置层(6-3)中并列设有多个油罐组件(7),油罐组件(7)上方设有总输油管路(9),油罐组件(7)下方设有总输水管路(10);所述油罐组件(7)包括上下布置且相连的多个球型油罐(7-1),每个油罐组件(7)中最上部的球型油罐(7-

1)通过输油支路(11-1)连接至总输油管路(9),总输油管路(9)末端与设在矿坑(1)外的油泵(13)连接;每个油罐组件(7)中最下部的球型油罐(7-1)通过输水支路(11-2)连接至总输水管路(10),所述总输水管路(10)伸入人工重力坝(5)内且连接到排水管路(4)上,所述总输水管路(10)位于人工重力坝(5)内的部分安装有一抽水电机(14)。

2.根据权利要求1所述的废弃露天矿坑的综合利用系统,其特征在于,所述能量转化利用区(1-1)中设有抽水泵(2-1)和抽水管路(2-2),所述抽水管路(2-2)一端与抽水泵(2-1)的输出口连接,另一端穿过人工重力坝(5)并连通至储油区(1-2)。

3.根据权利要求1所述的废弃露天矿坑的综合利用系统,其特征在于,所述油罐安置地层(6)上表面距离排水管路(4)入水口的垂直高度为30-50m。

4.根据权利要求1所述的废弃露天矿坑的综合利用系统,其特征在于,每个油罐组件(7)包括两个或两个以上球型油罐(7-1),相邻的球型油罐(7-1)通过连接管路(15)相连接。

5.根据权利要求1所述的废弃露天矿坑的综合利用系统,其特征在于,所述输油支路(11-1)上设有支路阀门Ⅰ(12-1),输水支路(11-2)上设有支路阀门Ⅱ(12-2)。

6.根据权利要求5所述的废弃露天矿坑的综合利用系统,其特征在于,支路阀门Ⅰ(12-

1)、支路阀门Ⅱ(12-2)为电磁阀,且支路阀门Ⅰ(12-1)、支路阀门Ⅱ(12-2)、抽水电机(14)与远程监测系统的控制器连接。

7.根据权利要求1所述的废弃露天矿坑的综合利用系统,其特征在于,所述防护层由铺设的两层混凝土层(6-2)和两层混凝土层(6-2)之间的土石混合物层(6-1)组成,总厚度30-

100m,单层混凝土层(6-2)厚度为10-15m;容置层(6-3)由露天矿废弃物料排弃堆积压实而成,厚度50-200m,且容置层(6-3)底表面的水平标高高于排水管路(4)露出人工重力坝(5)朝向能量转化利用区(1-1)一侧壁面的出水口的水平标高;所述基底层(6-4)由矿区废弃物压实处理制成。

8.根据权利要求1所述的废弃露天矿坑的综合利用系统,其特征在于,所述人工重力坝(5)两端分别与矿坑(1)的边帮(1a)连接修筑在一起,且人工重力坝(5)的两端表面分别与对应的边帮(1a)地表高度一致。

9.根据权利要求1所述的废弃露天矿坑的综合利用系统,其特征在于,所述人工重力坝(5)的坝体顶部宽度20-50m,表面铺设双向4-8车道的硬化路面行车道(5-1),硬化路面行车道(5-1)两侧布置防护栏和绿化带。

10.一种废弃露天矿坑的利用方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤一:在矿坑(1)中间修筑人工重力坝(5),将矿坑(1)分隔成相邻的能量转化利用区(1-1)和储油区(1-2),在人工重力坝(5)内留设连通能量转化利用区(1-1)和储油区(1-2)的排水管路(4),且使排水管路(4)位于储油区(1-2)一侧的入水口高度高于另一侧出水口的高度,人工重力坝(5)朝向能量转化利用区(1-1)一侧壁面上设置发电机(3-2),与发电机(3-2)相连的水轮机(3-1)设在排水管路(4)内部;能量转化利用区(1-1)在储油区(1-2)一侧依次铺设基底层(6-4),并在基底层(6-4)中设置总输水管路(10),总输水管路(10)从人工重力坝(5)底部穿过、且末端位于能量转化利用区(1-1),总输水管路(10)位于人工重力坝(5)内的部分设有一抽水电机(14);

步骤二:基底层(6-4)以上依次铺设容置层(6-3)、混凝土层(6-2)、土石混合物层(6-

1),并在容置层(6-3)中并列设置多个油罐组件(7),且使各油罐组件(7)中最上部的球型油罐(7-1)通过输油支路(11-1)连接至总输油管路(9),总输油管路(9)末端连接至设在矿坑(1)外的油泵(13);每个油罐组件(7)中最下部的球型油罐(7-1)通过输水支路(11-2)连接至总输水管路(10)上;

步骤三:预先向储油区(1-2)地表以上的空间中注水,需要储油时,打开需要用到的油罐组件(7)对应输油支路(11-1)上的支路阀门Ⅰ(12-1),通过油泵(13)将外部的油通过总输油管路(9)输入至上下布置的球型油罐(7-1)中从而将油安全储存起来;

步骤四:当区域内电能缺乏时,开启排水管路(4),储油区(1-2)地表以上的空间中储存的水从入水口进入排水管路(4)并从出水口流出至能量转化利用区(1-1)内,在高差作用下具有势能的水流对水轮机(3-1)进行冲击并驱动水轮机(3-1)转动,水流的势能经水轮机(3-1)转换成水轮机(3-1)的机械能,水轮机(3-1)推动发电机(3-2)发电将机械能转换成电能存储起来并传输至电网中;

步骤五:需要取用油时,打开需要取用的油罐组件(7)所对应的输油支路(11-1)上的支路阀门Ⅰ(12-1),启动抽水电机(14)并打开油罐组件(7)所对应的输水支路(11-2)上的支路阀门Ⅱ(12-2),抽水电机(14)将能量转化利用区(1-1)中的水沿着总输水管路(10)和输水支路(11-2)输入至最下部的球型油罐(7-1)内对油罐内部空间加压,将油罐中的油通过输油支路(11-1)挤出并经总输油管路(9)向外排出,取用油完毕后关闭抽水电机(14)、支路阀门Ⅰ(12-1)和支路阀门Ⅱ(12-2)即可;

步骤六:需要再次储油时,打开油罐组件(7)所对应的输水支路(11-2)上的支路阀门Ⅱ(12-2)以及该油罐组件(7)对应输油支路(11-1)上的支路阀门Ⅰ(12-1),油罐组件(7)中的水会在重力作用下通过输水支路(11-2)流出至总输水管路(10)中并进入排水管路(4)中,水的动能对排水管路(4)内的水轮机(3-1)进行冲击并驱动水轮机(3-1)转动,水轮机(3-1)同步推动发电机(3-2)发电将机械能转换成电能存储起来并传输至电网中;同时经油泵(13)从外部输来的油在自身重力和油罐组件(7)中的水流出后形成的负压吸力作用下流入油罐组件(7)中被储存起来,储油完成后关闭支路阀门Ⅰ(12-1)和支路阀门Ⅱ(12-2)。