一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法

1.本发明涉及井巷利用技术领域，尤其是提供了一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法。


背景技术：

2.新能源(如风能、太阳能)具有资源丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境等特点，是理想的替代能源。然而，风电、光伏电等的不确定性和不可控性，导致电网并网的风电机组的电力供电无法满足稳定性、连续性和可调性等要求，输出功率的不断变化容易对电网造成冲击，调度运行人员无法对风力发电等做出有效的发电计划，进而导致系统备用电源、调峰容量和系统运行成本增加，威胁系统安全稳定运行。而压缩空气储能技术可较好地解决清洁能源发电的间歇性和不稳定性问题，利用其双调节功能，可以更好的增强电网的调峰能力。利用压缩空气储能技术可成为一种调节电力供应、对废弃矿井再利用的有效手段。
3.随着煤矿减产的进一步推进，废弃矿井中遗留了大量的废弃井巷，合理利用地下空间，避免空间资源浪费，实现废弃矿井再利用，是现如今亟待解决的问题。利用废弃井巷作为压气储能空间，并建设压气储能电站，一方面可以有效的利用大量被遗弃的地下空间；另一方面压缩空气储能技术的发展也进一步促进可再生新能源的开发。在压气储能电站的运行过程中，废弃井巷作为高压空气的存储空间，具有重要作用。而其建设的关键问题就是废弃井巷作为储气空间时的密封性及围岩的稳定性问题。
4.现有技术中，中国专利cn106593486a公开的一种巷道交岔点用钢管混凝土组合支架，该发明将支撑架与搭接架通过对接装置相连，并注入混凝土浆，形成钢管混凝土结构用于整体支护。该方法在处置过程中并没考虑到如套管、注浆口等部位对于组合支架整体强度的影响；且该方法没有考虑巷道交岔点处的密闭性问题，不能保证巷道交岔点处的密闭性，无法很好的适用于废弃井巷空间压气储能利用的巷道交岔点处置。
5.中国专利cn 203374284u公开了一种软岩巷道全封闭断面砌碹支护，其利用锚杆与钢筋网喷射混凝土层的锚网喷支护为初次支护，内层的砌碹构成马蹄形断面复合支护，反底拱浇筑后回填矸石，形成全封闭的完整支护。该支护方法虽形成密闭的支护空间，但其密闭性能较差，无法满足废弃井巷空间压气储能利用的使用需求。
6.现有的巷道交岔点处的治理方法一般为组合支架支护与锚网砌碹支护等方法，这些方法都对巷道交岔点处做了支护，起到了很好的支撑保护作用；但并没有考虑到巷道做储气库时的密闭要求，因没有针对巷道交岔点处的密闭性做一定的处理，所以尚不适用于废弃井巷空间压气储能利用的巷道交岔点处的治理。


技术实现要素：

7.为了实现对巷道交叉点位置的治理，提高巷道承载能力，保证交叉点位置的密闭性和稳定性，本发明提供了一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，具体的技术方案如下。
8.一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，步骤包括：
9.s1.利用地球物理探测方法，对巷道交岔点处进行初步探测，确定巷道交岔点处的巷道围岩的应力与变形状态，确定巷道围岩的弹塑性区范围；
10.s2.将巷道交叉点区域划分为多个区域；
11.s3.在巷道两帮挖设等边三角形凹槽；
12.s4.对巷道围岩进行注浆，施工注浆锚索加固；
13.s5.在巷道中部设置通气管道，并在巷道相交区域设置三通阀，在通气管道外包裹保护层；
14.s6.根据区域划分进行填充密封。
15.优选的是，地球物理探测方法包括直流电阻率法、电磁勘探法和重力勘探法。
16.优选的是，等边三角形的边长为巷道宽度的0.3-0.7倍，所述凹槽与巷道空间形成截锥腔体结构。
17.优选的是，巷道围岩注浆具体是对巷道围岩塑性破坏区进行注浆加固，注浆锚索对巷道围岩的弹性区裂隙及孔隙进行充填。
18.优选的是，保护层包括第一pe膜层、钢丝网层和第二pe膜层，所述第一pe膜层、钢丝网层和第二pe膜层由内而外依次布置。
19.还优选的是，填充密封过程包括：布置钢筋网，设置挡浆板，混凝土充填注浆，浆液凝固后拆除挡浆板。
20.还优选的是，填充密封根据步骤s2中划分的多个区域按顺序依次注浆填充。
21.还优选的是，交叉点区域在划分时，各个区域均不含交叉点，交叉点处于相邻区域的交界点处。
22.进一步优选的是，通气管道上设置有阀门，所述通气管道为中空钢管。
23.进一步优选的是，废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法还可以应用于穿尖交叉点或牛鼻子交叉点。
24.本发明提供的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法的有益效果是，该方法在巷道交叉点处对区域进行了详细划分，通过划分区域先后加固治理巷道，提高巷道的承载能力，保证巷道围岩的稳定性，同时通过两通管道连接巷道保证气体的顺畅流通；该方法通过使通气管成为承载气体压力的主体部分，降低了巷道交岔点围岩的压力，有效的避免的围岩破坏，并且该方法对多种类型巷道交岔点位置的处理均适用，适用范围广，治理效果好。
附图说明
25.图1是废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法的流程示意图；
26.图2是巷道交叉点示意图；
27.图3是巷道交叉点区域划分示意图；
28.图4是巷道交叉点凹槽施工示意图；
29.图5是巷道注浆施工示意图；
30.图6是交叉点治理后的示意图；
31.图中：1-巷道，2-巷道围岩，3-巷道交叉点，4-凹槽，5-注浆锚索，6-注浆孔，7-围岩
弹性区，8-围岩塑性区，9-管道，10-阀门。
具体实施方式
32.结合图1至图6所示，对本发明提供的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法的具体实施方式进行说明。
33.现有的巷道交岔点处的治理方法一般为组合支架支护与锚网砌碹支护等方法，这些方法都对巷道交岔点处做了支护，起到了很好的支撑保护作用；但这些方法并没有考虑到巷道做储气库时的密闭要求，因此不能针对巷道交岔点处的密闭性做一定的处理，不适用于废弃井巷空间压气储能利用的巷道交岔点处的治理。
34.一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，步骤包括：
35.s1.利用地球物理探测方法，对巷道交岔点处进行初步探测，确定巷道交岔点处的巷道围岩的应力与变形状态，确定巷道围岩的弹塑性区范围；
36.地球物理探测方法包括直流电阻率法、电磁勘探法和重力勘探法。通过地球物理探测方法对巷道交岔点处进行初步探测，再通过钻探对初步探测的结果进行进一步验证，以明确巷道交岔点处的巷道围岩的应力与变形状态等，并探明其弹塑性区范围，为后续对巷道围岩塑性破坏区注浆加固与对巷道围岩弹性核区布置注浆锚索的初步治理提供理论依据。
37.s2.将巷道交叉点区域划分为多个区域；
38.交叉点区域的划分时，各个区域均不含交叉点，交叉点处于相邻区域的交界点处。
39.如图3所示，本实施例中将巷道交岔点处分为六个区域，即将巷道交岔点处区域按照不包含分叉点为原则划分为不同的区域，将巷道交岔点处的复杂巷道简化为单一的简单空间，各个区域均不包含交叉点，以方便后期治理。
40.s3.在巷道两帮挖设等边三角形凹槽；
41.其中，等边三角形的边长为巷道宽度的0.3-0.7倍，凹槽与巷道空间形成截锥腔体结构。将每个区域巷道两帮挖出凹槽，凹槽截面为不规则的等边三角形，使等边三角形边长为巷道宽度的0.3-0.7倍，经现场验证该比例尺寸时施工方便，结构稳定，效果更好。凹槽与巷道原有空间一起形成截锥腔状结构，等边三角形状的截锥腔一方面可以有效增加巷道围岩与巷道内注浆充填物的粘结力，保证巷道的稳定性；另一方面使施工更加方便。
42.s4.对巷道围岩进行注浆，施工注浆锚索加固；
43.巷道围岩注浆具体是对巷道围岩塑性破坏区进行注浆加固，注浆锚索对巷道围岩的弹性区裂隙及孔隙进行充填。对巷道围岩进行加固，使用注浆孔对巷道围岩的塑性破坏区进行注浆加固，增强巷道围岩强度与整体性，提高粘结力；同时布置注浆锚索，对巷道围岩弹性核区中裂隙与孔隙进行充填，形成锚固段，将拉杆锚固在岩土层中，充分发挥锚索的锚固作用，使巷道围岩抗拉性能增强；以此来实现对巷道围岩的初步治理，保证巷道围岩的稳定性
44.s5.在巷道中部设置通气管道，并在巷道相交区域设置三通阀，在通气管道外包裹保护层；
45.其中通气管道上设置有阀门，通气管道为中空钢管。保护层包括第一pe膜层、钢丝网层和第二pe膜层，所述第一pe膜层、钢丝网层和第二pe膜层由内而外依次布置。
46.本实施例中，每条巷道的正中心架设通气管道，管道为中空钢管，同时在巷道相交的1、4、6区域内，通过三通阀门来连接三个方向的管道；并在区域1、4、6背离巷道交岔点的一侧布置阀门，控制气体的流通。
47.s6.根据区域划分进行填充密封。
48.填充密封过程包括：布置钢筋网，设置挡浆板，混凝土充填注浆，浆液凝固后拆除挡浆板。填充密封根据步骤s2中划分的多个区域按顺序依次注浆填充。
49.首先，在1区域内布置钢筋网，用以增强区域中的充填体抗拉与抗压性能等。
50.然后，在1区域两侧布置挡浆板，并留设注浆口；注浆口上安装有阀门，可通过阀门控制注浆口的开闭。
51.再向1区域内通过挡浆口进行注浆充填，向其内注入混凝土浆液，待注浆压力稳定提升至设定值后，方可停止注浆，以保证浆液全部充满充填区域。
52.再在待注浆区域浆液凝固稳定后，方可拆除挡浆板。
53.再依次对各区域进行如上1区域所进行的“布置钢筋网—布置挡浆板—注混凝土浆液”等步骤。若当前所充填区域的一端为已经充填好的区域，则该端无需再布置挡浆板，从另一端进行注浆即可，以保证充填体的连续性。
54.最后，待所有区域充填完毕并保持稳定后，即可形成完整的充填体，使巷道交岔点兼具稳定性与密封性的要求。通过分区域注浆加固治理，并使用连通的管道以连接不同巷道的治理方法，有效的提高了巷道交岔点处围岩的承载能力，降低了巷道交岔点处围岩所承受的压力，从而增加了巷道交岔点处的围岩的稳定性；同时，该方法保证了气体流通顺畅，便于控制气体流向，气密性更强且更加经济。
55.另外，该废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法还可以应用于穿尖交叉点或牛鼻子交叉点等巷道交叉类型。
56.该方法通过分区域注浆加固治理并使用连通管道以连接多条巷道的治理方法，在废弃井巷中巷道交岔点处采取先初步治理围岩，后分区域注浆加固治理，一方面可以显著降低治理难度，另一方面可以有效提高巷道的承载能力，增加巷道交岔点处的围岩稳定性。还在废弃井巷中巷道交岔点处初步治理围岩中，采用浅部注浆，深部注浆锚索的治理方法，以此来保证巷道围岩的稳定性。在废弃井巷中巷道交岔点处采取连通管道以连接多条巷道，一方面可以保证气体流通顺畅，安装阀门也更便于控制气体流向；另一方面使得通气管道成为承载气体压力的主体部分，降低了巷道交岔点处围岩所承载的压力，从而有效避免围岩的破坏。
57.该方法就废弃井巷空间压气储能利用中针对巷道交岔点处的治理方法具有普遍性，还适用于其他种类的巷道交岔点。
58.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，步骤包括：s1.利用地球物理探测方法，对巷道交岔点处进行初步探测，确定巷道交岔点处的巷道围岩的应力与变形状态，确定巷道围岩的弹塑性区范围；s2.将巷道交叉点区域划分为多个区域；s3.在巷道两帮挖设等边三角形凹槽；s4.对巷道围岩进行注浆，施工注浆锚索加固；s5.在巷道中部设置通气管道，并在巷道相交区域设置三通阀，在通气管道外包裹保护层；s6.根据区域划分进行填充密封。2.根据权利要求1所述的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，所述地球物理探测方法包括直流电阻率法、电磁勘探法和重力勘探法。3.根据权利要求1所述的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，所述等边三角形的边长为巷道宽度的0.3-0.7倍，所述凹槽与巷道空间形成截锥腔体结构。4.根据权利要求1所述的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，所述巷道围岩注浆具体是对巷道围岩塑性破坏区进行注浆加固，注浆锚索对巷道围岩的弹性区裂隙及孔隙进行充填。5.根据权利要求1所述的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，所述保护层包括第一pe膜层、钢丝网层和第二pe膜层，所述第一pe膜层、钢丝网层和第二pe膜层由内而外依次布置。6.根据权利要求1所述的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，所述填充密封过程包括：布置钢筋网，设置挡浆板，混凝土充填注浆，浆液凝固后拆除挡浆板。7.根据权利要求1所述的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，所述填充密封根据步骤s2中划分的多个区域按顺序依次注浆填充。8.根据权利要求1所述的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，交叉点区域在划分时，各个区域均不含交叉点，交叉点处于相邻区域的交界点处。9.根据权利要求1所述的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，所述通气管道上设置有阀门，所述通气管道为中空钢管。10.根据权利要求1所述的一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，其特征在于，所述废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法应用于穿尖交叉点或牛鼻子交叉点。

技术总结
本发明提供了一种废弃井巷空间压气储能用巷道交岔点的布置方法，涉及井巷利用技术领域。该方法包括：利用地球物理探测方法，对巷道交岔点处进行初步探测，确定巷道交岔点处的巷道围岩的应力与变形状态，确定弹塑性区范围；将巷道交叉点划分为多个区域；在巷道两帮挖设等边三角形凹槽；对巷道围岩采用注浆、注浆锚索进行加固；在巷道中部设置通气管道，同时在巷道相交区域设置三通阀，在通气管道外侧包裹保护层；根据区域划分进行填充密封。该方法通过分区域注浆加固治理可以有效降低治理难度，还提高巷道的承载能力，其使用连通管道连接多条巷道可以保证气体流通顺畅；另外该方法设置的巷道交岔点处的密闭性与稳定性更好，为压气储能提供方便。储能提供方便。储能提供方便。


技术研发人员：尹大伟 余振宇 丁屹松 李法鑫 李宗蓄 孙玉 苑啸天
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/9/20