一种废弃矿洞储氢库结构的制作方法

1.本实用新型涉及新能源技术领域，具体来说涉及一种废弃矿洞储氢库结构。


背景技术：

2.我国是矿产资源大国，拥有大量因资源枯竭而报废或即将报废的矿山，且分布相对广泛，尤其在不便利用抽水蓄能的北方平原地区。废弃的矿洞无法进行重复利用，而且由于矿洞里面会一些残留矿物质，还会对周围的水质造成影响，再加上矿洞内大量的碎石、松散矿渣裸露于地表，会造成严重的粉尘污染，对矿区周围生态系统和生物多样性产生不利影响。
3.目前氢气储存大多数以地面罐装储藏为主，其大规模储存及安全运维受到诸多限制。鉴于此，为了更好地促进氢能产业的发展，可通过废弃矿洞进行氢气储存，其不仅可提高废弃矿山土地资源有效利用率，对矿产资源枯竭型城市转型升级具有重要意义。还可利用废弃矿洞的巨大地下空间实现长时间、大容量的氢气存储和释放，并且可节约投资和运营成本,促进我国氢能产业高速发展。


技术实现要素：

4.为了提高废弃矿山资源利用率，本实用新型提出了一种废弃矿洞储氢库结构，既能解决废弃矿山土地资源有效利用问题，又能保证安全稳定的储氢。
5.为了达到上述技术目的，本实用新型提供了一种废弃矿洞储氢库结构，所述储氢库结构包括废弃矿洞和设置在废弃矿洞内的矿洞储氢库，所述矿洞储氢库从外向内依次包括初期支护层、排水结构、防渗透混凝土层、钢衬层和封口装置，所述钢衬层为双层夹层结构，包括外层钢衬、内层钢衬和填充在两层钢衬之间的uhpc混凝土填充层，所述内层钢衬由内衬钢板焊接组成的两个圆筒状钢衬结构，形成两个独立的圆形储氢腔，在每个内层钢衬的内壁分别设有阻气层；所述封口装置设置在废弃矿洞的洞口，并与钢衬层的敞口面密封连接，在封口装置内部设置有进出气通道。
6.本实用新型较优的技术方案：在废弃矿洞的洞口设有矿洞储氢库的加固结构，所述加固结构包括加固板和锚杆，所述加固板为钢筋混凝土结构，设置于废弃矿洞的洞口，其面积大于废弃矿洞的截面面积，所述锚杆设有多个，以加固板轴线为轴心呈圆周阵列通过锚具锚定于在加固板超出废弃矿洞洞口的区域；所述封口装置设置在加固板内，且进出气通道穿过加固板伸出废弃矿洞。
7.本实用新型较优的技术方案：所述封口装置呈圆台形双层结构，其材质为高合金不锈钢材料，封口装置与钢衬层焊接，并将两个圆形储氢腔的腔口密封，所述进出气通道至少设有两根，分别与两个圆形储氢腔连通。
8.本实用新型较优的技术方案：所述排水结构设置在初期支护层与防渗透混凝土层之间，所述排水结构由环状排水板、纵向排水板及排水管组成，所述环状排水板沿矿洞储氢库纵深方向阵列分布，所述纵向排水板沿环状排水板间隔设置，所述纵向排水板与环状排
水板相互连通构成网格状排水结构，所述环状排水板的两端分别连接两侧排水管进行排水，在排水结构外包覆有土工布。
9.本实用新型较优的技术方案：所述外层钢衬包括外衬钢板、拱顶钢板和封底钢板，所述外衬钢板及内衬钢板依次焊接组合双圆环结构，所述双圆环结构、拱顶钢板及封底钢板焊接构成环状一体结构；所述外衬钢板依次焊接组合双圆环结构，所述双圆环结构、拱顶钢板及封底钢板焊接构成环状一体结构；在外衬钢板与内衬钢板之间设有多块支撑钢板，所述支撑钢板将外衬钢板与内衬钢板之间的区域分隔成格栅形状，所述uhpc混凝土填充层填充在格栅内。
10.本实用新型较优的技术方案：在防渗透混凝土层和钢衬层之间设有沥青砂胶缓冲层，所述沥青砂胶缓冲层通过环氧树脂胶粘贴在钢衬层的外层钢衬外表面，所述阻气层为烯烃类可塑性聚合物，涂抹于钢衬层内层钢衬的内壁，其厚度为5～15mm。
11.本实用新型较优的技术方案：所述排水板截面呈梯形凹槽形状，其宽度为30～100mm，厚度为5～10mm，间距为70～500mm，所述排水管的直径为70～100mm。
12.本实用新型较优的技术方案：所述外层钢衬、内层钢衬和支撑钢板均采用厚度为7～60mm的高合金不锈钢钢板；外层钢衬的相邻钢板焊接处设置坡口，使得两块钢板坡口配合形成近似“x”形，在靠近防渗透混凝土层结构侧的一面的坡口角度为40～50
°
，靠近阻气层侧相对的一面的坡口的角度为10～30
°
。
13.本实用新型较优的技术方案：所述沥青砂胶缓冲层为沥青与矿粉按比例拌合而成，其厚度为10～50mm。
14.本实用新型的有益效果：
15.(1)本实用新型中储氢库处于矿洞中，可利用矿洞温度、湿度等环境因素较为稳定的优势，实现安全化储存，同时周围岩土体可提供天然围护效果，提高储氢库结构的安全性。
16.(2)本实用新型中通过加固结构对储氢库结构进行结构加固，并通过锚杆提高加固结构的锚固力，防止循环注、采氢气期间储氢库封口装置冲出发生安全事故。
17.(3)本实用新型中通过排水结构进行快速、高效排水，防止外界环境腐蚀储氢库结构，影响储氢井耐久性。
18.(4)本实用新型中利用双圆形截面储氢库结构进行氢气储存，双圆形截面结构可调整结构应力作用，防止拱顶应力过大导致结构坠落变形。此种结构形式既保证了矿洞储氢库的整体稳定性和安全性，又降低了工程造价和施工难度，为氢气大规模储存提供了可能性。
附图说明
19.图1是本实用新型中的矿洞储氢库侧视图；
20.图2是本实用新型中的矿洞储氢库正视图；
21.图3是本实用新型中的钢衬层示意图；
22.图4是本实用新型中的封口装置示意图；
23.图5是本实用新型中的排水结构正视图；
24.图6是本实用新型中的排水结构示意图。
25.图中：1—废弃矿洞，2—封口装置，3—钢衬层，3-1—拱顶钢板，3-2—封底钢板，3-3—外衬钢板，3-4—内衬钢板，4—uhpc混凝土填充层，5—圆形储氢腔，6—进出气通道，7—排水管，8—支撑钢板，9—排水结构，10—初期支护层，11—土工布层，12—纵向排水板，13—沥青砂胶缓冲层，14—防渗透混凝土层，15—锚具，16—阻气层，17—加固板，18—锚杆，19—环状排水板。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。附图1至6均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本实用新型实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本实用新型的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.实施例一提供了一种废弃矿洞储氢库结构，如图1至图6所示，述矿洞储氢库设置于废弃矿洞1内，包括由外向内依次设置的初期支护层10、土工布层11、排水结构9、防渗透混凝土层14、钢衬层3、阻气层16、封口装置2及加固结构，所述初期支护层10与防渗透混凝土层14之间设有排水结构9，所述土工布层11覆盖于排水结构9表面。所述钢衬层3为双层夹层结构，包括外层钢衬、内层钢衬和填充在两层钢衬之间的uhpc混凝土填充层4，所述外层钢衬包括外衬钢板3-3、拱顶钢板3-1和封底钢板3-2，所述内层钢衬由内衬钢板3-4焊接组成两个圆筒状钢衬结构，形成两个独立的圆形储氢腔5，在每个内层钢衬的内壁分别设有阻气层16；所述沥青砂胶缓冲层13设置于防渗透混凝土层14和钢衬层3之间，通过环氧树脂胶粘贴在钢衬层3的外层钢衬的外表面，所述封口装置2呈圆台形双层结构，其材质为高合金不锈钢材料，所述封口装置2焊接于钢衬层3的进出气口端，并将两个圆形储氢腔5的腔口密封，封口装置2内部至少设有进出气通道6，所述进出气通道6至少设有两根，分别与两个圆形储氢腔5连通。所述加固结构设置于废弃矿洞1洞口，所述加固结构包括加固板17和锚杆18，所述加固板17为钢筋混凝土结构，设置于废弃矿洞1的洞口，其面积大于废弃矿洞1的截面面积，所述锚杆18设有多个，以加固板17轴线为轴心呈圆周阵列通过锚具15锚定于在加固板超出废弃矿洞1洞口的区域。所述沥青砂胶缓冲层13为沥青与矿粉按比例拌合而成，其厚度为10～50mm；所述阻气层16为烯烃类可塑性聚合物，其厚度为5～15mm。
29.实施例一提供了一种废弃矿洞储氢库结构，如图4所示，所述外衬钢板3-3及内衬钢板3-4依次焊接组合双圆环结构，所述双圆环结构、拱顶钢板3-1及封底钢板3-2焊接构成环状一体结构；在外衬钢板3-3与内衬钢板3-4之间设有多块支撑钢板8，所述支撑钢板8将外衬钢板3-3与内衬钢板3-4之间的区域分隔成格栅形状，所述uhpc混凝土填充层4填充在格栅内。所述外层钢衬、内层钢衬及支撑钢板8为高合金不锈钢材料，其厚度为7～60mm；相邻钢板焊接处设置坡口，使得两块钢板坡口配合形成近似“x”形，在靠近防渗透混凝土层14
结构侧的一面的坡口角度为40～50
°
，靠近阻气层16侧相对的一面的坡口的角度为10～30
°
。
30.实施例提供了一种废弃矿洞储氢库结构，如图5至图6所示，所述排水结构9由环状排水板19、纵向排水板12及排水管7组成，所述环状排水板19沿矿洞储氢库纵深方向阵列分布，所述纵向排水板12沿环状排水板19间隔设置，所述纵向排水板12与环状排水板19相互连通构成网格状排水结构，所述环状排水板19的两端分别连接两侧排水管7进行排水；所述排水板截面呈梯形凹槽形状，其宽度为30～100mm，厚度为5～10mm，间距为70～500mm，所述排水管的直径为70～200mm。
31.实施例中的一种废弃矿洞储氢库结构，具体施工步骤如下：
32.s1.废弃矿洞修复；首先对废弃矿洞围岩情况进行勘测，查明其垮塌破损、松散断层等不稳定区域，接着对废弃矿洞薄弱区域进行注浆加固，实现矿洞洞壁平缓稳定；
33.s2.初期支护层施工；支设初期支护层模板，在指定位置布置排水结构并用土工布进行隔离过滤，最后浇筑混凝土并养护成型；
34.s3.储氢库钢衬层焊接成型；在两块相邻内衬钢板焊接处设置“x”形坡口，将坡口及坡口附近区域清理干净，在钢板预热至指定温度后进行焊接，依次将内衬钢板及支撑钢板组装焊接成型，成型后的钢衬层为双层夹层结构，内层钢衬形成两个独立的圆形储氢腔，通过环氧树脂胶将沥青砂胶缓冲层粘贴在钢衬层外表面，并在储氢库的两个圆形储氢腔内壁涂抹阻气层形成密封层；
35.s4.储氢库钢衬层沉放；将s3步骤中组装好的钢衬层沉放至废弃矿洞内，向钢衬层内部空间灌注uhpc混凝土并振捣密实；
36.s5.防渗透混凝土层施工；采用聚乙烯塑料软管沿废弃矿洞与组装好的钢衬之间的环状空间送入井底，最后用汽车泵将配制好的防渗透混凝土沿聚乙烯塑料软管送入洞底，一边灌注一边提升聚乙烯塑料软管，直至混凝土浸满整个环状空间。
37.s6.加固结构施工；在储氢库封头位置焊接封口装置，接着平整场地，施工放线，定位锚杆孔道位置，使用钻孔机进行锚杆孔道钻孔，接着下放锚杆至设计标高，灌注水泥浆充满整个孔道，最后施工加固板并使用锚具将锚杆锚定于加固板上。
38.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

技术特征：
1.一种废弃矿洞储氢库结构，其特征在于：所述储氢库结构包括废弃矿洞(1)和设置在废弃矿洞(1)内的矿洞储氢库，所述矿洞储氢库从外向内依次包括初期支护层(10)、排水结构(9)、防渗透混凝土层(14)、钢衬层(3)和封口装置(2)，所述钢衬层(3)为双层夹层结构，包括外层钢衬、内层钢衬和填充在两层钢衬之间的uhpc混凝土填充层(4)，所述内层钢衬由内衬钢板(3-4)焊接组成的两个圆筒状钢衬结构，形成两个独立的圆形储氢腔(5)，在每个内层钢衬的内壁分别设有阻气层(16)；所述封口装置(2)设置在废弃矿洞(1)的洞口，并与钢衬层(3)的敞口面密封连接，在封口装置(2)内部设置有进出气通道(6)。2.根据权利要求1所述的一种废弃矿洞储氢库结构，其特征在于：在废弃矿洞(1)的洞口设有矿洞储氢库的加固结构，所述加固结构包括加固板(17)和锚杆(18)，所述加固板(17)为钢筋混凝土结构，设置于废弃矿洞(1)的洞口，其面积大于废弃矿洞(1)的截面面积，所述锚杆(18)设有多个，以加固板轴线为轴心呈圆周阵列通过锚具(15)锚定于在加固板(17)超出废弃矿洞(1)洞口的区域；所述封口装置(2)设置在加固板(17)内，且进出气通道(6)穿过加固板(17)伸出废弃矿洞(1)。3.根据权利要求1或2所述的一种废弃矿洞储氢库结构，其特征在于：所述排水结构(9)设置在初期支护层(10)与防渗透混凝土层(14)之间，由环状排水板(19)、纵向排水板(12)及排水管(7)组成，所述环状排水板(19)沿矿洞储氢库纵深方向阵列分布，所述纵向排水板(12)沿环状排水板(19)间隔设置，所述纵向排水板(12)与环状排水板(19)相互连通构成网格状排水结构，所述环状排水板(19)的两端分别连接两侧排水管(7)进行排水；在排水结构(9)外包覆有土工布层(11)。4.根据权利要求1或2所述的一种废弃矿洞储氢库结构，其特征在于：所述封口装置(2)呈圆台形双层结构，其材质为高合金不锈钢材料，封口装置(2)与钢衬层(3)焊接，并将两个圆形储氢腔(5)的腔口密封，所述进出气通道(6)至少设有两根，分别与两个圆形储氢腔(5)连通。5.根据权利要求1或2所述的一种废弃矿洞储氢库结构，其特征在于：所述外层钢衬包括外衬钢板(3-3)、拱顶钢板(3-1)和封底钢板(3-2)，所述外衬钢板(3-3)及内衬钢板(3-4)依次焊接组合双圆环结构，所述双圆环结构、拱顶钢板(3-1)及封底钢板(3-2)焊接构成环状一体结构；所述外衬钢板(3-3)依次焊接组合双圆环结构，所述双圆环结构、拱顶钢板(3-1)及封底钢板(3-2)焊接构成环状一体结构；在外衬钢板(3-3)与内衬钢板(3-4)之间设有多块支撑钢板(8)，所述支撑钢板(8)将外衬钢板(3-3)与内衬钢板(3-4)之间的区域分隔成格栅形状，所述uhpc混凝土填充层(4)填充在格栅内。6.根据权利要求1或2所述的一种废弃矿洞储氢库结构，其特征在于：在防渗透混凝土层(14)和钢衬层(3)之间设有沥青砂胶缓冲层(13)，所述沥青砂胶缓冲层(13)通过环氧树脂胶粘贴在钢衬层(3)的外层钢衬外表面，所述阻气层(16)为烯烃类可塑性聚合物，涂抹于钢衬层(3)内层钢衬的内壁，其厚度为5～15mm。7.根据权利要求3所述的一种废弃矿洞储氢库结构，其特征在于：所述排水板截面呈梯形凹槽形状，其宽度为30～100mm，厚度为5～10mm，间距为70～500mm，所述排水管的直径为70～200mm。8.根据权利要求5所述的一种废弃矿洞储氢库结构，其特征在于：所述外层钢衬、内层钢衬和支撑钢板(8)均采用厚度为7～60mm的高合金不锈钢钢板；外层钢衬的相邻钢板焊接
处设置坡口，使得两块钢板坡口配合形成近似“x”形，在靠近防渗透混凝土层(14)结构侧的一面的坡口角度为40～50
°
，靠近阻气层(16)侧相对的一面的坡口的角度为10～30
°
。

技术总结
本实用新型提供了一种废弃矿洞储氢库结构。所述储氢库结构包括废弃矿洞和设置在废弃矿洞内的矿洞储氢库，所述矿洞储氢库从外向内依次包括初期支护层、排水结构、防渗透混凝土层、钢衬层和封口装置，所述钢衬层为双层夹层结构，包括外层钢衬、内层钢衬和填充在两层钢衬之间的UHPC混凝土填充层，所述内层钢衬由内衬钢板焊接组成的两个圆筒状钢衬结构，形成两个独立的圆形储氢腔，在每个内层钢衬的内壁分别设有阻气层；所述封口装置设置在废弃矿洞的洞口，并与钢衬层的敞口面密封连接，在封口装置内部设置有进出气通道。本实用新型既能解决废弃矿山资源闲置问题，又能利用氢的储能特性和电-氢灵活转化关系，发挥氢储能在电网中“填谷”作用。作用。作用。


技术研发人员：杨光煜 谢亮 潘中祺 李春磊 刘绍卿 谢佳海
受保护的技术使用者：中冶武勘工程技术有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/9/26