[发明专利]一种深部矿井生产供水高势能发电系统及方法

说明书

一种深部矿井生产供水高势能发电系统及方法，系统包括位于地表的高位水池和位于井下发电硐室的防震墩、防震伸缩节、过滤器、水轮机、发电机及蓄水池，高位水池通过深竖井内自流供水管与水轮机进水口相通，水轮机与发电机动力连接，发电机输电端接入井下电网，水轮机出水口与蓄水池相通，蓄水池通过深竖井内自流出水管接入各中段供水管线；过滤器与蓄水池之间设有应急管路。方法为：高位水池内的水经初步过滤后通过自流供水管进入水轮机以带动发电机发电，产生的电能经变压后传输至井下电网为用电设备供电；水从水轮机中流出经减压后流入蓄水池，再通过自流出水管输送至各中段供水管线内；若发电机故障检修或水头压力过高，由应急管路卸压排水。

技术领域

本发明属于地下矿山开采技术领域，特别是涉及一种深部矿井生产供水高势能发电系统及方法。

背景技术

随着浅部资源的枯竭，未来千米级的深井开采几乎是获得矿产资源的唯一方式。地下采矿生产系统需要电源、高压空气和水来满足各种生产设备的运行、凿岩钻孔和生产维护需要，对于井下采矿作业用水来说，需要用作井下消防用水，铲装作业面需要洒水减少扬尘，在穿孔钻眼时需要用水冷却钻具和排除岩屑，为防止工人将粉尘引入肺部需要喷水降尘，溜井工作面需要洒水降尘。统计数据表明，采出1吨矿石需要消耗0.3～0.5吨的水，对于日产能达到万吨的地下矿来说，每日需要消耗3000～5000吨的水资源。

一般情况下，在设计地下矿山的排水和供水系统时，会在矿山最下部设置排水仓，用以收集地下涌水和生产废水，排水仓内的尾水则通过大功率泵提升至地表的高位水池中，当高位水池中的水经过简单的沉淀、过滤和净化后，会根据生产需要自流到地下矿不同中段位置，用以保障正常生产需要。

当水从地表的高位水池通过敷设水管到达井下为设备供水时，水到达井下时的压力非常大，以千米竖井为例，其水头压力可达10MPa，该水头压力远远超过城市供水主干网内的水压力。因此，压力为10MPa的水是无法直接作为设备供水的，必须将供水管里面的水进行卸压后才能为设备使用，目前采用的卸压方式通常为在供水管路中间加一级转水站，但由于增设了转水站，因此还需要增加相应的硐室工程。此外，目前采用的卸压方式还可以为在井下加装减压阀，但减压阀需要经常更换，而且大量的高位水势能会通过减压阀被白白浪费。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种深部矿井生产供水高势能发电系统及方法，有效利用了深井矿体埋深大、供水水头压力高的特点，通过供水管内的高压力水流驱动水轮机转动，将高位水势能转化为机械动能，再由水轮机驱动发电机转动，进而将机械动能转化为电能，从而将原本浪费掉的高位水势能利用起来，不但节约了企业用电成本，同时完成了水压的释放，有效保护了供水管路的安全。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种深部矿井生产供水高势能发电系统，包括高位水池、自流供水管、防震墩、防震伸缩节、过滤器、水轮机、发电机、蓄水池及自流出水管；所述高位水池位于地表；所述防震墩、防震伸缩节、过滤器、水轮机、发电机及蓄水池均位于井下发电硐室内，发电硐室位于矿体最顶层中段；所述自流供水管布设在深竖井内，自流供水管的进水口与高位水池相连通；所述自流供水管的出水口位于发电硐室内，自流供水管通过防震墩与发电硐室地面固定；所述自流供水管的出水口依次通过防震伸缩节和过滤器与水轮机的进水口相连通，水轮机的出水口与蓄水池相连通；所述自流出水管布设在深竖井内，自流出水管的进水口与蓄水池相连通，自流出水管的出水口分多路输出，分别接入井下各个中段的供水管线；所述水轮机的动力输出轴与发电机的动力输入轴相连接，发电机的输电端接入井下电网。

在所述自流供水管的进水口设置有过滤网。

在所述防震墩与防震伸缩节之间的管路上设置有第一闸阀。

在所述水轮机进水口侧的管路上设置有第二闸阀。

在所述水轮机出水口侧的管路上设置有第一减压阀。

在所述第一减压阀出水口侧的管路上设置有第一压力表。