一种压缩空气储能废弃巷道模拟系统

本发明属于储能模拟，具体涉及一种压缩空气储能废弃巷道模拟系统。

背景技术：

1、压缩空气储能具有建设成本低、设备占地面积小、污染小、储能周期长以及选址限制小等优点，被认为是最具发展前景的大规模储能技术之一。大规模压缩空气存储空间的选址是制约压缩空气储能发展的主要问题之一，目前的应用主要集中于地下盐穴，例如德国的huntorf压缩空气储能电站和美国的mcintosh压缩空气储能电站。但是盐岩的分布极不均匀。我国煤炭资源开采历史悠久，受煤层自然赋存条件特征影响，井工开采是煤矿主要的开采方式。对于煤矿而言，随着煤炭资源的不断开采，达到生产服务年限必将面临矿井关闭退出的局面。废弃煤矿再利用刻不容缓，怎样把废弃煤矿地下空间更好地开发与进一步利用是社会持续关注和研究的焦点问题。在这种情况下，亟需发展废弃煤矿压缩空气储能技术，不仅解决新能源发电存在的瞬时性和波动性技术难题，还可以有效应利用废弃煤矿空间资源。

2、目前，对于利用废弃煤矿地下空间建设压缩空气储能电站的研究较少，且基本以数值模拟手段为主，这些方法往往基于一些假设，且在一定程度上简化了现场地质条件开展数值模拟，难以真实、全面的反映现场真实情况。因此，有必要进行煤矿巷道压缩空气储能的物理模拟。此外，基于现有的方法所构建的物理模拟实验系统中，煤层巷道的形成较为不易且在形成后极不稳定，与真实的煤岩差异较大，导致所检测的数据并不准确。

3、有鉴于此，需要对现有技术进行改进。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种压缩空气储能废弃巷道模拟系统，目的是为了实现对煤矿巷道压缩空气储能的物理模拟，更真实、准确的模拟废弃煤矿压缩空气储能，为煤矿巷道压缩空气储能的研究提供试验基础。

2、为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种压缩空气储能废弃巷道模拟系统，其包括恒温室、试件箱、巷道围岩、压板单元、压头、注气单元、进气管、信息采集单元、出气管、发电单元、应变片单元、透气膜单元和封堵单元，其中，试件箱设置在恒温室内，试件箱内填充有巷道围岩并在其中部形成有巷道，试件箱内还设置有压板单元，其能够在试件箱上的压头的作用下对试件箱内的巷道围岩形成朝向巷道方向的挤压，试件箱的顶部固定设置有间隔开的沿竖直方向的进气管和出气管，进气管和出气管的一端均向下延伸至巷道，进气管和出气管的另一端均向上延伸至恒温室外，延伸至恒温室外的进气管、出气管分别与注气单元、发电单元相连接，巷道的一侧为敞口端，在敞口端位置处可拆卸的设置有封堵单元以将巷道封闭，恒温室和试件箱上均设置有与敞口端相匹配的开口，巷道围岩的靠近巷道的巷道壁上粘接固定设置有透气膜单元，透气膜单元上设置有多个应变片单元，各应变片单元均分别与信息采集单元通信连接，所述透气膜单元在粘接至巷道壁前处于第一状态，所述透气膜单元在粘接至巷道壁后处于第二状态，在第一状态下，透气膜单元中的胶液未渗出，在第二状态下，所述透气膜单元利用其内的胶液渗出至巷道壁而与巷道围岩实现固化粘接。

4、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

5、本发明的压缩空气储能废弃巷道模拟系统，其巷道是直接在试件箱内形成的，借助于初期支护模块、压头等的作用，将试件箱内的相似材料挤压密实，从而形成模拟的巷道围岩以及巷道，所形成的巷道具有敞口端，操作性更强，能够借助于另外的支护模块进行应变片单元的安装，所安装的应变片单元能够更为真实的反映压缩空气储能时巷道的变形情况。

技术特征：

1.一种压缩空气储能废弃巷道模拟系统，其包括恒温室（1）、试件箱（2）、巷道围岩（3）、压板单元（4）、压头（5）、注气单元（6）、进气管（7）、信息采集单元（10）、出气管（11）、发电单元（12）、应变片单元（13）、透气膜单元（15）和封堵单元（16），其特征在于，试件箱（2）设置在恒温室（1）内，试件箱（2）内填充有巷道围岩（3）并在其中部形成有巷道（14），试件箱（2）内还设置有压板单元（4），其能够在试件箱（2）上的压头（5）的作用下对试件箱（2）内的巷道围岩（3）形成朝向巷道（14）方向的挤压，试件箱（2）的顶部固定设置有间隔开的沿竖直方向的进气管（7）和出气管（11），进气管（7）和出气管（11）的一端均向下延伸至巷道（14），进气管（7）和出气管（11）的另一端均向上延伸至恒温室（1）外，延伸至恒温室（1）外的进气管（7）、出气管（11）分别与注气单元（6）、发电单元（12）相连接，巷道（14）的一侧为敞口端，在敞口端位置处可拆卸的设置有封堵单元（16）以将巷道（14）封闭，恒温室（1）和试件箱（2）上均设置有与敞口端相匹配的开口，巷道围岩（3）的靠近巷道（14）的巷道壁上粘接固定设置有透气膜单元（15），透气膜单元（15）上设置有多个应变片单元（13），各应变片单元（13）均分别与信息采集单元（10）通信连接，所述透气膜单元（15）在粘接至巷道壁前处于第一状态，所述透气膜单元（15）在粘接至巷道壁后处于第二状态，在第一状态下，透气膜单元（15）中的胶液未渗出，在第二状态下，所述透气膜单元（15）利用其内的胶液渗出至巷道壁而与巷道围岩（3）实现固化粘接。

2.如权利要求1所述的一种压缩空气储能废弃巷道模拟系统，其特征在于，处于第一状态下的透气膜单元（15）包括保护层（151）、粘胶层（152）和微透气层（153），其中，保护层（151）、粘胶层（152）和微透气层（153）均为具有过流间隙的材料层，粘胶层（152）位于保护层（151）与微透气层（153）之间，由微透气层（153）朝向保护层（151）的方向上，微透气层（153）、粘胶层（152）和保护层（151）的过流间隙呈阶梯式依次递增以利于在粘胶层（152）的胶液朝向保护层（151）的扩散，微透气层（153）上的过流间隙使得粘胶层（152）的胶液几乎不向微透气层（153）渗流扩散，粘胶层（152）内呈大致均匀的分布设置有环氧树脂微胶囊，环氧树脂微胶囊内装设有环氧树脂胶液，其能够在受到预定压力挤压时被破坏并致使其内装设的环氧树脂胶液被释放出来，由此实现透气膜单元（15）由第一状态向第二状态的转变；在透气膜单元（15）放入至巷道（14）中时，保护层（151）位于靠近巷道围岩（3）的一侧，微透气层（153）位于靠近巷道（14）的一侧。

3.如权利要求2所述的一种压缩空气储能废弃巷道模拟系统，其特征在于，所述环氧树脂微胶囊至少包括相互间隔开的第一腔室和第二腔室，第一腔室内装设有环氧树脂a液，第二腔室内装设有环氧树脂b液，当受到挤压力而致使环氧树脂微胶囊的第一腔室和第二腔室均被破坏时，a、b胶液混合后才能实现固化粘接。

4.如权利要求3所述的一种压缩空气储能废弃巷道模拟系统，其特征在于，应变片单元（13）设置在粘胶层（152）和微透气层（153）之间。

技术总结
本发明提供了一种压缩空气储能废弃巷道模拟系统，属于储能模拟技术领域，其包括恒温室、试件箱、透气膜单元等，其巷道是直接在试件箱内形成的，借助于初期支护模块、压头等的作用，将试件箱内的相似材料挤压密实，从而形成模拟的巷道围岩以及巷道，所形成的巷道具有敞口端，操作性更强，能够借助于另外的支护模块进行应变片单元单元的安装，所安装的应变片单元能够更为真实的反映压缩空气储能时巷道的变形情况。

技术研发人员：刘淑敏,赵同彬,孙海涛,张东明,王登科,李学龙,邱月,张鹏飞,魏振鑫,石昊,苏瑶函
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21