基于地下巷道群的抽水蓄能电站水库通风系统和改造方法

1.本发明涉及通风系统技术领域，具体地说是一种基于地下巷道群的抽水蓄能电站水库通风系统和改造方法。


背景技术：

2.利用停采煤矿工程建设抽水蓄能电站是抽水蓄能新形式的探索，包括利用煤矿的巷道改造扩建和支护之后作为抽水蓄能电站的下水库。由于已经建设完成的地下巷道群的最高点仍低于正常蓄水位，因此地下复杂巷道群中的空气动力学问题是此项工程需要解决的重难点问题。
3.原有的矿井巷道通风系统是通过各种动力，以最经济的方式向井下各地点提供足够的新鲜空气，稀释并排出各种有害物质。把地下巷道群改造成抽水蓄能电站下水库之后，由于巷道内充满水，水气条件变得复杂，地下煤矿巷道原有的通风道不足以满足抽水蓄能电站下水库的运行条件，因此需要在退出煤矿地下巷道群重新布置通风系统，同时又要尽量利用原有的通风道达到节约工程量、降低后期维护成本的目的。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于地下巷道群的抽水蓄能电站水库通风系统和改造方法，本发明可以实现及时排气、补气功能，稳定地下巷道群的水力流态，改善空气质量和通风情况。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于地下巷道群的抽水蓄能电站水库通风系统，地下巷道群包括煤试采区回风巷、煤试采区机轨合一巷、一号联络巷、乘人车场、回风巷、停车场、二号联络巷和延长巷。
6.所述通风系统包括调节池、通风口、通风道。
7.所述调节池布设在巷道群最低点，调节池形状由两部分构成，其底部为圆柱腔体，顶部为半球腔体；所述调节池顶部设有调节池通风口，从调节池通风口向地面开设有贯通的调节池通风道，用于调节池水位上升或下降过程中能够自然进气和排气。
8.所述通风道与通风口配套设置，通风口布设在地下巷道群各个巷道的顶部，通风道用于将通风口与底面贯通。
9.所述通风道包括煤试采区回风巷通风道、煤试采区机轨合一巷通风道、一号联络巷通风道、乘人车场通风道、回风巷通风道、停车场通风道、二号联络巷通风道、延长巷通风道和调节池通风道。
10.作为本发明进一步优选地，所述调节池平行布设三个，三个调节池之间水平间距为40m。
11.作为本发明进一步优选地，三个调节池分别配套三个调节池通风道，中间调节池通风道竖直布设，两侧调节池通风道向中间调节池通风道倾斜布设，倾斜角度为45
°
，三个调节池通风道汇集成一路贯通至地面。
12.作为本发明进一步优选地，所述通风道竖直布设，贯通连接地下巷道群和地面；通风道的直径为1m。
13.作为本发明进一步优选地，所述调节池通风道能用作排水洞和调节池施工通道；用作排水洞能实现电站下水库检修时的排水功能，用作调节池施工通道能在施工期间使反井钻直接通向地面，在运行期间也作为维修通道，以保证系统的稳定运行。
14.一种基于地下巷道群的抽水蓄能电站水库通风系统施工方法，包括以下步骤：步骤1.施工调节池：步骤1-1.选定调节池位置，使用反井钻机，在地面向地下调节池位置钻出导井；步骤1-2.在地下巷道内换上反向钻头，从地下向地面提升扩孔，贯通导井；步骤1-3.导井贯通后自地面向地下进行扩挖调节池，扩挖采用手风钻钻爆，石渣从导井溜至煤矿巷道，运输出渣；步骤1-4.利用原有的通风道，在地面设置吊装井架，通过钢丝绳牵引吊桶或吊盘，采用人工钻岩机逐层开挖，然后将石渣吊运至煤矿巷道，提升出渣；步骤1-5.将混凝土由地面运输至井下，采用钢木模板、混凝土浇筑调节池；步骤2. 改造原有通风道：利用地下巷道群原有通风道，通风洞进风经进风机室送风至各洞室，则不需要另外设置竖直的通风道；步骤3. 新建通风道：对原本没有通风道的地下巷道群，在底面选定通风口位置，从地面使用钻进向地下钻进，钻出通风道。
15.本发明具有如下有益效果：1.本发明针对利用煤矿地下巷道群作抽水蓄能电站下水库，为其通风系统提供布置方案，达到充分利用已有建筑、节约开挖工程量、降低后期维护成本的目的，同时提高了工程建筑物内的空气质量，稳定了复杂巷道群内水气两相动力学特性。
16.2.本发明利用地下巷道原有通风道的基础上根据工程特点，多点布设通气道，由于退出煤矿的地下巷道一般位于地面以下几百米，地表温度对管廊内部温度基本没有影响，其内部温度较为稳定；对于个别覆土较大的深埋综合管廊，地表温度对管廊内部温度基本没有影响，其内部温度更为稳定。本发明只需合理规划通风道和调节池以达到及时进气、排气的目的，具有传统地下通风系统所不具备的天然优势。
附图说明
17.图1是本发明的地下巷道群总体布置俯视图。
18.图2是本发明的煤试采区回风巷通风道、煤试采区机轨合一巷通风道、一号联络巷通风道的局部俯视示意图。
19.图3是本发明的乘人车场通风道的局部俯视示意图。
20.图4是本发明的回风巷通风道的局部俯视示意图。
21.图5是本发明的停车场通风道的局部俯视示意图。
22.图6是本发明的二号联络巷通风道和延长巷通风道的局部俯视示意图。
23.图7是本发明的调节池的主视图。
24.图8是本发明的调节池通风道的局部俯视示意图。
25.其中有： 11.煤试采区回风巷；12.煤试采区机轨合一巷；13.一号联络巷；14.乘人
车场；15.回风巷；16.停车场；17.二号联络巷；18.延长巷；20.调节池；21.调节池通风口；40.通风道；41.煤试采区回风巷通风道；42.煤试采区机轨合一巷通风道；43.一号联络巷通风道；44.乘人车场通风道；45.回风巷通风道；46.停车场通风道；47.二号联络巷通风道；48.延长巷通风道；49.调节池通风道。
具体实施方式
26.抽水蓄能电站下水库由煤矿的地下巷道群改建而成，高程位于地下280m，可利用巷道长度约22公里，可利用空间约25.6万立方米。为避免在蓄水过程中，巷道端部等较高位置处发生滞气或补气不畅的现象，在原有巷道群必要位置设置通风系统，以保证有效库容容积、保障巷道群内水位稳定性和系统安全性。
27.由此本发明提出了一种基于地下巷道群的抽水蓄能电站水库通风系统，在现有的通风孔道布置下，保证调节池和巷道群系统进气、排气过程顺畅，在水位上升过程中部分并联和环形巷道顶部存在不明显的滞气现象，气相的动态特性也变化平缓，不影响系统的安全稳定运行，地下巷道群在各工况下均能正常进气和排气，考虑到巷道群的缓坡布置和低流速，在部分长度相对较短分岔巷道的通风通道可优化取消，能够保证系统的安全稳定运行。
28.下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.如图1所示，地下巷道群包括煤试采区回风巷11、煤试采区机轨合一巷12、一号联络巷13、乘人车场14、回风巷15、停车场16、二号联络巷17和延长巷18。
30.通风系统包括调节池20、通风口、通风道40。
31.通风道40与通风口配套设置，通风口布设在地下巷道群各个巷道的顶部，通风道40用于将通风口与底面贯通。通风道40竖直布设，通风道40的直径为1m。
32.如图2
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6所示，通风道40包括煤试采区回风巷通风道41、煤试采区机轨合一巷通风道42、一号联络巷通风道43、乘人车场通风道44、回风巷通风道45、停车场通风道46、二号联络巷通风道47、延长巷通风道48和调节池通风道49，上述各个通风道分别与煤试采区回风巷11、煤试采区机轨合一巷12、一号联络巷13、乘人车场14、回风巷15、停车场16、二号联络巷17、延长巷18和调节池20对应，用于将地下巷道群与地面贯通。地下巷道群端部特别是在巷道顶部设置通风通道，在地下巷道群水位上升或下降过程中能够实现正常补气和顺畅排气，以保证巷道群水位和满流断面压力的平缓变化，有利于系统的安全稳定运行。
33.如图7和图8所示，调节池20布设在地下巷道群最低点，能够满足地下巷道群各种工况下通气、储水、供水、调压的要求。调节池20由两部分构成，其底部为圆柱腔体，顶部为半球腔体；调节池20顶部设有调节池通风口21，从调节池通风口21向地面开设有贯通的调节池通风道49，用于调节池20水位上升或下降过程中能够自然进气和排气。
34.本实施例优选调节池圆柱底面圆直径10m，圆柱高15m；顶部半球体直径10m。
35.调节池20平行布设三个，三个调节池20之间水平间距为40m，三个调节池20分别配套三个调节池通风道49。为了减少工程量，中间调节池通风道49竖直布设，两侧调节池通风道49向中间调节池通风道49倾斜布设，倾斜角度为45
°
，三个调节池通风道49汇集成一路贯通至地面。
36.调节池通风道49能用作排水洞和调节池施工通道。用作排水洞能保证排水泵的合理布置，实现电站下水库检修时的排水功能；用作调节池施工通道能在施工期间使反井钻直接通向地面，在运行期间也作为维修通道，以保证系统的稳定运行。
37.基于上述通风系统，有一种基于地下巷道群的抽水蓄能电站水库通风系统施工方法，包括以下步骤：步骤1.施工调节池：步骤1-1.选定调节池位置，使用反井钻机，在地面向地下调节池位置钻出导井；步骤1-2.在地下巷道内换上反向钻头，从地下向地面提升扩孔，贯通导井；步骤1-3.导井贯通后自地面向地下进行扩挖调节池，扩挖采用手风钻钻爆，石渣从导井溜至煤矿巷道，运输出渣；步骤1-4.利用原有的通风道，在地面设置吊装井架，通过钢丝绳牵引吊桶或吊盘，采用人工钻岩机逐层开挖，然后将石渣吊运至煤矿巷道，提升出渣；步骤1-5.将混凝土由地面运输至井下，采用钢木模板、混凝土浇筑调节池；步骤2.改造原有通风道：利用地下巷道群原有通风道，通风洞进风经进风机室送风至各洞室，则不需要另外设置竖直的通风道；步骤3.新建通风道：对原本没有通风道的地下巷道群，在底面选定通风口位置，从地面使用钻进向地下钻进，钻出通风道。
38.步骤1的施工调节池具体可参照如下方式进行：调节池位布设于地下巷道群系统最低位置附近，调节池顶部通气口与地面相接。煤矿巷道上部开挖由地面采用反井法进行施工，导井开挖采用lm400型反井钻机，即钻机在地面上部就位，先由上向下钻出一个直径为250mm的导向孔，然后在井底换上反向钻头，从下向上提升扩孔，扩孔直径为2400mm，直达井的顶部。
39.导井贯通后自上而下进行扩挖调节池，扩挖采用手风钻钻爆，石渣从导井溜至煤矿巷道，采用lk4.1型铲运机装10t矿用汽车出渣。
40.巷道下部开挖利用已有的通风道，在地面设置吊装井架，通过钢丝绳牵引吊桶或吊盘，采用人工yt-28钻岩机逐层开挖，然后将石渣吊运至煤矿巷道，经由10t矿用汽车运输至提升系统出渣。
41.混凝土浇筑采用钢木模板，混凝土由地面运输至井下，用10t矿用汽车运输至工作面泵送入仓并浇筑调节池。
42.本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
43.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。