[发明专利]一种废弃矿井用地下水库空气柱消除装置及方法

权利要求书

1.一种废弃矿井用地下水库空气柱消除装置，包括具有a、b、c三个端口的三通管件，其中a端口为三通管件竖直向下的端口，a端口正下方设有空心环形圆台状的外壳，外壳的小端与a端口密封连接，外壳的大端通过网状托盘封口，所述外壳内设有浮球，所述浮球外径大于a端口内径，所述浮球受到浮力会与外壳内壁或a端口形成线密封结构；所述三通管件的b、c两端口分别连接有通气管。

2.根据权利要求1所述的废弃矿井用地下水库空气柱消除装置，其特征在于：所述外壳的小端与a端口通过螺纹配合密封连接，所述外壳的张角为30°。

3.根据权利要求2所述的废弃矿井用地下水库空气柱消除装置，其特征在于：所述浮球为空心浮球，所述外壳内表面设有硅胶涂层。

4.根据权利要求2或3所述的废弃矿井用地下水库空气柱消除装置，其特征在于：所述外壳内表面或a端口与浮球的密封配合处设有硅胶密封圈。

5.根据权利要求4所述的废弃矿井用地下水库空气柱消除装置，其特征在于：所述浮球、三通管件、外壳、网状托盘、通气管均为不锈钢材质，浮球表面为镀铬层。

6.一种废弃矿井用地下水库空气柱消除方法，包括如权利要求1-5任一项所述的废弃矿井用地下水库空气柱消除装置，其特征在于：步骤如下：三通管件一端连接的通气管通向会形成空气柱的巷道最高处顶板位置，另一端连接的通气管通向废弃矿井采区回风联络巷，通气管无回弯处；三通管件位于通气管的最低处，三通管件与外壳连接的端口为最下方的端口且位于竖直方向上，外壳、浮球、网状托盘位于该端口的正下方。

7.根据权利要求6所述的一种废弃矿井用地下水库空气柱消除方法，其特征在于：所述通气管的直径为：根据圆管道流体流动的水头损失公式，计算出对应的沿程损失和局部损失，结合抽水蓄能发电过程中的最高能耗要求，总水头损失应不大于临界值A；计算公式如下：

式(1)中，h_f——沿程水头损失，单位m；

h_j——局部水头损失，单位m；

h——总水头损失，单位m；

l——流段长度，单位m；

d——通气管直径，单位m；

v——断面平均流速，单位m/s；

λ——沿程阻力系数；

ζ——局部阻力系数；

A——总水头损失最大值，单位m；

根据流量与流速、断面面积之间的关系又可确定另一组关系：

式(2)中，Q——通气管内流体流量，单位m³/h；

其中，通气管内流体流量可以根据工程设计确定，联立式(1)和式(2)求得通气管直径。

8.根据权利要求6所述的一种废弃矿井用地下水库空气柱消除方法，其特征在于：所述浮球的浮力要求为：

ρgV≥mg+p₀S+f (3)

式(3)中，ρ——水的密度，单位1g/cm³；

g——重力加速度，取9.8m/s²；

V——浮球淹没在水中的体积，单位m³；

m——浮球质量，单位kg；

p₀——空气柱压强，取0.1Mpa；

S——三通管件下端支管断面积，单位m²；

f——外壳与空心浮球之间的摩擦力向下分力，单位N。