[发明专利]高温矿井充填体蓄热释热实验模拟装置及方法

摘要

本发明公开了一种高温矿井充填体蓄热释热实验模拟装置，包括模拟箱、地热开采水循环模拟系统和数据采集及温控系统，模拟箱包括保温箱体和隔板，保温箱体内设有采场模拟区域和充填体模拟区域，充填体模拟区域内设有抽屉式充填体模拟盒，抽屉式充填体模拟盒内设有充填体，充填体包括相变蓄热材料、溜井模拟腔、采热管、隔热管和冷却管；地热开采水循环模拟系统包括冷热交换器、冷水水箱和热水水箱；数据采集及温控系统包括采场模拟区域传感器组、充填体模拟区域传感器组、控制器和计算机；本发明还公开了一种高温矿井充填体蓄热释热实验模拟方法。本发明能够很好地用于进行高温矿井充填体蓄热释热、采场协同降温、地热开采的理论研究。

主权项

1.一种高温矿井充填体蓄热释热实验模拟装置，其特征在于：包括模拟箱、地热开采水循环模拟系统和数据采集及温控系统，所述模拟箱包括立方体框架结构的保温箱体(1)和设置在保温箱体(1)内中部的隔板(5)，所述隔板(5)上设置有通风孔，所述保温箱体(1)内位于隔板(5)上方的区域为采场模拟区域(2)，所述保温箱体(1)内位于隔板(5)下方的区域为充填体模拟区域(3)，位于采场模拟区域(2)的保温箱体(1)为由顶部保温板、左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板构成的底部开口箱体，位于采场模拟区域(2)的保温箱体(1)的左侧保温板上设置有采场进风口，所述采场进风口上从远离保温箱体(1)到靠近保温箱体(1)的位置依次设置有表冷器(23)、空气加热器(24)和空气加湿器(25)，所述表冷器(23)的冷媒输入管路上设置有用于对冷媒流量进行调节的冷媒流量电磁阀(19)，位于采场模拟区域(2)的保温箱体(1)的右侧保温板上设置有采场出风口，所述采场出风口上设置有引风机(26)，位于采场模拟区域(2)的保温箱体(1)的顶部保温板内壁上、左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上、前侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔，位于充填体模拟区域(3)的保温箱体(1)为由底部保温板、左侧保温板、右侧保温板和后侧保温板构成的前开口箱体，位于充填体模拟区域(3)的保温箱体(1)的左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔，所述加热腔内设置有碳纤维电热板(4)和用于对所述加热腔内的温度进行实时检测的加热腔温度传感器(20)，所述采场模拟区域(2)内设置有采场区传感器安装管(16)，所述充填体模拟区域(3)内设置有抽屉式充填体模拟盒(6)，所述抽屉式充填体模拟盒(6)内设置有充填体，所述充填体包括相变蓄热材料(22)和设置在相变蓄热材料(22)中的溜井模拟腔(50)，以及从下到上依次分层设置在相变蓄热材料(22)中的采热管(28)、隔热管(34)和冷却管(35)，所述相变蓄热材料(22)中还设置有充填区传感器安装管(27)，所述抽屉式模拟盒(6)的外壁上设置有拉手(15)和进回水连接机构(21)，位于充填体模拟区域(3)的保温箱体(1)的左侧保温板上转动连接有左侧门(8)，位于充填体模拟区域(3)的保温箱体(1)的右侧保温板上转动连接有右侧门(9)；所述地热开采水循环模拟系统包括冷热交换器(36)、用于存储冷水的冷水水箱(37)和用于存储热水的热水水箱(38)，所述冷水水箱(37)的入水口通过冷水输送管(39)与冷热交换器(36)的冷水出口连接，所述冷水水箱(37)的出水口通过地面送水管(12)和设置在地面送水管(12)上的送水动力泵(13)与进回水连接机构(21)连接，所述热水水箱(38)的进水口通过地面回水管(14)与进回水连接机构(21)连接，所述热水水箱(38)的出水口通过热水输送管(18)和设置在热水输送管(18)上的热水输送动力泵(17)与冷热交换器(36)的热水入口连接；所述数据采集及温控系统包括采场模拟区域传感器组、充填体模拟区域传感器组、控制器(32)和与控制器(32)相接的计算机(33)，所述采场模拟区域传感器组包括设置在所述采场进风口上靠近保温箱体(1)位置处的进风温度传感器(29)、进风湿度传感器(30)和进风风速传感器(31)，以及设置在所述采场出风口上靠近保温箱体(1)位置处的出风温度传感器(40)、出风湿度传感器(41)和出风风速传感器(42)，所述加热腔温度传感器(20)的输出端、进风温度传感器(29)的输出端、进风湿度传感器(30)的输出端和进风风速传感器(31)的输出端，以及出风温度传感器(40)的输出端、出风湿度传感器(41)的输出端和出风风速传感器(42)的输出端均与控制器(32)的输入端连接；所述充填体模拟区域传感器组包括布设在相变蓄热材料(22)内且用于对充填体模拟区域(3)内的温度进行实时检测的多个充填体温度传感器(49)、设置在地面送水管(12)与进回水连接机构(21)连接位置处且用于对进水温度进行实时检测的进水温度传感器(47)和设置在地面回水管(14)与进回水连接机构(21)连接位置处且用于对回水温度进行实时检测的回水温度传感器(48)，多个所述充填体温度传感器(49)的信号线均通过充填区传感器安装管(27)引出到抽屉式充填体模拟盒(6)外，所述充填体温度传感器(49)的输出端、进水温度传感器(47)的输出端和回水温度传感器(48)的输出端均与控制器(32)的输入端连接；所述冷媒流量电磁阀(19)、送水动力泵(13)和热水输送动力泵(17)均与控制器(32)的输出端连接，所述控制器(32)的输出端还接有用于对空气加热器(24)的通断电进行控制的第一继电器(43)、用于对空气加湿器(25)的通断电进行控制的第二继电器(44)、用于对引风机(26)进行变频控制的变频器(45)和用于对碳纤维电热板(4)的通断电进行控制的第三继电器(46)，所述第一继电器(43)串联在空气加热器(24)的供电回路中，所述第二继电器(44)串联在空气加湿器(25)的供电回路中，所述引风机(26)与变频器(45)的输出端连接，所述第三继电器(46)串联在碳纤维电热板(4)的供电回路中；所述加热腔由槽钢(10)制成；所述冷却管(35)和隔热管(34)均采用中间进，向两侧蛇形前进，最后从两侧出的布置方式；各层的采热管(28)均采用一侧进，向另一侧蛇形前进，并从另一侧出的布置方式。