一种煤矿地下空间地热利用系统

技术领域

本发明涉及地热开发利用领域，尤其是涉及一种煤矿地下空间地热利用系统。

背景技术

地热一般指地温，地温是地表面和以下不同深度处土壤温度的统称，浅层地温能是指在地球浅表层数百米内的土壤砂石和地下水中所蕴藏的低温热能，广泛存在于浅表地层的恒温带中，受四季气候的影响较小，土壤温度相对恒定。与深层地热相比，浅层地温能分布广泛，储量巨大，再生迅速，开发利用投资少且价值大，符合循环经济发展需求，矿井地热是指矿井内围岩散发出来的地球内部热量，它是矿井内空气增温的主要热源，既是矿井热害的根源，又是一种宝贵的地下热源，现有的煤矿地下空间地热利用系统循环抽取煤矿地下空间的水来实现对地热转换，水中含有大量的杂质，长时间工作后容易管道堵塞等问题。

公告号为CN216897882U的中国专利申请公开了一种煤矿地下空间地热利用系统，包括煤矿地下空间水库、取热井、回灌井、地面地热水输送管线、热交换器、供热管网、用户端等；其中，煤矿地下空间水库设置在煤矿地下空间中，在煤矿地下空间设置有环周的侧方隔水层和下端隔水层，环周的侧方隔水层与下端隔水层相互连接形成的侧方和底部隔水的隔水空间即煤矿地下空间水库；取热井和回灌井的下端分别与煤矿地下空间水库相连通，取热井的上端连接有地面地热水输送管线Ⅰ，回灌井的上端连接有地面地热水输送管线Ⅱ，地热水输送管线Ⅰ与换热设备相连，地热水输送管线Ⅱ与换热设备相连；取热井内设置抽水泵，上述专利虽然能实现对地热的利用，但安装时需要在两个矿井通道的前提下才能进行安装使用，只有一个矿井的情况下，还需要额外再单独打孔才能安装，并且是采用抽取地下空间的水来实现热转换，水中杂质较多，容易堵塞管道，故本发明提供了一种煤矿地下空间地热利用系统。

发明内容

本发明针对现有技术上的缺陷，提供了一种煤矿地下空间地热利用系统，克服安装时需要在两个矿井通道的前提下才能进行安装使用，只有一个矿井的情况下，还需要额外再单独打孔才能安装，并且是采用抽取地下空间的水来实现热转换，水中杂质较多，容易堵塞管道的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矿地下空间地热利用系统，包括底板、用户端、换热管，底板上设置有上盖板，上盖板上设置有下放组件，下放组件包括下放滑架，下放滑架下端固定安装有伸展固定架，伸展固定架上滑动安装有伸展滑座，伸展滑座上转动安装有多个伸展条形板，伸展固定架上设置有两个横向调节组件和两个竖向调节组件，横向调节组件和竖向调节组件均包括调节底板，调节底板上均转动安装有调节转板，调节转板上固定设置有弧形齿条，横向调节组件的调节底板上转动安装有横向调节转板，竖向调节组件的调节底板上转动安装有竖向转动座，竖向转动座上转动安装有竖向调节转板，竖向转动座和横向调节转板上均转动安装有调节齿轮，调节齿轮和调节转板上的弧形齿条构成齿轮齿条副。

进一步地，下放组件还包括下放丝杆，下放滑架和上盖板滑动配合，下放丝杆固定设置在下放滑架上，上盖板上转动安装有下放带轮，下放丝杆和下放带轮构成螺旋副。

进一步地，伸展固定架上转动安装有伸展丝杆，伸展丝杆和伸展滑座构成齿轮副，伸展条形板和调节底板转动连接，伸展固定架上固定设置有固定圆筒，伸展固定架和固定圆筒转动连接。

进一步地，横向调节组件和竖向调节组件还均包括X型多层折叠架，X型多层折叠架的两侧均转动安装有2个调节滑座，其中同侧的两个调节滑座滑动安装在伸展固定架，另一侧的两个调节滑座滑动安装在调节底板上。

进一步地，调节底板上还转动安装有驱动转板和驱动齿轮，调节转板的轴心线和驱动转板的轴心线在同一直线上，调节转板上设置有多个齿，调节转板和驱动齿轮构成齿轮副，驱动转板上固定设置有弧形齿条，驱动转板上的弧形齿条和驱动齿轮构成齿轮齿条副，驱动齿轮和调节底板之间设置有扭簧。

进一步地，竖向调节组件的调节底板上均转动安装有竖向驱动齿轮，竖向调节组件的调节底板上均滑动安装有竖向调节齿条，竖向驱动齿轮和竖向调节齿条构成齿轮齿条副，竖向驱动齿轮和调节底板之间设置有扭簧，竖向调节转板上固定安装有竖向调节齿轮，竖向调节齿轮和竖向驱动齿轮啮合时构成齿轮副，竖向调节组件的调节转板上均固定设置有竖向按压板。

进一步地，调节齿轮和竖向转动座之间设置有扭簧，调节齿轮和横向调节转板之间设置有扭簧，竖向调节转板和竖向转动座之间设置有扭簧，伸展条形板上固定设置有调节按压板。

进一步地，底板上固定安装有换热组、收卷侧板，收卷侧板上转动安装有收卷滚筒，收卷滚筒用于收卷换热管，换热管的两端和换热组接合，换热管的中间段固定安装在固定圆筒上，换热管与竖向调节转板、横向调节转板均为滑动配合。

本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）本发明通过设置换热管，实现将热交换回路设置成闭环回路，无需从地下空间进行抽水换热，进而避免地下空间中的水中杂质堵塞抽水管道。（2）本发明通过设置横向调节组件、竖向调节组件，能够完成对换热管展开，增大了热交换面积。（3）本发明通过设置下方组件、横向调节组件、竖向调节组件三者的相互配合，在只有一个竖井的情况下，无需再打孔，即可完成本装置的安装。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大示意图。

图3为图1中B处的局部放大示意图。

图4为本发明伸展固定架处的结构示意图。

图5为图4中C处的局部放大示意图。

图6为本发明整体结构的侧视图。

图7为本发明换热管收叠状态的结构示意图。

图8为本发明竖向调节转板处的结构示意图。

图9为图8中D处的局部放大示意图。

图10为本发明横向调节转板处的正视图。

图11为本发明竖向调节转板处的正视图。

图12为换热管展开状态的结构示意图。

附图标记：101-底板；102-保护圆筒；103-用户端；104-换热组；105-上盖板；106-收卷滚筒；107-收卷电机；108-换热管；109-下放丝杆；110-下放电机；111-下放滑架；112-下放带轮；113-伸展固定架；114-固定圆筒；115-辅助限位环；116-伸展丝杆；117-伸展条形板；118-伸展电机；119-伸展滑座；120-竖向调节转板；121-横向调节转板；122-X型多层折叠架；123-调节转板；124-驱动转板；125-调节按压板；126-驱动齿轮；127-调节底板；128-竖向调节齿轮；129-竖向按压板；130-竖向驱动齿轮；131-限位板；132-竖向调节齿条；133-调节齿轮；134-竖向转动座；135-调节滑座；136-收卷侧板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：参考图1-图12，一种煤矿地下空间地热利用系统，包括底板101、用户端103、换热管108，底板101固定安装在煤矿竖井上方地面上，底板101上固定安装有保护圆筒102，保护圆筒102的轴心线和煤矿竖井的轴心线在同一直线上，保护圆筒102的下沿一直延伸到煤矿竖井的下沿，保护圆筒102用于避免安装换热管108时刮蹭到煤矿竖井侧壁，底板101上设置有上盖板105，上盖板105的轴心线和保护圆筒102在同一直线上时，将上盖板105和底板101固定连接。

上盖板105上设置有下放组件，下放组件包括下放滑架111，下放滑架111滑动安装在上盖板105上，下放滑架111上固定设置有下放丝杆109，上盖板105上转动安装有下放带轮112，下放丝杆109和下放带轮112构成螺旋副，上盖板105上固定安装有下放电机110，下放电机110的输出轴端固定安装有带轮，下放电机110输出轴上的带轮和下放带轮112之间设置有皮带，下放滑架111下端固定安装有伸展固定架113，伸展固定架113上滑动安装有伸展滑座119，伸展固定架113上转动安装有伸展丝杆116，伸展固定架113上固定安装有伸展电机118，伸展电机118的输出轴和伸展丝杆116固定连接，伸展丝杆116和伸展滑座119构成齿轮副，伸展滑座119上转动安装有多个伸展条形板117，伸展条形板117上固定设置有调节按压板125，伸展固定架113上固定设置有固定圆筒114，固定圆筒114和伸展丝杆116转动配合，伸展固定架113和固定圆筒114转动连接。

伸展固定架113上设置有两个横向调节组件和两个竖向调节组件，横向调节组件和竖向调节组件均包括X型多层折叠架122和调节底板127，X型多层折叠架122的两侧均转动安装有两个调节滑座135，其中同侧的两个调节滑座135滑动安装在伸展固定架113，另一侧的两个调节滑座135滑动安装在调节底板127上，伸展条形板117和调节底板127转动连接。

调节底板127上均转动安装有调节转板123、驱动转板124、驱动齿轮126，调节转板123的轴心线和驱动转板124的轴心线在同一直线上，调节转板123和驱动转板124上均固定设置有弧形齿条，调节转板123上设置有多个齿，调节转板123和驱动齿轮126构成齿轮副，驱动转板124上的弧形齿条和驱动齿轮126构成齿轮齿条副，驱动齿轮126和调节底板127之间设置有扭簧，扭簧的一端固定连接在驱动齿轮126上，扭簧的另一端固定连接在调节底板127上。

横向调节组件的调节底板127上转动安装有横向调节转板121，竖向调节组件的调节底板127上转动安装有竖向转动座134，竖向转动座134上转动安装有竖向调节转板120，竖向转动座134和横向调节转板121上均转动安装有调节齿轮133，调节齿轮133和竖向转动座134之间设置有扭簧，扭簧的一端固定连接在调节齿轮133上，扭簧的另一端固定连接在竖向转动座134上，调节齿轮133和横向调节转板121之间设置有扭簧，扭簧的一端固定连接在调节齿轮133上，扭簧的另一端固定连接在横向调节转板121上，调节齿轮133和调节转板123上的弧形齿条构成齿轮齿条副。

竖向调节组件的调节底板127上均转动安装有竖向驱动齿轮130，竖向调节组件的调节底板127上均滑动安装有竖向调节齿条132，竖向驱动齿轮130和竖向调节齿条132构成齿轮齿条副，竖向驱动齿轮130和调节底板127之间设置有扭簧，扭簧的一端固定连接在竖向驱动齿轮130上，扭簧的另一端固定连接在调节底板127上，竖向调节转板120上固定安装有竖向调节齿轮128，竖向调节齿轮128和竖向驱动齿轮130啮合时构成齿轮副，竖向调节转板120和竖向转动座134之间设置有扭簧，扭簧的一端固定连接在竖向转动座134上，扭簧的另一端固定连接在竖向调节转板120上，竖向调节组件的调节转板123上固定设置有竖向按压板129，竖向调节齿条132的侧面设置有支撑柱。

4个调节底板127上均固定设置有限位板131，限位板131用于限制横向调节转板121和竖向转动座134的最大转动角度，伸展固定架113的两侧固定设置有辅助限位环115，换热管108与上盖板105、辅助限位环115、竖向调节转板120、横向调节转板121均为滑动配合，底板101上固定安装有换热组104和两个收卷侧板136，换热组104包括循环水泵、热交换机、压缩机、冷凝器、供热水泵、送水管道，收卷侧板136上均转动安装有收卷滚筒106，两个收卷滚筒106之间固定连接，两个收卷侧板136中的其中一个收卷侧板136侧面固定安装有收卷电机107，收卷电机107的输出轴和收卷侧板136固定连接，换热管108的中间端固定安装在固定圆筒114上，换热管108的两端均穿过上盖板105、辅助限位环115、竖向调节转板120、横向调节转板121，然后换热管108的两端缠绕在收卷滚筒106上，最后换热管108的两个端口和换热组104接合。

工作原理：向煤矿的地下空间内注入足量的水，在伸展固定架113伸入地下空间后，地下空间的水能够高于伸展固定架113的上表面，再将底板101固定安装在煤矿竖井上方地面上，再完成对保护圆筒102的安装，再将上盖板105固定安装在底板101上，上盖板105的轴心线和保护圆筒102的轴心线在同一直线上。

启动下放电机110驱动下放带轮112转动，进而在下放丝杆109的作用下，驱动下放滑架111向下移动，在下放滑架111向下移动的同时，启动收卷电机107驱动收卷滚筒106转动，对换热管108进行放管，此时换热管108和换热组104脱离接合，使得伸展固定架113到达地下空间的水位线以下的位置后，关闭下放电机110和收卷电机107。

在伸展固定架113移动到地下空间水位线以下的位置后，启动伸展电机118，驱动伸展丝杆116转动，进而驱动伸展滑座119向下滑动，在伸展条形板117的作用下，推动调节底板127向远离伸展固定架113中心的位置移动，调节滑座135在伸展固定架113和调节底板127表面滑动，使得X型多层折叠架122展开。

在伸展条形板117上的调节按压板125接触到驱动转板124上的弧形齿条端时，推动驱动转板124转动，进而驱动驱动齿轮126转动，驱动齿轮126和调节底板127之间的扭簧被压缩，进而驱动调节转板123发生转动，驱动调节齿轮133转动，调节齿轮133在扭簧的作用下，驱动竖向转动座134和横向调节转板121发生转动，在横向调节转板121和竖向转动座134转动90度后，在限位板131的作用下，竖向转动座134和横向调节转板121无法发生转动，此时竖向调节组件的调节转板123上的竖向按压板129接触到竖向调节齿条132的支撑柱，竖向转动座134转动90度，即竖向调节转板120转动90度，使得竖向调节齿轮128和竖向驱动齿轮130接触啮合，调节转板123继续转动，调节齿轮133和竖向转动座134之间的扭簧被压缩，横向调节转板121和调节齿轮133之间的扭簧被压缩，竖向按压板129推动竖向调节齿条132滑动，驱动竖向驱动齿轮130转动，竖向驱动齿轮130和调节底板127之间的扭簧被压缩，进而在竖向调节齿轮128的作用下，驱动竖向调节转板120转动，竖向调节转板120和竖向转动座134之间的扭簧被压缩，最终在伸展滑座119移动到伸展丝杆116的最下方时，竖向调节转板120转动40度，在伸展电机118启动的同时收卷电机107也会启动对换热管108进行放管，最后在固定圆筒114、辅助限位环115、竖向调节转板120、横向调节转板121的作用下，完成对换热管108的展开。

在完成对换热管108的展开后，将换热管108的一端接在换热组104上，从换热管108的另一端对换热管108内注入足量的水，使得水能从换热组104的一个接口流出，然后再将换热管108的该端和换热组104的该接口接合。

地下空间的地热对地下空间的水进行加热，然后地下空间的水对换热管108内的水进行热传递，再通过换热组104中的循环水泵对换热管108内的水进行循环流动，在经过换热组104中的热交换机、压缩机、冷凝器、供热水泵、送水管道的作用下，将煤矿地下空间地热能源输入到用户端103，再由用户端103分配输送到各个用户。

本发明不局限上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。