刘志强

河南理工大学能源科学与工程学院

摘要(Abstract)：

双碳目标驱动下，我国关停废弃矿井资源的资源化再利用成为能源转型与矿山生态修复的重要研究方向，井下抽水蓄能技术依托废弃矿井巷道、井筒构建地下水库与储能水力系统，是适配深部矿山改造、低成本拓展储能容量、实现矿井资源循环利用的新型长时储能技术，有效弥补了传统地面抽水蓄能对地形地貌、水源条件、场地空间的严苛依赖。废弃矿井井下水力系统区别于常规人工水库与输水管道系统，存在巷道空间形态复杂、岩体裂隙发育、管路岔口繁多、密闭受限空间多、水气耦合作用显著等典型特征，机组启停、负荷调节、事故断电等运行工况会引发剧烈的水力瞬变过程，产生水锤压力波动、流场紊乱、水头损失突变、渗流与明流耦合失稳等一系列复杂水力问题，直接制约矿井抽水蓄能机组的安全稳定运行、储能效率与工程服役寿命。现阶段学界与工程界对废弃矿井储能的研究多聚焦库容评估、巷道改造、机组选型等宏观工程应用层面，针对井下复杂受限空间的瞬变流演化机理、多场耦合水力响应、非恒定流适配理论的系统性研究较为匮乏，常规恒定流水力分析理论无法适配井下储能系统的动态运行特征。本文采用文献溯源法、理论推演法、系统机理分析法，基于纯文字理论视角系统开展研究，无任何公式与图表辅助。首先界定废弃矿井巷道群地下水库的特殊空间形态与水力边界条件，阐明井下蓄能水力系统区别于常规地面水利工程的非恒定流核心特征，论证瞬变流理论介入井下储能水力分析的理论必要性与工程适用性；其次深度拆解井下抽水蓄能瞬变流的四大核心理论问题，系统揭示机组极端工况水锤效应、复杂岔口多股流干扰、非达西渗流与明满交替流耦合、密闭空间水气两相瞬变响应的内在机理；最后梳理适配矿井场景的瞬变流工程分析与优化方法，涵盖管路机组耦合仿真、复杂巷道流场数值模拟、水力参数优化、储能可行性水力判据确定等关键技术路径。研究完善了废弃矿井抽水蓄能水力瞬变的基础理论体系，破解了常规水力理论在井下受限储能场景的适配短板，可为废弃矿井抽水蓄能工程的水力系统设计、运行工况调控、安全风险防控、效率优化提升提供系统化理论支撑，推动矿山废弃资源储能化利用的规范化、精细化、安全化发展。

关键词(KeyWords)：井下抽水蓄能；废弃矿井；瞬变流理论；地下水力系统；水锤效应；明满交替流；矿井储能

参考文献(References)：