本发明涉及爆破能量回收以及能源开发利用，尤其涉及一种用于采矿爆破的能量回收装置及能量回收方法。
背景技术：
1、在采矿工程中，爆破技术作为一种重要的开采手段，对于提高采矿效率、降低采矿成本具有重要意义。然而，传统的爆破技术在实施过程中会产生如下技术问题：
2、1)能源浪费问题：传统爆破过程中产生的热能和冲击能量大多被直接排放或散失到环境中，导致大量能源的浪费。据估计，一次中规模的爆破作业产生数十至数百吨的热能和冲击能量，这些能量如果能得到有效回收和利用，将对采矿作业的能效提升起到关键作用。
3、2)环境污染问题：爆破过程中产生的废气(如一氧化碳、氮氧化物等)和粉尘会对空气质量造成严重影响，尤其是对矿区周边环境和作业人员的身体健康构成威胁。同时，爆炸冲击波也对周围生态系统产生不利影响。
4、3)技术挑战：开发一种能够高效回收爆破过程中产生的能量并将其转化为可再利用形式的装置，需要解决一系列技术难题，包括但不限于：如何有效地收集和利用爆炸产生的热能和冲击能量，如何在不损害采矿效率和安全的前提下实施能量回收，以及如何将回收的能量有效地转化为电力或其他形式的能源。
5、4)系统集成与优化：能量回收装置不仅需要高效、安全地工作，还需要与现有的采矿设备和技术系统良好地集成，确保整个采矿过程的顺畅运行。此外，对回收能量的有效管理和利用也是一个需要解决的问题。
6、综上所述，研究和开发一种用于采矿爆破的能量回收装置，不仅有助于实现能源的高效利用，减少能源浪费，还能有效减轻爆破作业对环境的不利影响，实现绿色、可持续的采矿生产。这将对提高采矿行业的整体能效和环保水平产生深远影响。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种用于采矿爆破的能量回收装置及能量回收方法。
2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于采矿爆破的能量回收装置，其包括能量回收模块、智能控制模块、安全监控模块、热交换模块，以及功率开关器件模块；
3、所述能量回收模块，安装在爆破区域周围，用于捕获和存储爆破过程中产生的冲击波能量；
4、所述安全监控模块，布置在爆破作业现场，用于实时监测爆破作业的各项安全参数；
5、所述热交换模块，安装在爆破孔附近，用于捕获爆破过程中产生的热能，并将其转化为可再利用的热能或电能；
6、所述功率开关器件模块，分别与所述能量回收模块、热交换模块和智能控制模块电连接，用于控制能量的存储、转换和输出；
7、所述智能控制模块，分别与所述能量回收模块、热交换模块和安全监控模块电连接，根据所述能量回收模块和热交换模块的输出数据，调整所述功率开关器件模块的工作参数，以实现能量的存储和输出。
8、作为本发明的进一步改进，所述用于采矿爆破的能量回收装置还包括能量利用模块，分别与所述能量回收模块、热交换模块连接，用于将回收的电能和热能进行再次利用。
9、作为本发明的进一步改进，所述用于采矿爆破的能量回收装置还包括数据处理与分析模块，分别与所述能量回收模块、热交换模块和安全监控模块电连接，用于收集、处理和分析来自所述能量回收模块、热交换模块和安全监控模块的工作数据，以评估用于采矿爆破的能量回收装置的性能和经济效益。
10、作为本发明的进一步改进，所述智能控制模块将所述能量回收模块、热交换模块和安全监控模块采集的传感数据进行融合，并根据融合后的多源传感数据对所述能量回收模块、热交换模块、功率开关器件模块进行协调控制，具体控制策略如下：
11、通过最大功率点跟踪算法程序控制优化所述能量回收模块的能量捕获参数；
12、通过pid控制算法和自适应调整机制联合程序来控制所述热交换模块的热交换介质流量参数；
13、通过相位控制程序和脉宽调制程序来控制所述功率开关器件模块的输出电压和电流。
14、作为本发明的进一步改进，所述能量回收模块包括能量捕获装置和能量存储装置；所述能量存储装置包括但不限于为超级电容器、飞轮储能系统中的一种。
15、作为本发明的进一步改进，所述热交换模块包括热能转换装置、管道以及热交换介质；所述热交换模块通过耐高温高压的管道与爆破孔连接；所述管道内设置有热交换介质；所述热交换介质为水、油或其他高温流体；
16、所述热交换介质在管道内部循环流动，用于吸收爆破产生的热能，并输送至所述热能转换装置。
17、作为本发明的进一步改进，所述功率开关器件模块采用ipm智能功率模块。
18、作为本发明的进一步改进，所述安全监控模块包括若干组传感器和监控设备，用于收集并分析爆破作业现场的环境数据；
19、所述传感器包括振动传感器、气体传感器、温度传感器、压力传感器；所述传感器设置于爆破孔周围、爆破作业安全警戒线附近、爆破作业人员聚集区位置中的一处或者多处。
20、为实现上述发明目的，本发明还提供了一种用于采矿爆破的能量回收方法，采用上述用于采矿爆破的能量回收装置进行能量回收，包括如下步骤：
21、s1，利用能量回收模块负责捕获和存储爆破过程中产生的能量；利用智能控制模块，负责监控和管理整个能量回收过程；
22、s2，利用安全监控模块，实时监测爆破作业的安全状况，利用传感器和监控设备，收集并分析作业现场的数据；利用功率开关器件模块，在能量回馈系统中，整流和逆变；
23、s3，利用热交换模块，捕获炸药爆炸过程中产生的热能，并将其转化为可再利用的能源，由此实现爆破能量的回收。
24、作为本发明的进一步改进，步骤s1中智能控制模块的控制策略为：
25、s11，能量回收模块的控制策略：所述智能控制模块实时监测爆破过程冲击波能量的大小、持续时间参数，动态调整所述能量回收模块的捕获效率和存储容量；采用最大功率点跟踪算法程序优化能量捕获过程；根据负载需求调整能量输出功率，实现负载匹配，并采用能量管理策略合理分配存储的能量；
26、s12，热交换模块的控制策略：采用pid控制算法程序调节所述热交换模块中热交换介质的流量，将出口温度控制在设定范围内；根据环境温度、爆炸能量因素自适应调整pid参数；同时设置过温保护和压力保护机制；
27、s13，功率开关器件模块的控制策略：采用相位控制程序和脉宽调制程序调节整流电路的导通角和开关管的占空比，实现对输出电压的控制；采用正弦脉宽调制程序生成正弦波输出电压；设置过流保护、过压保护和过温保护机制；
28、s14，系统集成与优化：将能量回收模块、热交换模块和安全监控模块采集的数据进行融合，综合分析系统运行状态；所述智能控制模块根据融合后的数据协调控制各模块的工作参数，实现能量的高效回收、转换和输出；采用遗传算法、粒子群算法优化算法对控制参数进行优化，提高系统整体性能。
29、本发明的有益效果是：
30、1、本发明提供的用于采矿爆破的能量回收装置，通过综合运用能量回收(能量捕获、转换和存储)技术、智能控制技术、安全监控技术以及其他可选技术，实现了对爆破过程中产生的能量的高效回收和再利用，降低了能源消耗和生产成本，提高了矿山作业的整体效率和安全性。通过合理的集成设计和参数优化，可以实现爆破能量的高效回收利用，降低采矿成本，提高经济效益，同时减少对环境的影响。本发明构建出了一个集能量捕获、存储、控制、监控于一体的综合性系统装置，旨在提高采矿爆破过程中的能量利用效率，减少能源消耗，并降低对环境的影响。
31、2、本发明提供的用于采矿爆破的能量回收装置，针对现有露天煤矿爆破能量回收系统装置存在的技术问题，取得了显著的技术进步。首先，本发明通过引入智能控制模块，能够实时监测并捕获冲击波能量，实现能量的高效回收和转换，从而显著提高了能源利用率，降低了能源消耗，有效克服了现有技术中露天煤矿爆破后的能量往往被浪费，未能得到有效回收和利用，不仅造成了能源的巨大浪费，同时也对环境造成了一定程度的负面影响的技术缺陷。其次，在热交换模块的控制方面，采用先进的pid控制算法，并引入自适应调整机制，能够根据环境温度、爆炸能量等因素自动调整控制参数，提高了热交换模块的控制精度和效率，保证了出口温度的稳定性，进一步提升了系统的整体性能，有效克服了现有技术存在的控制精度低、效率不高的技术问题。再者，本发明采用相位控制技术和pwm控制技术，实现了对输出电压和电流的精确控制，提高了输出波形质量，同时也增强了系统的安全性和可靠性。此外，本发明还设置了多重保护机制，有效防止了设备损坏和安全事故的发生，有效克服了功率开关器件模块在现有技术中通常只具有基本的整流和逆变功能，缺乏对输出电压和电流的精确控制的技术缺陷。最后，本发明通过系统集成与优化，实现了各模块之间的协同工作，提高了系统的整体性能。同时，采用遗传算法、粒子群算法等优化算法对控制参数进行优化，进一步提升了系统的控制精度和效率。将上述技术设置融合为一个整体方案，不仅提高了露天煤矿爆破能量回收系统的运行效率，也为矿山开采行业的可持续发展提供了有力支持。
32、3、本发明提供的用于采矿爆破的能量回收装置，在热交换介质的设计中，选择循环流动而不是单向流动具有如下优势：其一，连续热能传输和更高效率：循环流动能够确保热交换介质在管道内部不断循环，从而持续地吸收爆破产生的热能，并持续地将其输送至热能转换装置。这种方式能够有效避免单向流动中的热能传输中断问题，确保系统的稳定性和效率；其二，热能利用的均衡性：通过循环流动，热交换介质可以均匀地吸收爆破过程中的热能，并且在传输到热能转换装置后可以冷却再循环使用。这种方式能够平衡系统中不同时间段的热量需求，避免单向流动过程中出现热能利用不充分或局部过热的问题；其三，系统的可控性与安全性：循环流动设计使得系统的温度控制更加灵活和稳定。通过调节循环流速和流量，可以更好地控制系统的整体温度，避免由于局部过热而可能引发的安全隐患；其四，热能回收的完整性：循环流动方式可以确保管道中的热交换介质在通过爆破孔后，依然能够回收并继续吸收剩余的热能。这对于实现高效的能量回收和系统的长时间运行具有重要作用。由此，循环流动能够提供更高的效率、稳定性和安全性。
1.一种用于采矿爆破的能量回收装置，其特征在于：包括能量回收模块、智能控制模块、安全监控模块、热交换模块，以及功率开关器件模块；
2.根据权利要求1所述的一种用于采矿爆破的能量回收装置，其特征在于：所述用于采矿爆破的能量回收装置还包括能量利用模块，分别与所述能量回收模块、热交换模块连接，用于将回收的电能和热能进行再次利用。
3.根据权利要求1所述的一种用于采矿爆破的能量回收装置，其特征在于：所述用于采矿爆破的能量回收装置还包括数据处理与分析模块，分别与所述能量回收模块、热交换模块和安全监控模块电连接，用于收集、处理和分析来自所述能量回收模块、热交换模块和安全监控模块的工作数据，以评估用于采矿爆破的能量回收装置的性能和经济效益。
4.根据权利要求1所述的一种用于采矿爆破的能量回收装置，其特征在于：所述智能控制模块将所述能量回收模块、热交换模块和安全监控模块采集的传感数据进行融合，并根据融合后的多源传感数据对所述能量回收模块、热交换模块、功率开关器件模块进行协调控制和集成优化，具体控制策略如下：
5.根据权利要求1所述的一种用于采矿爆破的能量回收装置，其特征在于：所述能量回收模块包括能量捕获装置和能量存储装置；所述能量存储装置包括但不限于为超级电容器、飞轮储能系统中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种用于采矿爆破的能量回收装置，其特征在于：所述热交换模块包括热能转换装置、管道以及热交换介质；所述热交换模块通过耐高温高压的管道与爆破孔连接；所述管道内设置有热交换介质；所述热交换介质为水、油或其他高温流体；
7.根据权利要求1所述的一种用于采矿爆破的能量回收装置，其特征在于：所述功率开关器件模块采用ipm智能功率模块。
8.根据权利要求1所述的一种用于采矿爆破的能量回收装置，其特征在于：所述安全监控模块包括若干组传感器和监控设备，用于收集并分析爆破作业现场的环境数据；
9.一种用于采矿爆破的能量回收方法，其特征在于：采用权利要求1至8中任一项权利要求所述的用于采矿爆破的能量回收装置进行能量回收，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种用于采矿爆破的能量回收方法，其特征在于：步骤s1中智能控制模块的控制策略为：
