CN115977724A - 煤基固废浆体充填协同矿化封存co2的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，利用浆体充填技术处理矿区煤基固废的同时，在采空区覆岩裂隙发育区构筑采空区封闭圈，利用泵压将CO2沿着同一浆体输送管道充入矿井采空区，与煤基固废发生矿化反应，从而实现规模化处理煤基固废协同封存CO2的目标，本发明能够规模化处理矿区煤基固废，又能矿化封存CO2，同时能够保护矿区生态环境，节约矿区水资源，具有良好的应用前景与推广价值。
Description
技术领域
本发明属于煤矿浆体充填技术领域，涉及煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法。
背景技术
煤基固废的大量排放不仅压占大量土地资源，还会加剧水土流失、土地沙漠化、地下水污染及大气污染等生态问题，浆体充填是无害化、资源化、规模化处置利用煤基固废的有效途径；
随着全球气候变暖对地球生命系统造成的严重威胁，严格控制CO2排放量以最大限度降低温室气体输出，成为世界各国的共识性选择。CO2排放是煤炭工业可持续发展面临的最大制约，探索大规模、低成本CO2封存技术是煤炭资源低碳化利用必须面对及破解的难题。
发明内容
本发明的目的是提供煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，解决了现有煤矿浆体充填中CO2封存技术存在的规模小、成本高的问题。
本发明所采用的技术方案是，煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，具体为利用浆体充填技术处理矿区煤基固废的同时，在采空区覆岩裂隙发育区构筑采空区封闭圈，利用泵压将CO2沿着同一浆体输送管道充入矿井采空区，与煤基固废发生矿化反应，完成规模化处理煤基固废协同封存CO2。
本发明的特点还在于：
其中煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法具体按以下步骤实施：
步骤1，构筑采空区封闭圈；
步骤2，将煤基固废充填材料充入采空区；
步骤3，浆体充填工艺结束后，将CO2气体充入同一浆体充填管道，将管道内残余浆料推入采空区，实现充填洗管及CO2矿化封存；
步骤4，重复步骤1、2、3，依次对矿井原有采空区及后续工作面采空区进行注浆充填；
其中步骤1具体为：通过地面施工定向注浆钻孔，钻至覆岩裂隙发育区域，利用以煤基固废为主的浆体材料进行注浆填充覆岩裂隙；煤基固废主要包括煤矸石、粉煤灰、气化渣、脱硫石膏、炉底渣等富含碱性元素及氧化物的材料。
其中步骤1中覆岩裂隙发育区域通过采用理论分析、数值模拟及钻孔电视探测方法获得，理论分析所需的矿井资料主要包括煤层厚度、埋深、倾角、顶底板岩性、采煤方法、工作制度、工作面接续计划、采掘工程平面图等；
其中步骤1中定向注浆钻孔孔径为100～200mm，间距根据采空区尺寸间隔均匀分布，优选的间距为50～200m；
其中步骤2具体为：地面重新实施充填钻孔构建充填通道，钻孔成型后通入充填管道直达采空区，运行地面充填设备，将煤基固废充填材料利用自重及泵压充入采空区；充填设备主要包括破碎机、胶带输送机、粉料缓存仓、搅拌机、工业充填泵；
其中步骤2中充填钻孔孔径为200～450mm，充填管道外径为180～430mm；
其中步骤3具体为：浆体充填工艺结束后，在充填设备检修时间，切换管路阀门，开启CO2泵送设备，利用压力将CO2气体充入同一浆体充填管道，将管道内残余浆料推入采空区，同时CO2在采空区与煤基固废浆体发生矿化反应，实现充填洗管及CO2矿化封存，CO2泵送设备包括CO2储罐罐体、阀门及压缩机；CO2注入采空区与煤基固废充填共用同一套管路。
本发明的有益效果是
1.本发明通过煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2，既能规模化处理矿区煤基固废，又能矿化封存CO2，保护矿区生态环境，符合煤炭工业绿色发展理念；
2.传统的浆体充填技术在充填作业技术后，需要使用清水清洗充填管道，清洗一次管路需水量至少30～50m3，本发明利用泵压将CO2通过同一充填管道注入采空区，能够将管道剩余浆体及时清理干净，节约矿区水资源；
3.在充填设备检修时间将CO2通过同一充填管道注入采空区，相比于传统充填工艺，能够节省充填作业时间，同时利用同一充填管道能够节省钻孔的钻进支护费用。
附图说明
图1为本发明煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法的具体实施示意图。
图中：1.煤基固废，2.铲车，3.破碎机，4.上料皮带，5.粉料缓存仓，6.输料管，7.水池，8.输水管，9.搅拌池，10.工业充填泵，11.CO2储罐，12.储罐阀门，13.压缩机，14.三通阀，15.注浆钻孔，16.注浆管道，17.充填钻孔，18.充填管道，19.采空区封闭圈，20.采空区，21.煤层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，某矿井井田东西长11.7km，南北宽5.1km，面积51.149km2，设计生产能力为10.0Mt/a，主采煤层为6号煤，平均厚度18.34m，倾角在0～5°，煤层顶板岩性为泥岩，砂质泥岩及粗砂岩，底板岩性主要为泥岩；矿井采用放顶煤采煤工艺，工作制度为“三八制”，斜井开拓，项目初期共布置三条斜井，分别为主斜井、副斜井和回风斜井，三条井筒均位于工业场地内；矿井年产矸石达2.0Mt/年，附近电厂每年排出粉煤灰、气化渣、炉底渣和脱硫石膏约200万吨，CO2来源为外部输送，设计采用本发明煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法处理矿区煤基固废及CO2气体；
具体步骤为：
步骤1，将矿井参数代入垮落带计算公式及数值模拟软件，计算分析得到矿井覆岩裂隙发育程度较高位置，同时施工窥视钻孔验证覆岩裂隙区高度；施工注浆钻孔15和注浆管道16至覆岩裂隙区，施工充填钻孔17和充填管道18至采空区20；
步骤2，利用铲车2将煤基固废1铲入破碎机3进行破碎，破碎后粉料的粒径分布为d95＝3mm，d30＝0.075mm，经上料皮带4运至粉料缓存仓5，经输料管6将粉料输送至搅拌池9，利用输水管8将水池7内的水加入到搅拌池9内，水与粉料的比例为2:8；
步骤3，利用工业充填泵10将搅拌池9内的浆体料浆通过注浆管道16注入裂隙发育区，将裂隙区填充构筑采空区封闭圈19；
步骤4，将浆体料浆通过充填管道18注入采空区20，充填时间为8h，充填结束后，关闭工业充填泵10，此时检修充填设备；同时打开三通阀14和储罐阀门12，将CO2储罐11的CO2利用压缩机13注入充填管道18，注入时间为2h，利用带压CO2气体将充填管道18内剩余的浆体料浆及时充入采空区避免堵管，同时CO2在采空区内和煤基固废浆体材料发生矿化反应，实现CO2矿化封存。
Claims (8)
1.煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，其特征在于，具体为利用浆体充填技术处理矿区煤基固废的同时，在采空区覆岩裂隙发育区构筑采空区封闭圈，利用泵压将CO2沿着同一浆体输送管道充入矿井采空区，与煤基固废发生矿化反应，完成规模化处理煤基固废协同封存CO2。
2.根据权利要求1所述的煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
步骤1，构筑采空区封闭圈；
步骤2，将煤基固废充填材料充入采空区；
步骤3，浆体充填工艺结束后，将CO2气体充入同一浆体充填管道，将管道内残余浆料推入采空区，实现充填洗管及CO2矿化封存；
步骤4，重复步骤1、2、3，依次对矿井原有采空区及后续工作面采空区进行注浆充填。
3.根据权利要求2所述的煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：通过地面施工定向注浆钻孔，钻至覆岩裂隙发育区域，利用以煤基固废为主的浆体材料进行注浆填充覆岩裂隙。
4.根据权利要求3所述的煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，其特征在于，所述步骤1中覆岩裂隙发育区域通过采用理论分析、数值模拟及钻孔电视探测方法获得。
5.根据权利要求3所述的煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，其特征在于，所述步骤1中定向注浆钻孔孔径为100～200mm，间距根据采空区尺寸间隔均匀分布，优选的间距为50～200m。
6.根据权利要求2所述的煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：地面重新实施充填钻孔构建充填通道，钻孔成型后通入充填管道直达采空区，运行地面充填设备，将煤基固废充填材料利用自重及泵压充入采空区。
7.根据权利要求2所述的煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，其特征在于，所述步骤2中充填钻孔孔径为200～450mm，充填管道外径为180～430mm。
8.根据权利要求2所述的煤基固废浆体充填协同矿化封存CO2的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：浆体充填工艺结束后，在充填设备检修时间，切换管路阀门，开启CO2泵送设备，利用压力将CO2气体充入同一浆体充填管道，将管道内残余浆料推入采空区，同时CO2在采空区与煤基固废浆体发生矿化反应，实现充填洗管及CO2矿化封存。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117365634A (zh) * | 2023-11-21 | 2024-01-09 | 中国矿业大学 | 一种煤基固废与电厂烟气协同逐巷充填处置方法 |
| CN117365634B (zh) * | 2023-11-21 | 2024-05-10 | 中国矿业大学 | 一种煤基固废与电厂烟气协同逐巷充填处置方法 |
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2023
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