一种基于短壁连采连充的二氧化碳封存开采工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种基于短壁连采连充的二氧化碳封存开采工艺，该方法通过对连采连充工作面进行区域划分，布置连采连充工作面，沿着运输上山和运输顺槽布置运煤系统，沿着回风上山和回风顺槽布置注浆系统和超临界二氧化碳封存系统；按照顺序依次对连采连充工作面支巷进行回采、充填、超临界二氧化碳封存和密封，达到停采线时完成短壁连采连充的二氧化碳同步封存开采工艺。本发明专利技术实现了短壁连采连充工作面充填加固和二氧化碳封存的同步进行，利用化学吸附和物理封存同时封存二氧化碳，充分利用了短壁连采连充工作面采后空间，同时提高了二氧化碳的封存效率。氧化碳的封存效率。氧化碳的封存效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于短壁连采连充的二氧化碳封存开采工艺


[0001]本专利技术涉及减排降碳、煤炭开采
，具体涉及一种基于短壁连采连充的二氧化碳封存开采工艺。

技术介绍

[0002]全球变暖问题日益严峻，CO2捕集与封存技术(Carbon Capture and Storage，CCS)是能够大规模封存CO2的单项技术，越来越受到各国重视。同时，为解决“三下”压煤问题和开采损害问题，煤炭开采中对某些工作面采用短壁连采连充的开采方式，极大的减少了地表变形和环境破坏。工作面开采后的采空区成为二氧化碳封存的天然空间。因此，有必要提出一种短壁连采连充与二氧化碳封存结合的开采工艺，尽可能的将采空空间利用最大化。
[0003]专利文献(公开号CN107780965A)提供了一种新废弃矿井存放废弃混凝土及封存二氧化碳的方法，该方法是将废弃混凝土填充到采空区，之后进行二氧化碳封存，有效实现了碳封存；专利文献(公开号CN11321700A)提供了一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法，该方法是将二氧化碳转化为固态或者液态直接注入废旧老采空区，有效地对二氧化碳进行捕集和封存。然而，上述两种方法均不能实现在短壁连采连充工作面开采中同步进行二氧化碳封存，并且现有针对短壁连采连充工作面开采中对二氧化碳进行封存的技术较为稀缺，因此，亟需寻找一种针对短壁连采连充开采过程中实现二氧化碳同步封存的工艺。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于短壁连采连充的二氧化碳封存开采工艺，该方法对工作面划分采充区域，随短壁工作面支巷回采完毕后，搭建充填支架，在充填支架四周构筑充填墙，同时向充填支架内部注入超临界二氧化碳，待充填支架充满二氧化碳后，封孔密封。该方法实现了短壁连采连充工作面中充填加固和二氧化碳封存的同步进行，利用化学吸附和物理封存同时封存二氧化碳，对采空空间实现最大化利用的同时提高了二氧化碳的封存效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于短壁连采连充的二氧化碳封存开采工艺，包括以下步骤：
[0007]步骤1：布置短壁连采连充工作面：沿着煤层倾向方向开挖两条上山巷道，分别作为回风上山和运输上山，沿着煤层走向方向开挖两条顺槽，分别作为回风顺槽和运输顺槽，其中，回风上山和回风顺槽相连，运输上山和运输顺槽相连，在回风顺槽和运输顺槽的尾端开挖开切眼，开切眼的上、下两端与回风顺槽、运输顺槽保持相通；
[0008]步骤2：在短壁连采连充工作面平行于开切眼方向平均划分多个支巷，从右到左依次编号为第一支巷、第二支巷、第三支巷
……
第N支巷；
[0009]步骤3：在运输上山和运输顺槽内布置运煤系统，在回风上山和回风顺槽内布置注浆系统和超临界二氧化碳封存系统；
[0010]步骤4：第一轮采煤：依次开采第一支巷、第五支巷、第九支巷、第十三支巷、
……
；
[0011]步骤5：第一轮充填：待第一轮开采支巷顶板稳定后，依次在第一支巷、第五支巷、第九支巷、第十三支巷、
……
内构筑充填支架，向充填支架四周注入充填浆料，形成充填墙，向充填支架内部注入超临界二氧化碳，待充填支架内部充满二氧化碳气体后，封孔密封；
[0012]步骤6：第二轮采煤：依次开采遗留支巷第三支巷、第七支巷、第十一支巷、
……
；
[0013]步骤7：第二轮充填：待第二轮开采支巷顶板稳定后，重复步骤5的操作过程，依次对第三支巷、第七支巷、第十一支巷、
……
进行浆料充填和二氧化碳封存；
[0014]步骤8：第三轮采煤：依次开采遗留支巷第二支巷、第四支巷、第六支巷、第八支巷、第十支巷、第十二支巷、
……
；
[0015]步骤9：第三轮充填：待第三轮开采支巷顶板稳定后，重复步骤5的操作过程，依次对第二支巷、第四支巷、第六支巷、第八支巷、第十支巷、第十二支巷、
……
进行浆料充填和二氧化碳封存；
[0016]步骤10：当开采达到停采线时，回收设备，完成短壁连采连充的二氧化碳同步封存开采工艺。
[0017]作为优选，在所述步骤1中，回风顺槽和运输顺槽的长度均为320～480m。
[0018]作为优选，在所述步骤2中，支巷的长度为70～110m，宽度为5m。
[0019]作为优选，在所述步骤3中，注浆系统中使用的充填浆料由水、水泥、碱渣、砂子、外加剂按比例组合而成。
[0020]作为优选，所述碱渣和砂子的质量比例为5:2～5:4，水泥按照三种固体原料质量的10～20％添加，外加剂主要为CaO和CaSO4按照质量比例1:1配制而成的复合激发剂，外加剂占到固体原料总质量的1％～1.5％，加水制成质量浓度为74％～80％的浆料。
[0021]作为优选，在所述步骤5中，二氧化碳气体的注入压力为1MPa～1.5MPa，注入体积为充填支架体积的10～20倍。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0023]本专利技术通过对连采连充工作面进行区域划分，布置短壁连采连充工作面，沿着运输上山和运输顺槽布置运煤系统，沿着回风上山和回风顺槽布置注浆系统和超临界二氧化碳封存系统；按照顺序依次对连采连充工作面支巷进行回采、充填、超临界二氧化碳封存和密封，达到停采线时完成短壁连采连充的二氧化碳同步封存开采工艺。该方法实现了短壁连采连充和二氧化碳封存的同步进行，利用化学吸附和物理封存同时封存二氧化碳，充分利用了短壁连采连充工作面采后空间，同时提高了二氧化碳的封存效率，为二氧化碳封存提供了一种新的方案，具有极高的市场前景和实际利用价值。
附图说明
[0024]图1是短壁连采连充第1支巷充填、封存示意图；
[0025]图2是短壁连采连充第5支巷充填、封存示意图；
[0026]图3是短壁连采连充第9支巷充填、封存示意图；
[0027]图4是支巷充填支架结构示意图；
[0028]图5是短壁连采连充支巷开采、充填和封存的顺序图；
[0029]图中，1、回风上山；2、运输上山；3、运输顺槽；4、开切眼；5、回风顺槽；6、边界保护
煤柱；7、充填支架；8、充填墙；9、超临界二氧化碳运输管；10、浆料运输管；11、超临界二氧化碳注入孔；12、超临界二氧化碳运输管阀门；13、超临界二氧化碳运输管流量计；14、注浆孔；15、注浆管阀门；16、注浆管流量计。
具体实施方式
[0030]以下实施例旨在对本专利技术作适应性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。
[0031]为了对本专利技术的技术目标、特征和效果有更清楚的理解，现结合附图对一种基于短壁连采连充的二氧化碳封存开采工艺作进一步详细的说明。
[0032]实施例
[0033]步骤1：根据地面保护建筑等级和工作面顶板压力划分短壁连采连充工作面采充宽度，计算各支巷所需支护强度；根据支巷宽度和开采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于短壁连采连充的二氧化碳封存开采工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：布置短壁连采连充工作面：沿着煤层倾向方向开挖两条上山巷道，分别作为回风上山和运输上山，沿着煤层走向方向开挖两条顺槽，分别作为回风顺槽和运输顺槽，其中，回风上山和回风顺槽相连，运输上山和运输顺槽相连，在回风顺槽和运输顺槽的尾端开挖开切眼，开切眼的上、下两端与回风顺槽、运输顺槽保持相通；步骤2：在短壁连采连充工作面平行于开切眼方向平均划分多个支巷，从右到左依次编号为第一支巷、第二支巷、第三支巷
……
第N支巷；步骤3：在运输上山和运输顺槽内布置运煤系统，在回风上山和回风顺槽内布置注浆系统和超临界二氧化碳封存系统；步骤4：第一轮采煤：依次开采第一支巷、第五支巷、第九支巷、第十三支巷、
……
；步骤5：第一轮充填：待第一轮开采支巷顶板稳定后，依次在第一支巷、第五支巷、第九支巷、第十三支巷、
……
内构筑充填支架，向充填支架四周注入充填浆料，形成充填墙，向充填支架内部注入超临界二氧化碳，待充填支架内部充满二氧化碳气体后，封孔密封；步骤6：第二轮采煤：依次开采遗留支巷第三支巷、第七支巷、第十一支巷、
……
；步骤7：第二轮充填：待第二轮开采支巷顶板稳定后，重复步骤5的操作过程，依次对第三支巷、第七支巷、第十一支巷、
……
进行浆料充填和二氧化碳封存；步骤8：第三轮采煤：依次开采遗留支巷第二支巷、第四支巷、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：马俊彪，韩艳娜，冯国瑞，白锦文，曹光明，吴国威，米嘉晨，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：