一种废弃老采空区储碳空间的开发方法技术

本发明专利技术公开了一种废弃老采空区储碳空间的开发方法，该方法是在判断废弃采空空间碳封存可行的基础上，通过定向钻孔向废弃采空空间四周和顶板离层区域进行精准注浆，并向充填浆体内注入超临界二氧化碳，待废弃采空空间形成初始密闭效果后，向废弃采空空间内部注入超临界二氧化碳。本发明专利技术实现了废弃采空空间的最大程度利用，实现了空间密闭、二氧化碳化学封存和二氧化碳物理封存的同步进行，封存技术可行性更高，具有广泛的市场前景和实际利用价值，为二氧化碳封存提供了一种新的封存方案。为二氧化碳封存提供了一种新的封存方案。为二氧化碳封存提供了一种新的封存方案。

【技术实现步骤摘要】
一种废弃老采空区储碳空间的开发方法


[0001]本专利技术涉及减排降碳、废弃空间再利用
，具体涉及一种废弃老采空区储碳空间的开发方法。

技术介绍

[0002]碳捕集、利用与封存技术作为一种大规模的温室气体减排技术快速发展。我国煤炭开采历史悠久，大量煤炭资源采出后形成的废弃采空区成为了天然的碳排放空间。但是，工作面回采过程中覆岩垮落、破断，覆岩层受采动影响产生了各种孔洞裂隙，废弃采空区并非完整密闭空间。作为碳封存的载体必须要对废弃采空区进行密实充填处理。
[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，但是其没有考虑气体从覆岩裂隙中流出；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，但是其没有考虑二氧化碳气体的流窜。
[0004]综上所述，亟需寻找到一种既能防止二氧化碳气体从覆岩裂隙中流出又能解决二氧化碳气体流窜的方法，保证封存技术更高的可行性。

技术实现思路

[0005]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对废弃老采空区再利用的二氧化碳同步封存方法，该方法是通过对废弃采空空间注浆封堵的同时注入超临界二氧化碳，之后向密闭的采空空间内注入超临界二氧化碳，实现了空间密闭、二氧化碳化学封存和二氧化碳物理封存的同步进行，继而实现对废弃采空空间的最大程度利用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种废弃老采空区储碳空间的开发方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：判断废弃采空区碳封存的可行性；
[0009]步骤2：从地面向废弃采空区四周、采空区中间位置以及顶板离层区域布置定向钻孔；
[0010]步骤3：对废弃采空区四周和顶板离层区域进行充填浆料充填；
[0011]步骤4：充填完毕后，向废弃采空区四周和顶板离层区域注入超临界二氧化碳，使充填浆料和二氧化碳充分反应；
[0012]步骤5：待废弃采空区四周形成初始密闭效果后，向废弃采空区内部注入超临界二氧化碳，待废弃采空区充满二氧化碳后，停止封存。
[0013]作为优选，在所述步骤2中，采用套管钻进技术布置定向钻孔。
[0014]作为优选，在所述步骤2中，钻孔直径为180mm。
[0015]作为优选，在所述步骤3中，充填浆料为水、水泥、碱渣、砂子、外加剂按照比例混合
而成。超临界二氧化碳注入后可与充填浆料充分反应，吸收大量二氧化碳，实现化学封存的目的。
[0016]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。
[0017]作为优选，在所述步骤5中，待二氧化碳气体量达到采空空间体积的100～120倍时，停止注入，封堵钻孔。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0019](1)本专利技术能够防止二氧化碳气体从覆岩裂隙中流出，同时又能解决二氧化碳气体流窜的问题；
[0020](2)本专利技术能够实现对废弃采空空间最大限度的利用，达到废旧老采空区二氧化碳化学封存和物理封存的同步进行，封存技术可行性更高，具有广泛的市场前景和实际利用价值，为二氧化碳封存提供了一种新的封存方案。
附图说明
[0021]图1为废弃老采空区钻孔位置示意图；
[0022]图2为废弃老采空区空间再利用的二氧化碳同步封存示意图；
[0023]图3为废弃老采空区钻孔位置俯视图；
[0024]图4为废弃老采空区四周注浆加固俯视图；
[0025]图5为废弃老采空区内部二氧化碳封存俯视图；
[0026]图中：1、充填泵送站；2、超临界二氧化碳泵送站；3、连接管路；4、一号阀门；5、二号阀门；6、三号阀门；7、采空区钻孔一；8、采空区钻孔二；9、离层区钻孔；10、离层区充填体；11、煤柱；12、采空区四周充填体；13、废弃采空空间；14、二氧化碳。
具体实施方式
[0027]以下实施例旨在对本专利技术作示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。
[0028]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，现结合附图对一种废弃老采空区储碳空间的开发方法作进一步详细的说明。
[0029]实施例
[0030]如图1
‑
5所示，一种废弃老采空区储碳空间的开发方法，包括以下步骤：
[0031](1)利用地球物理勘探技术对废弃采空空间13及其上覆岩层稳定性进行勘测，分析废弃采空空间围岩变形破坏情况及顶板离层区发育位置，通过围岩平衡法、传统“三带”判别法和比值判别法方法判定空区围岩稳定性，分析注浆加固后围岩的密闭性和充填体的承载性能，判断废弃采空空间13碳封存的可行性；
[0032](2)从地面向废弃采空空间13的四周和中间位置分别布置采空区钻孔一7和采空区钻孔二8，向顶板离层区域布置离层区钻孔9；采空区钻孔一7、采空区钻孔二8、离层区钻孔9的直径为180mm；
[0033](3)关闭二号阀门5、三号阀门6、打开一号阀门4；将充填泵送站1搅拌好的充填浆料沿着连接管路3泵送到废弃采空空间13四周和离层区，形成采空区四周充填体12和离层
区充填体10；所述充填浆料由水、水泥、碱渣、砂子、外加剂按比例组合而成；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。
[0034](4)充填完毕后，关闭一号阀门4，打开二号阀门5，将超临界二氧化碳泵送站2中的超临界二氧化碳沿着连接管路3输送到采空区四周充填体12和离层区充填体10中，使充填浆料和二氧化碳充分反应；
[0035](5)待采空区四周形成初始密闭效果后，关闭二号阀门5，打开三号阀门6，向废弃采空空间13内部注入超临界二氧化碳，待废弃采空空间13充满二氧化碳后(此时二氧化碳气体量达到废弃采空空间体积的100～120倍)，停止封存。
[0036]以上所述为本专利技术的优选实施方式，应当指出，在不脱离本专利技术所述技术实质与原理的前提下对上述实施方法作出的任何改进与修润，均属于本专利技术技术方案的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废弃老采空区储碳空间的开发方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：判断废弃采空区碳封存的可行性；步骤2：从地面向废弃采空区四周、采空区中间位置以及顶板离层区域布置定向钻孔；步骤3：对废弃采空区四周和顶板离层区域进行充填浆料充填；步骤4：充填完毕后，向废弃采空区四周和顶板离层区域注入超临界二氧化碳，使充填浆料和二氧化碳充分反应；步骤5：待废弃采空区四周形成初始密闭效果后，向废弃采空区内部注入超临界二氧化碳，待废弃采空区充满二氧化碳后，停止封存。2.根据权利要求1所述的一种废弃老采空区储碳空间的开发方法，其特征在于，在所述步骤2中，采用套管钻进技术布置定向钻孔。3.根据权利要求1所述的一种废弃老采空区储碳空间的开发方法，其特征在于，在所述步...

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