矿井CO2封存与瓦斯水力化协同治理方法技术

一种矿井煤层CO2封存和瓦斯水力化协同治理方法，按照以下步骤进行：射孔

【技术实现步骤摘要】
矿井CO2封存与瓦斯水力化协同治理方法


[0001]本专利技术涉及一种煤层CO2固化封存和瓦斯治理的技术，具体的说是一种矿井CO2封存与瓦斯水力化协同治理方法。

技术介绍

[0002]水力化技术措施是一项“一工多效”的矿山灾害治理技术，通过向预先注入足量二氧化碳的煤层孔隙中通入矿井热碱水，利用生成的沉淀颗粒实现部分大孔隙封堵。利用封堵的大孔隙提高煤层内注水压力，增加煤体透性，提高煤层瓦斯抽采效果，回收高浓度瓦斯，减少排入大气中的矿井空气内的瓦斯含量。通过未封堵的小孔隙实现缓慢润湿煤体，降低排入大气中的矿井空气内的含尘量，构建矿产绿色资源利用与环境保护技术体系。
[0003]目前，专家、学者们对于煤与煤层气的开发利用、矿井粉尘的防治、大气二氧化碳的封存均进行了研究，但很少有研究矿山资源的整合及合理利用进而构建矿山资源治理与利用新体系，以及在矿山资源治理与利用体系中发挥矿山治理封存二氧化碳的环保效能，将矿山由污染源转变为大气环境治理的核心站。因此急需一项可实现二氧化碳的地下封存，矿产绿色资源利用与环境保护的技术体系。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
中提出的现有技术的缺陷，本专利技术在克服技术背景问题情况下，提供一种矿井CO2封存与瓦斯水力化协同治理方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种矿井煤层CO2封存和瓦斯水力化协同治理方法，按照以下步骤进行：S1、射孔：高压水射流对煤体冲孔卸压煤体；S2、预注：向卸压煤体中预注CO2，赋存在煤体中；S3、堵孔：注热碱水，固化CO2，沉淀颗粒暂堵部分孔隙；S4、压裂：提高水压，使暂堵位置应力集中，裂隙范围不断扩展；S5、注水：注入低压力水驱替瓦斯，整个润湿区域随裂隙扩展而增大。
[0006]步骤S1中高压水的压力为大于8
‑
10倍的煤的硬度。
[0007]步骤S2中，在7.38MPa、31.2℃条件下注入超临界CO2；煤体中注入的CO2气体为大气中补集的CO2气体。
[0008]步骤S3中，注入热碱水的压力为5
‑
10MPa。
[0009]步骤S4中，压裂过程中，水压大于30MPa。
[0010]步骤S5中，所注入的低压力水的压力范围是2
‑
5MPa。
[0011]步骤S3中实现CO2封存的装置包括与煤体孔连接的胶囊式封孔器，以及插入煤体的射孔
‑
切割一体化喷头；所述喷头包括喷嘴和连接头；连接头内部设置有封堵壳体，封堵壳体内滑动设置上封板和下封板，上封板与下
封板之间的两侧通过连接件连接，二者之间设有通道；上封板顶部与封堵壳体上壁之间设置弹簧；封堵壳体外侧壁上设置有上出水口、入水口和喷水口，上出水口上圆周分布多个喷水支路；入水口与入水短节连接。
[0012]所述喷水口安装在封堵壳体内壁上，其端口置于喷嘴中。
[0013]所述入水口的水平位置高于所述喷水口的水平位置；所述上封板的端面大于上出水口的端面；所述下封板的端面大于喷水口的端面。
[0014]实现高压水射流、热碱水注入和低压力水驱替的射流系统，包括做为射流管道驱动动力源的液压马达、完成输水的柱塞泵、用于输水的管道，用于封孔的胶囊式封孔器、喷嘴、以及完成加压的液压泵站；柱塞泵与水箱连接；柱塞泵将水箱中的水与液压泵站联合作用，液压马达带动射流管道旋转、前进、后退，柱塞泵将液体通过管道和喷嘴高压射入煤体，液压泵站加压后，高压水射流对煤体冲孔卸压煤体。
[0015]步骤S1中所应用的高压水为矿井废水处理重复利用；废水由螺旋排水管道送到蓄煤泥水池，在煤泥水过滤装置处理后排到水箱待用。
[0016]本专利技术的技术效果是：1.矿井废水处理重复利用；2.通过向预先注入足量二氧化碳的煤层孔隙中通入矿井热碱水，利用生成的沉淀颗粒实现部分大孔隙封堵；3.利用封堵的大孔隙提高煤层内注水压力，增加煤体透性，提高煤层瓦斯抽采效果，回收高浓度瓦斯，减少排入大气中的矿井空气内的瓦斯含量；4.通过未封堵的小孔隙实现缓慢润湿煤体，降低排入大气中的矿井空气内的含尘量，构建矿产绿色资源利用与环境保护技术体系。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的流程框图。
[0018]图2为本专利技术的使用状态示意图。
[0019]图3为喷头结构示意图。
[0020]图4为上封板与下封板结构示意图。
[0021]图5为初始状态封板位置示意图。
[0022]图6为喷水支路结构示意图。
[0023]图1箭头方向为工艺流程动态方向；图3和图5中箭头方向为水流方向。
[0024]图中：水箱1，煤泥水过滤装置2，蓄煤泥水池3，液压泵站4，柱塞泵5，液压马达6，管道7，胶囊式封孔器8，喷头9,喷嘴9
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1, 喷水口9
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2. 封堵壳体9
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3, 下封板9
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4, 入水短节9
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5, 入水口9
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6, 上出水口9
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7, 喷水支路9
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8, 上封板9
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9, 连接头9
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10, 弹簧9
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11。
具体实施方式
[0025]下面结合附图及实施例详述本专利技术。
[0026]见附图1
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2，本专利技术所公开的技术方案是对矿井CO2封存利用与瓦斯水力化协同治
理的方法，并进一步公开了该方法应用过程中所采用的设备。
[0027]这种矿井CO2封存与瓦斯水力化协同治理方法，按照以下步骤进行：S1射孔：高压水射流对煤体冲孔卸压煤体。
[0028]高压水为矿井废水处理重复利用。废水由射流管道前端的螺旋钻杆的外部螺旋实现排水，废水排出后引流到蓄煤泥水池，在煤泥水过滤装置处理后排到水箱待用。其中，高压水的压力大于10f,f为煤的硬度。
[0029]S2预注：向卸压煤体中预注CO2，赋存在煤体中。
[0030]作为优选，步骤S2预注部分，向卸压煤体中预注超临界CO2。超临界CO2其优点在于黏性低、适合注入，煤体中注入的CO2气体为大气中补集的CO2气体。。预注选用超临界CO2的目的是提高CO2的注入速度，确保注入口周围为超临界状态即可。
[0031]S3堵孔：注热碱水，固化CO2，沉淀颗粒暂堵部分孔隙。
[0032]在7.38Mpa、31.2℃条件下，超临界CO2与热碱水反应生成沉淀颗粒，即CO2固化颗粒，作用是暂时封堵煤体孔裂隙，减少裂隙尖端水体滤失，防止水压卸压，保证小孔润湿效果，实现裂隙尖端憋压，憋压过程可实现局部应力集中，进而促进裂隙扩展。
[0033]若CO2失去超临界状态，作业的目标时间会相应增加。随着超临界CO2运移远离注入口，距离增加，气体运移通道增多，压力下降，失去超临界状态。但是与注入口区域相比，更远位置CO2的运移通道变的更多了。因此，只要解决注入口的流道拥堵，确保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿井煤层CO2封存和瓦斯水力化协同治理方法，其特征在于，按照以下步骤进行：S1、射孔：高压水射流对煤体冲孔卸压煤体；S2、预注：向卸压煤体中预注超临界CO2，赋存在煤体中；S3、堵孔：注热碱水，固化CO2，沉淀颗粒暂堵部分孔隙；S4、压裂：提高水压，使暂堵位置应力集中，裂隙范围不断扩展；S5、注水：注入低压力水驱替瓦斯，整个润湿区域随裂隙扩展而增大。2.根据权利要求1所述的矿井煤层CO2封存和瓦斯水力化协同治理方法，其特征在于，步骤S1中高压水的压力为大于8
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10倍的煤的硬度。3.根据权利要求1所述的矿井煤层CO2封存和瓦斯水力化协同治理方法，其特征在于，步骤S2中，在7.38MPa、31.2℃条件下注入超临界CO2；煤体中注入的CO2气体为大气中补集的CO2气体。4.根据权利要求1所述的矿井煤层CO2封存和瓦斯水力化协同治理方法，其特征在于，步骤S3中，注入热碱水的压力为5
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10MPa。5.根据权利要求1所述的矿井煤层CO2封存和瓦斯水力化协同治理方法，其特征在于，步骤S4中，压裂过程中，水压大于30MPa。6.根据权利要求1所述的矿井煤层CO2封存和瓦斯水力化协同治理方法，其特征在于，步骤S5中，所注入的低压力水的压力范围是2
‑
5MPa。7.根据权利要求1所述的矿井煤层CO2封存和瓦斯水力化协同治...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，李学晗，蔡国豪，赵敬鸿，李英欣，陈日圆，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：