一种基于CO2矿化的尾矿库强化系统及强化方法

本发明属于非煤矿山开采，更具体地说，是涉及一种基于co2矿化的尾矿库强化系统及强化方法。

背景技术：

1、

2、尾矿库在占用大量土地资源的同时，还容易引发周边环境污染及地质灾害，尤其是尾矿库如果失稳溃坝，会造成巨大的人员伤亡。现有技术中未有效的手段对尾矿库进行强化处理，从而尾矿库的稳定性难以保证；但是尾矿中含有大量的碱性活性物质，可以与co2中和，固定co2，从而实现碳的永久封存，因此，如何利用尾矿的此种特性在进行固碳的同时实现尾矿库的强化具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明就是针对现有技术中存在的尾矿库体系稳定性差及如何实现co2在尾矿库中的矿化封存技术问题，提供一种基于co2矿化的尾矿库强化系统及强化方法。

2、为解决上述技术问题，为此本发明的目的之一是提供一种基于co2矿化的尾矿库强化系统，包括尾矿库和控制系统，尾矿库内设置有钻孔，还设置有输送管路和储气装置，输送管路的一端与储气装置连接，输送管路的另一端延伸至尾矿库内，输送管路上连接有控制阀门，控制阀门与控制系统连接。

3、优选的，输送管路设有地面输送管路和库内输送管路，地面输送管路与库内输送管路连接，库内输送管路根据尾矿库层位设置有若干个。

4、优选的，钻孔内安装有收集管，收集管的一端与库内输送管路连接，收集管上设置有收集口。

5、优选的，控制阀门上安装有监测装置，监测装置与控制系统连接。

6、本发明还提供一种基于co2矿化的尾矿库强化方法，其利用上述的尾矿库强化系统进行尾矿库强化处理，强化方法步骤如下：

7、一、模拟尾矿库材料与co2矿化反应，统计反应速率及矿化量；

8、二、通过采样确定尾矿库的碱性物质成分，确定co2理论使用量，确定尾矿库不同层位空间的co2理论输出速率及理论输出量；

9、三、确定尾矿库三维形貌，选取钻孔位置，计算钻孔数量，然后在尾矿库表面向其内部进行钻孔，分别在水平方向和竖直方向进行钻孔布置；

10、四、钻取边界孔，然后进行水平定向钻孔，在钻孔内安装收集管，收集管的端部连接至废水回收处；

11、五、排渗完成后，将收集管的出口封闭，保证矿化时co2气体不会通过其泄露出库外，将地面输送管路与库内输送管路连接，安装各控制阀门，在尾矿库表面设置尾矿库强化设备，装配一体；

12、六、确定各库内输送管路的co2输出量，然后调节各管路的控制阀门，开始进行尾矿库的矿化处理；

13、七、当某一库内输送管路的阀门监测装置监测到co2的输出量达到理论值后，对应的管路控制阀关闭，同时打开下一需要矿化区域对应的管路控制阀门，重复矿化操作，直到整个尾矿库矿化结束。

14、优选的，当尾矿库矿化完全结束后，将库内输送管路与地面输送管路拆分，将库内输送管路进行充填封闭，将尾矿库硬化。

15、优选的，在尾矿库内进行钻孔布置以co2理论扩散半径r为钻孔间距单位，在竖直方向上，除第一排水平定向钻孔间距尾矿库表面为r外，其余每两排钻孔之间间距均为2r。

16、优选的，在水平方向上，每间隔2r进行一组水平钻孔布置。

17、优选的，在钻取边界孔后，利用混凝土对孔壁进行加固封闭使其形成排水通道，然后采用跟管钻进法进行水平定向钻孔。

18、优选的，尾矿库的矿化顺序从底部逐步向上进行，首先从尾矿库，最底部水平钻孔位置开始，开启对应的管路控制阀门，矿化完毕后，对其上一层水平钻孔处进行矿化，依次矿化至上层区域，直至矿化完成。

19、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

20、本发明提供一种基于co2矿化的尾矿库强化系统及强化方法，实现了co2在尾矿库中的矿化封存并强化尾矿库体系的稳定性，首先确定尾矿库三维形貌，根据尾矿库实际空间大小及co2扩散半径，选取钻孔位置，计算钻孔数量，其次依照设计方案进行钻孔；安置集渗管及排渗管，排出尾矿库内渗水，降低浸润线，然后利用水平定向钻将库内支管及矿化单向阀牵引至集渗管内，与co2地面输送系统连接，进行矿化，使得尾矿库逐渐硬化；矿化完毕后，利用混凝土将所有库内管孔充填封闭，在库内形成一套框架结构继而提高尾矿库的整体稳定性，而且在矿化的过程中，尾矿将消耗大量co2，对固碳减排意义重大。

21、本发明因地制宜、就地取材，不仅充分利用了尾矿库赋存较为丰富的活性碱性物质，降低了浸润线，降低尾砂中的水分，密实了尾矿库，实现尾矿库的强化，而且利用粉煤灰及硅酸盐水泥在尾矿库内部形成框架支撑保护结构使得尾矿库体系稳定性大大提高。本发明同时采用co2与碱性物质发生中和反应，进行矿化，消化了大量的co2，有助于降低大气中的碳浓度，降低我国经济发展的减排压力。

技术特征：

1.一种基于co2矿化的尾矿库强化系统，包括尾矿库和控制系统，所述尾矿库内设置有钻孔，其特征在于，还设置有输送管路和储气装置，所述输送管路的一端与所述储气装置连接，所述输送管路的另一端延伸至所述尾矿库内，所述输送管路上连接有控制阀门，所述控制阀门与所述控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于co2矿化的尾矿库强化系统，其特征在于，所述输送管路设有地面输送管路和库内输送管路，所述地面输送管路与所述库内输送管路连接，所述库内输送管路根据尾矿库层位设置有若干个。

3.根据权利要求2所述的一种基于co2矿化的尾矿库强化系统，其特征在于，所述钻孔内安装有收集管，所述收集管的一端与所述库内输送管路连接，所述收集管上设置有收集口。

4.根据权利要求1所述的一种基于co2矿化的尾矿库强化系统，其特征在于，所述控制阀门上安装有监测装置，所述监测装置与所述控制系统连接。

5.一种基于co2矿化的尾矿库强化方法，其特征在于，其利用如权力要求1-4中任一项所述的尾矿库强化系统，强化方法步骤如下：

6.根据权利要求5所述的一种基于co2矿化的尾矿库强化方法，其特征在于，当尾矿库矿化完全结束后，将库内输送管路与地面输送管路拆分，将库内输送管路进行充填封闭，将尾矿库硬化。

7.根据权利要求5所述的一种基于co2矿化的尾矿库强化方法，其特征在于，在所述尾矿库内进行钻孔布置以co2理论扩散半径r为钻孔间距单位，在竖直方向上，除第一排水平定向钻孔间距尾矿库表面为r外，其余每两排钻孔之间间距均为2r。

8.根据权利要求7所述的一种基于co2矿化的尾矿库强化方法，其特征在于，在水平方向上，每间隔2r进行一组水平钻孔布置。

9.根据权利要求5所述的一种基于co2矿化的尾矿库强化方法，其特征在于，在钻取边界孔后，利用混凝土对孔壁进行加固封闭使其形成排水通道，然后采用跟管钻进法进行水平定向钻孔。

10.根据权利要求5所述的一种基于co2矿化的尾矿库强化方法，其特征在于，尾矿库的矿化顺序从底部逐步向上进行，首先从尾矿库，最底部水平钻孔位置开始，开启对应的管路控制阀门，矿化完毕后，对其上一层水平钻孔处进行矿化，依次矿化至上层区域，直至矿化完成。

技术总结
本发明公开了一种基于CO<subgt;2</subgt;矿化的尾矿库强化系统及强化方法，其属于非煤矿山开采技术领域，其解决了现有技术中尾矿库稳定性差及固碳减排压力较大的技术问题。本发明强化系统包括尾矿库和控制系统，尾矿库内设置有钻孔，还设置有输送管路和储气装置，输送管路的一端与储气装置连接，输送管路的另一端延伸至尾矿库内，输送管路上连接有控制阀门，控制阀门与控制系统连接。本发明充分结合我国尾矿库赋存的基本特点，因地制宜，采用CO<subgt;2</subgt;与碱性物质发生中和反应，减少大气中CO<subgt;2</subgt;浓度，降低我国经济发展的减排压力；而且实现了密实尾砂，降低尾砂中的水分，有效的增强了尾矿库的稳定性。

技术研发人员：王昌祥,陆伟,郭志,路瑶,李青海,张承冉,沈宝堂,张青松,李金亮,李金虎,卓辉,赵舒洁,江宁
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14