一种提高井下充填过程中固碳效果的方法

本发明涉及矿产开采，尤其涉及一种提高井下充填过程中固碳效果的方法。

背景技术：

1、在现有煤炭利用技术体系下，因地制宜的开发二氧化碳地下封存技术，向“封碳”方式攻关。

2、矿山对采后空区进行充填可有效的减少地上废石堆积并改善地下空区应力集中问题，是现阶段常用的采矿工艺。在矿山井下充填过程中常容易发生堵管灾害。充填料浆浓度过低，会造成离析，导致堵管。充填料浆浓度过高，管道输送沿程阻力过大，也会导致管道堵塞。管路布置距离过长或是管路布置的弯头较多则同样容易发生堵管现象。研究发现充填运输管道的弯管段是重点容易堵管的区域。充填管道堵管对矿山的正常生产造成了极大的危害。

3、现阶段多数方案在充填完成后直接向采空区中通入二氧化碳的手段会因为反应接触面小，接触空间较少的缘故使得充填体与二氧化碳并不能完全充分反应。固碳效率并不能达到预期目标。且有部分设计需要在充填区域布设二氧化碳扩散管路，增加了施工量。在充填体搅拌过程中充入二氧化碳或是在充填管道直接注入二氧化碳的方式极易造成充填料浆浓度变大，流动性变小，黏着效果增强，提高充填管道发生充填堵管的概率。

技术实现思路

1、本发明提供了一种提高井下充填过程中固碳效果的方法，能够利于解决充填体与二氧化碳并不能完全充分反应、固碳效率低、充填管道因充填料浆浓度变大，流动性变小，黏着效果增强而发生充填堵管等难题。

2、为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种提高井下充填过程中固碳效果的方法包括：

4、制备包含具有固碳能力材料的充填料浆，并确定充填料浆的固碳能力；

5、布置充填料浆输送管道；

6、收集整理充填料浆向地下采空区输送过程中容易堵塞的管道部位，并将所述管道部位作为二氧化碳的充入点位，建立充入二氧化碳的点位数据库；

7、根据充入二氧化碳的点位数据库，筛选和确定二氧化碳充入点；

8、布置二氧化碳输送管道，并使所述二氧化碳输送管道在二氧化碳充入点与料浆输送管道接驳以通过所述二氧化碳输送管道向充填料浆中充入足量二氧化碳。

9、在一些实施例中，所述二氧化碳的充入点位包括以下至少一种位置：

10、反坡料浆输送管道的坡底段；

11、充填空区附近的料浆输送管道弯管段；

12、进入采区巷道内需要经常移动，或是更换地点的料浆输送管道；

13、已经进入采场的料浆输送管道的弯管处；

14、充填料浆主输送管路的末端；

15、料浆输送管道转弯角度过小，或楔入角小的弯管处容易发生堵管的部位。

16、在一些实施例中，在所述布置二氧化碳输送管道，并使所述二氧化碳输送管道在二氧化碳充入点与料浆输送管道接驳中，布置二氧化碳的充入方向与料浆输送管道中料浆的流向保持一致。

17、在一些实施例中，在所述布置二氧化碳输送管道，并使所述二氧化碳输送管道在二氧化碳充入点与料浆输送管道接驳之后，还包括：

18、根据充填料浆的固碳能力和料浆输送管道中充填料浆的流量，确定充入二氧化碳的流速；

19、在二氧化碳充入点向充填料浆中充入二氧化碳。

20、在一些实施例中，在所述制备包含具有固碳能力材料的充填料浆，并确定充填料浆的固碳能力中，所述确定充填料浆的固碳能力包括：确定单位质量的充填料浆对二氧化碳的固化封存量。

21、在一些实施例中，所述确定单位质量的充填料浆对二氧化碳的固化封存量包括：

22、根据充填料浆配比取单位质量的充填干料制成测试充填料浆；

23、将测试充填料浆置于采空区的温湿度条件下，向测试充填料浆内通入二氧化碳；

24、在二氧化碳与测试充填料浆充分反应后停止通入二氧化碳；

25、将反应后的测试料浆自然风干至恒重得到充填块，并称重；

26、计算反应前后的充填物质量之差，为二氧化碳的封存量。

27、在一些实施例中，所述根据充填料浆的固碳能力和料浆输送管道中充填料浆的流量，确定充入二氧化碳的流速包括：

28、根据流速流量公式：确实单位时间内通过料浆输送管道的充填料浆的量，其中，v为料浆流速，q为料浆流量；

29、根据监测的料浆输送管道中料浆流速，及料浆的浓度，计算单位时间内通过充入点处充填料浆的质量，计算所述充入点单位时间内可固化封存的二氧化碳的质量。

30、在所述充入点充入二氧化碳，并根据所计算出的所述可固化封存的二氧化碳的质量，调整充入二氧化碳的流速。

31、在一些实施例中，在所述根据充入二氧化碳的点位数据库，筛选和确定二氧化碳充入点中，所述筛选二氧化碳充入点包括：排除采区中段的主运输巷道内，充填料浆输送管道的弯管处。

32、在一些实施例中，所述布置二氧化碳输送管道，并使所述二氧化碳输送管道在二氧化碳充入点与料浆输送管道接驳以通过所述二氧化碳输送管道向充填料浆中充入足量二氧化碳，包括：

33、在二氧化碳输送管道上设置单向阀；

34、在料浆输送管道的二氧化碳充入点位置设置调节阀。

35、在一些实施例中，所述布置二氧化碳输送管道，并使所述二氧化碳输送管道在二氧化碳充入点与料浆输送管道接驳以通过所述二氧化碳输送管道向充填料浆中充入足量二氧化碳，还包括：

36、在二氧化碳充入点位置设置二氧化碳泄露的监测系统，监测到二氧化碳泄露则发出警示信息。

37、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

38、上述方案，通过向充填料浆输送管道的至少一个特定点位通入二氧化碳，能够利用二氧化碳充入料浆输送管道的速度，冲击料浆，防止充填料浆堵塞管道，另外，在料浆输送管道中充入二氧化碳，避免在充填料浆充填进入采空区后再在采空区充入二氧化碳，所造成的接触面积过小，能够提高充填固碳过程中的充填材料与二氧化碳的接触效果，从而提高两者间的反应效率，使得充填材料可以充分与二氧化碳进行反应。

39、上述方案中，在充填料浆输送管道的特定点位对料浆充入二氧化碳，使二氧化碳与料浆中的固碳材料发生反应，避免了在料浆制备的搅拌过程中充入二氧化碳，所造成的充填料浆浓度变大，流动性变小，黏着效果增强，以致于堵管的现象。

40、上述方案，通过监测料浆流量，获得料浆的质量，根据料浆中固碳材料的比例，能够得出二氧化碳的吸收量，从而通过控制调整二氧化碳的流量，使通入料浆输送管道内的二氧化碳被完全吸收，能够减少未反应的二氧化碳在采空区充填区域漫溢的情况，实现充填体综合固碳效果的最大化。

技术特征：

1.一种提高井下充填过程中固碳效果的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的提高井下充填过程中固碳效果的方法，其特征在于，所述二氧化碳的充入点位包括以下至少一种位置：

3.根据权利要求1所述的提高井下充填过程中固碳效果的方法，其特征在于，在所述布置二氧化碳输送管道，并使所述二氧化碳输送管道在二氧化碳充入点与料浆输送管道接驳中，布置二氧化碳的充入方向与料浆输送管道中料浆的流向保持一致。

4.根据权利要求1所述的提高井下充填过程中固碳效果的方法，其特征在于，在所述布置二氧化碳输送管道，并使所述二氧化碳输送管道在二氧化碳充入点与料浆输送管道接驳之后，还包括：

5.根据权利要求1所述的提高井下充填过程中固碳效果的方法，其特征在于，在所述制备包含具有固碳能力材料的充填料浆，并确定充填料浆的固碳能力中，所述确定充填料浆的固碳能力包括：确定单位质量的充填料浆对二氧化碳的固化封存量。

6.根据权利要求5所述的提高井下充填过程中固碳效果的方法，其特征在于，所述确定单位质量的充填料浆对二氧化碳的固化封存量包括：

7.根据权利要求4所述的提高井下充填过程中固碳效果的方法，其特征在于，所述根据充填料浆的固碳能力和料浆输送管道中充填料浆的流量，确定充入二氧化碳的流速包括：

8.根据权利要求1所述的提高井下充填过程中固碳效果的方法，其特征在于，在所述根据充入二氧化碳的点位数据库，筛选和确定二氧化碳充入点中，所述筛选二氧化碳充入点包括：排除采区中段的主运输巷道内，充填料浆输送管道的弯管处。

9.根据权利要求1所述的提高井下充填过程中固碳效果的方法，其特征在于，所述布置二氧化碳输送管道，并使所述二氧化碳输送管道在二氧化碳充入点与料浆输送管道接驳以通过所述二氧化碳输送管道向充填料浆中充入足量二氧化碳，包括：

10.根据权利要求9所述的提高井下充填过程中固碳效果的方法，其特征在于，所述布置二氧化碳输送管道，并使所述二氧化碳输送管道在二氧化碳充入点与料浆输送管道接驳以通过所述二氧化碳输送管道向充填料浆中充入足量二氧化碳，还包括：

技术总结
本发明提供一种提高井下充填过程中固碳效果的方法，包括：制备包含具有固碳能力材料的充填料浆，并确定充填料浆的固碳能力；布置充填料浆输送管道；收集整理充填料浆向地下采空区输送过程中容易堵塞的管道部位，并将所述管道部位作为二氧化碳的充入点位，建立充入二氧化碳的点位数据库；根据充入二氧化碳的点位数据库，筛选和确定二氧化碳充入点；布置二氧化碳输送管道，并使所述二氧化碳输送管道在二氧化碳充入点与料浆输送管道接驳以通过所述二氧化碳输送管道向充填料浆中充入足量二氧化碳。本发明能够利于解决充填体与二氧化碳并不能完全充分反应、固碳效率低，充填堵管的问题。

技术研发人员：付建新,陈生鑫,孟召波,李妍
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29