煤矿矸石及CO2采动覆岩隔离注浆充填减排方法

煤矿矸石及co2采动覆岩隔离注浆充填减排方法
技术领域
1.本发明涉及煤矿充填开采及co2封存领域，具体为一种煤矿矸石及co2采动覆岩隔离注浆充填减排方法。


背景技术：

2.煤炭资源开采与利用过程中产生了大量矸石与co2，引起一系列环境问题。目前针对煤矿矸石、co2资源化利用开展了相关研究，但利用量相对有限，难以满足减排的实际需求。事实上，煤矿开采产生了大量的采动空间与裂隙，是储存矸石、co2的有利场所，面对得天独厚的条件，当前的利用并不充分。因此，亟需研究一种充分利用煤矿自身采动空间与裂隙，进行矸石及co2同步减排的方法。
3.充填是减少矸石、co2排放的重要方法。目前，采空区充填已在各种复杂条件下的岩层控制中取得了显著成效。采空区充填是采煤方法的变革，采煤装备、工艺均出现变化，目前尚未在煤矿大面积普及，加之采空区密封问题有待攻克，仍不具备大规模处置矸石及co2的条件。采动覆岩隔离注浆充填是在采动裂隙注浆基础上发展的地表沉陷控制方法，已在建(构)筑物下开采中进行了成功应用。该方法是在工作面开采过程中，通过地面钻孔充填关键层下的封闭裂隙腔体，实现了采充分离，不改变采煤装备与工艺，具有充采不干扰、充填系统简单、成本低等优势。可见，将矸石及co2作为覆岩隔离注浆充填材料，能够在减排的同时控制地表沉陷，具有极大应用潜力。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出了一种煤矿矸石及co2采动覆岩隔离注浆充填减排方法，包括如下步骤：
5.s1，基于地层岩性与厚度确定覆岩内关键层位置以及导水裂隙带范围，并在导水裂隙带上方留设一定厚度的保护层，选定保护层上方的某一关键层作为注浆关键层，该注浆关键层的岩层底面与其下方岩层的顶面形成注浆充填用采动裂隙空间；
6.s2，在采区内布置多个相邻的工作面，各工作面内沿着推进方向间隔布置若干注浆钻孔，终孔施工至预设的注浆充填用采动裂隙空间；
7.优选的，工作面之间留设一定宽度的隔离煤柱。
8.s3，建立注浆充填系统并制备注浆充填浆液，煤矿矸石经输送机运至破碎机破碎，然后在经输送机输送至球磨机进行粉化，之后输送至搅拌池与水混合制备成矸石粉浆体，然后将矸石粉浆体、氧化钙粉末、co2在高压密闭搅拌箱内混合搅拌制备成复合浆体，所述密闭搅拌箱的压力与注浆泵的压力一致，如此可以提高复合浆体中co2的携带量，使得co2与氧化钙的反应可不仅局限于搅拌过程还在输浆泵送过程以及在采动裂隙空间泌水过程，同时由于采动裂隙空间处于地层深部，水在高压作用下也可封存一定量的co2；
9.优选的，所述氧化钙的添加量应保证其与矸石粉混合后的复合浆液泵送性能，此时若复合浆液中co2的比例不足以将氧化钙完全反应，在注浆充填末期，可以利用注浆钻孔
向采动裂隙空间内单独泵注co2；或者单独施工若干co2注入孔，在注浆充填过程中同时通过co2注入孔向采动裂隙空间内泵注co2。
10.s4，依次开采各工作面，并进行注浆充填，采用注浆泵将上述复合浆体经注浆管泵入注浆钻孔，进一步填充至采动裂隙空间；如此往复直至采完所有工作面。
11.有益效果：本发明创造性的将煤矿区域产生的固体废弃物矸石以及排放的co2一起作为采动裂隙注浆充填材料，治理了矸石占地堆积问题，并利用采动裂隙这一封闭空间提高了co2封存效果(co2与氧化钙的反应可不仅局限于搅拌过程还在输浆泵送过程以及在采动裂隙空间内；且采动裂隙也处在地层深部，此时水在高压作用下也能封存一定量的co2)，同时还解决了煤矿开采造成的地表沉陷问题。此外，复合浆液还掺加有氧化钙粉末，其不仅可以起到封固co2的作用，还能利用其细度低的特性解决矸石粉不易泵送的问题。
附图说明
12.图1是本发明煤矿矸石及co2采动覆岩隔离注浆充填减排方法示意图。
13.图中：矸石1、破碎机2、球磨机3、搅拌池4、搅拌箱5、注浆泵6、注浆关键层7、采动裂隙空间/经泌水压缩后的复合充填体8。
具体实施方式
14.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。
15.一种煤矿矸石及co2采动覆岩隔离注浆充填减排方法，包括如下步骤：
16.s1，基于地层岩性与厚度确定覆岩内关键层位置以及导水裂隙带范围，并在导水裂隙带上方留设一定厚度的保护层，选定保护层上方的某一关键层作为注浆关键层7，该注浆关键层的岩层底面与其下方岩层的顶面形成注浆充填用采动裂隙空间8；
17.s2，在采区内布置多个相邻的工作面，各工作面内沿着推进方向间隔布置若干注浆钻孔，终孔施工至预设的注浆充填用采动裂隙空间8；
18.优选的，工作面之间留设一定宽度的隔离煤柱。
19.s3，建立注浆充填系统并制备注浆充填浆液，煤矿矸石1经输送机运至破碎机2破碎，然后在经输送机输送至球磨机3进行粉化，之后输送至搅拌池4与水混合制备成矸石粉浆体，然后将矸石粉浆体、氧化钙粉末、co2在高压密闭搅拌箱5内混合搅拌制备成复合浆体，所述密闭搅拌箱的压力与注浆泵的压力一致，如此可以提高复合浆体中co2的携带量，使得co2与氧化钙的反应可不仅局限于搅拌过程还在输浆泵送过程以及在采动裂隙空间泌水过程，同时采动裂隙空间处于地层深部，水在高压作用下也可封存一定量的co2；
20.优选的，所述氧化钙的添加量应保证其与矸石粉混合后的复合浆液泵送性能，此时若复合浆液中co2的比例不足以将氧化钙完全反应，在注浆充填末期，可以利用注浆钻孔向采动裂隙空间内单独泵注co2；或者单独施工若干co2注入孔，在注浆充填过程中同时通过co2注入孔向采动裂隙空间内泵注co2。
21.s4，依次开采各工作面，并进行注浆充填，采用注浆泵6将上述复合浆体经注浆管泵入注浆钻孔，进一步填充至采动裂隙空间；如此往复直至采完所有工作面。
22.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，
在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。


技术特征：
1.一种煤矿矸石及co2采动覆岩隔离注浆充填减排方法，其特征在于，包括如下步骤：s1，基于地层岩性与厚度确定覆岩内关键层位置以及导水裂隙带范围，并在导水裂隙带上方留设一定厚度的保护层，选定保护层上方的某一关键层作为注浆关键层，该注浆关键层的岩层底面与其下方岩层的顶面形成注浆充填用采动裂隙空间；s2，在采区内布置多个相邻的工作面，各工作面内沿着推进方向间隔布置若干注浆钻孔，终孔施工至预设的注浆充填用采动裂隙空间；s3，建立注浆充填系统并制备注浆充填浆液，煤矿矸石经输送机运至破碎机破碎，然后在经输送机输送至球磨机进行粉化，之后输送至搅拌池与水混合制备成矸石粉浆体，然后将矸石粉浆体、氧化钙粉末、co2在高压密闭搅拌箱内混合搅拌制备成复合浆体，所述密闭搅拌箱的压力与注浆泵的压力一致，如此可以提高复合浆体中co2的携带量，使得co2与氧化钙的反应可不仅局限于搅拌过程还在输浆泵送过程以及在采动裂隙空间泌水过程，同时由于采动裂隙空间处于地层深部，水在高压作用下也可封存一定量的co2；s4，依次开采各工作面，并进行注浆充填，采用注浆泵将上述复合浆体经注浆管泵入注浆钻孔，进一步填充至采动裂隙空间；如此往复直至采完所有工作面。2.根据权利要求1所述的采动覆岩隔离注浆充填减排方法，其特征在于，步骤s3中，所述氧化钙的添加量应保证其与矸石粉混合后的复合浆液泵送性能，此时若复合浆液中co2的比例不足以将氧化钙完全反应，在注浆充填末期，利用注浆钻孔向采动裂隙空间内单独泵注co2；或者单独施工若干co2注入孔，在注浆充填过程中同时通过co2注入孔向采动裂隙空间内泵注co2。

技术总结
本发明涉及一种煤矿矸石及CO2采动覆岩隔离注浆充填减排方法，将煤矿区域产生的固体废弃物矸石以及排放的CO2一起作为采动裂隙注浆充填材料，治理了矸石占地堆积问题，并利用采动裂隙这一封闭空间提高了CO2封存效果(CO2与氧化钙的反应不仅局限于搅拌过程还在输浆泵送过程以及在采动裂隙空间内；且采动裂隙也处在地层深部，此时水在高压作用下也能封存一定量的CO2)，同时还解决了煤矿开采造成的地表沉陷问题。此外，复合浆液还掺加有氧化钙粉末，其不仅可以起到封固CO2的作用，还能利用其细度低的特性解决矸石粉不易泵送的问题。低的特性解决矸石粉不易泵送的问题。低的特性解决矸石粉不易泵送的问题。


技术研发人员：轩大洋 许家林
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/6/14