一种煤矿井下便携储存二氧化碳的装置及其使用方法

1.本发明属于矿井下二氧化碳储存技术领域，具体涉及一种煤矿井下便携储存二氧化碳的装置及其使用方法。


背景技术：

2.煤矸石是煤炭在开采加工过程中所生成的废渣，其相当于煤炭产量的12％左右，煤矸石堆多坐落于煤矿附近，侵占居民用地、耕地、林地等,浪费国土资源；此外煤矸石长时间搁置，很大程度上损坏煤矿开采区的形象，其所含的大量矿物元素还会渗入土壤，污染土壤，因此需将煤矸石处理和利用的技术方法。
3.如何应对二氧化碳气体排放是亟需解决的问题，目前正在通过各种努力来减少本国温室气体的排放，碳捕集储存及利用技术受到空前重视和发展，矿井二氧化碳防灭火技术得到初步推广应用，但是不论是气态的还是液态的二氧化碳在储存、灌装、运输和应用时都存在一定的风险。
4.我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，据统计，我国25个主要产煤省区的130余个大中型矿区均不同程度地受到煤层自然发火的威胁。全国657处重点煤矿中，有煤层自然发火倾向的矿井数量占54.9％。最短自然发火期小于3个月的矿井数量占50％以上，自燃火灾严重影响了煤矿安全生产。采空区是自燃火灾发生的主要地点，采空区漏风是造成自燃的根本性原因。
5.因此，提出一种煤矿井下便携储存二氧化碳的装置及其使用方法。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种煤矿井下便携储存二氧化碳的装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤矿井下便携储存二氧化碳的装置，包括腔体，所述腔体内设置有半封闭的中空腔，在所述腔体的顶端开设有装料口，所述腔体的中空腔内固定有密封膜，所述装料口处设置有密封盖，所述腔体侧壁靠近顶端处预留有销轴通孔，所述密封盖侧端预留有销轴盲孔，所述密封盖与腔体之间还通过圆柱销辅助固定。
8.进一步的，所述腔体具体为长方体或圆柱体，所述腔体为高承压煤矸石钢筋混凝土结构，高承压煤矸石钢筋混凝土结构由煤矸石混凝土和钢筋骨架浇筑而成。
9.进一步的，所述密封膜为橡胶材质，且所述密封膜的形状与腔体内中空腔的形状相同，所述密封膜的密封方式为胶结。
10.进一步的，所述装料口与密封盖为相互匹配的圆台结构，通过装料口向腔体的密封膜内装填固态二氧化碳后，利用胶结将密封膜密封，然后将密封盖插入装料口，再把圆柱销插入预留腔体的销轴通孔和密封盖的销轴盲孔内，将密封盖卡紧，组成工作主体。
11.一种煤矿井下便携储存二氧化碳的装置的使用方法，先在地面制备装置的腔体、
密封膜和密封盖，并与单独储放的固态二氧化碳装置通过矿井运输系统运送到井下工作面；在井下工作面向装置腔体内充填固态二氧化碳，并进行密封工作，组成工作主体；
12.然后将工作主体用于正在回采的工作面的切顶留巷内侧砌筑辅助密闭墙、用于正在回采的u型通风工作面采空区上下端头，每隔一定距离砌筑防火密闭墙，或用于通过正在回采的工作面的上下隅角向采空区的内部投放；
13.当工作主体用于正在回采的工作面的切顶留巷内侧砌筑辅助密闭墙时，能防止留巷风流漏入采空区和采空区内有害气体外泄，还能在工作面回采期间有效储存二氧化碳；
14.当工作主体用于正在回采的u型通风工作面采空区上下端头，每隔一定距离砌筑防火密闭墙时，能防止回采工作面通过采空区周边“o”圈漏风通道漏风。还能利用工作主体在工作面回采期间储存二氧化碳；
15.当工作主体充填采空区时，能减少工作面架后采空区漏风通道，还能利用工作主体在工作面回采期间有效储存二氧化碳；
16.工作主体在工作面回采完毕后，全部滞留在封闭的采空区内，在顶板垮落和地下水的作用下部分产生破裂，工作主体中的固态二氧化碳泄漏，形成的气态二氧化碳能惰化采空区中的遗煤，用于防火和灭火。
17.本发明与现有技术相比具有以下优点：
18.本发明利用煤矸石取代混凝土中的粗细集料，不仅废物利用还节约了土地资源，并且装置能够一物多用，装置不仅能够储存二氧化碳，长方体装置还可在切顶留巷内砌筑辅助密闭墙或在传统工作面上下端头砌筑防火密闭墙，圆柱体装置可以充填采空区，当工作主体用于正在回采的工作面的切顶留巷内侧砌筑辅助密闭墙时，能防止留巷风流漏入采空区和采空区内有害气体外泄，还能在工作面回采期间有效储存二氧化碳；当工作主体用于正在回采的u型通风工作面采空区上下端头，每隔一定距离砌筑防火密闭墙时，能防止回采工作面通过采空区周边“o”圈漏风通道漏风，还能利用工作主体在工作面回采期间储存二氧化碳；当工作主体充填采空区时，能减少工作面架后采空区漏风通道，还能利用工作主体在工作面回采期间有效储存二氧化碳；工作主体在工作面回采完毕后，全部滞留在封闭的采空区内，在顶板垮落和地下水的作用下部分产生破裂，工作主体中的固态二氧化碳泄漏，形成的气态二氧化碳能惰化采空区中的遗煤，用于防火和灭火。
附图说明
19.图1是本发明整体结构剖视图；
20.图2是本发明整体结构半剖示意图；
21.图3是本发明切顶卸压留巷工作面示意图；
22.图4是本发明u型通风工作面示意图。
23.附图标记说明：
24.1-腔体；2-密封膜；3-密封盖；4-圆柱销；5-巷道；6-工作面；7-临时密闭墙；8-工作体；9-辅助密闭墙；10-采空区；11-防火密闭墙；12-区段煤柱。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.如图1-2所示，本发明提供一种技术方案：一种煤矿井下便携储存二氧化碳的装置，包括腔体1，所述腔体1内设置有半封闭的中空腔，所述腔体1具体为长方体或圆柱体，在所述腔体1的顶端开设有装料口；
27.本实施例中，所述腔体1结构外尺寸大小为200mm
×
200mm
×
180mm，内结构是直径80mm，高100mm的圆柱空腔和下底直径80mm，上底直径100mm，高50mm的圆台装料口。
28.所述腔体1为高承压煤矸石钢筋混凝土结构，高承压煤矸石混凝土结构由煤矸石混凝土和钢筋骨架浇筑，钢筋结构作为骨架，大幅度提高了装置的抗压强度，煤矸石混凝土由煤炭在开采加工过程中所生成的废渣、水泥和水制成，煤矸石用于粗细集料的取代率为100％，粗集料粒径为20mm，细集料粒径为5mm，并使用c40号水泥，煤矸石混凝土包裹住钢筋骨架，所述钢筋骨架外侧的煤矸石混凝土厚20mm。
29.钢筋骨架包括两部分，一部分是纵筋，另一部分是箍筋。所述腔体1上总共有8根纵筋，距腔体1底端10mm处将箍筋固定在纵筋上，然后每隔40mm固定箍筋；纵筋选取的是直径14mm的hrb335的钢筋，纵筋加工长度为180mm；所述箍筋选取的是直径6mm的hpb300的钢筋，箍筋加工长为1375mm。
30.所述腔体1的中空腔内固定有密封膜2，所述密封膜2为橡胶材质，且所述密封膜2的形状与腔体1内中空腔的形状相同，所述密封膜2的密封方式为胶结。
31.所述装料口处设置有密封盖3，所述腔体1侧壁靠近顶端处预留有销轴通孔，所述密封盖3侧端预留有销轴盲孔，所述密封盖3与腔体1之间还通过圆柱销4辅助固定。
32.所述装料口与密封盖3为相互匹配的圆台结构，通过装料口向腔体1的密封膜2内装填固态二氧化碳后，利用胶结将密封膜2密封，然后将密封盖3插入装料口，再把圆柱销4插入预留腔体1的销轴通孔和密封盖3的销轴盲孔内，将密封盖3卡紧，组成工作主体8。
33.如图3-4所示，一种煤矿井下便携储存二氧化碳的装置的使用方法，先在地面制备装置的腔体1、密封膜2和密封盖3，并与单独储放的固态二氧化碳装置通过矿井运输系统运送到井下工作面；在井下工作面向装置腔体1内充填固态二氧化碳，并进行密封工作，组成工作主体8；
34.然后将工作主体8用于正在回采的工作面6的切顶留巷内侧砌筑辅助密闭墙9、用于正在回采的u型通风工作面采空区10上下端头，每隔一定距离砌筑防火密闭墙，或用于通过正在回采的工作面6的上下隅角向采空区10的内部投放；
35.当工作主体8用于正在回采的工作面6的切顶留巷内侧砌筑辅助密闭墙9时，能防止留巷风流漏入采空区10内有害气体外泄，还能在工作面10回采期间有效储存二氧化碳；
36.当工作主体8用于正在回采的u型通风工作面采空区10上下端头，每隔一定距离砌筑防火密闭墙时，能防止回采工作面通过采空区周边“o”圈漏风通道漏风，还能利用工作主体8在工作面回采期间储存二氧化碳；
37.当工作主体8充填采空区10时，能减少工作面6架后采空区漏风通道，还能利用工作主体8在工作面6回采期间有效储存二氧化碳；
38.工作主体8在工作面回采完毕后，全部滞留在封闭的采空区10内，在顶板垮落和地
下水的作用下部分产生破裂，工作主体8中的固态二氧化碳泄漏，形成的气态二氧化碳能惰化采空区中的遗煤，用于防火和灭火。
39.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
40.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。