一种井下采空区二氧化碳封存系统及使用方法

本发明涉及碳封存，具体是一种井下采空区二氧化碳封存系统及使用方法。

背景技术：

1、井下采空区可以进行二次利用用于二氧化碳地质封存，目前封存的方法主要为两种；

2、第一种：通过支护的形式对采空区进行支撑，同时将空间分割为多个腔体，将气态二氧化碳增压注入腔体内进行封闭储存，该方式的二氧化碳储量大，同时操作简单，但是存在的问题是，采空区依然具有多个封闭空腔，采空区支撑性不足；

3、第二种：通过回填+二氧化碳的形式进行二氧化碳固定，中国专利公开了一种基于采空区固废充填的二氧化碳吸附-固化封存方法(cn115341952a)，该专利对煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾进行粉碎处理得到填充干料，将填充干料混合均匀，然后加水搅拌制成填充浆液，将制成的浆液通过所述填充孔注入采空区，在注浆的同时，向注浆管路内通入co2，对co2封存。该方式可以很好的提高支护效果，同时对二氧化碳进行封存，但是该方式的储存量过少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种井下采空区二氧化碳封存系统及使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种井下采空区二氧化碳封存系统，包括对采空区顶板岩层进行支撑的多条v形支护带，以及用于对所述v形支护带分隔的空腔内填充的填充模组、排气管；

4、所述填充模组包括缓冲罐、动态压力平衡收缩式软管、保温液流体输送机构、保温液压力平衡排放口、液体回流机构，所述缓冲罐通过多孔隙填料颗粒输送管道、超临界二氧化碳流体输送管道分别注入多孔隙吸附回填物和超临界二氧化碳流体，所述缓冲罐的底部设置有出料管道，所述出料管道具有压力温度调整直管，所述动态压力平衡收缩式软管固定连接在所述压力温度调整直管的内部，所述压力温度调整直管的顶端设置有回填管，所述出料管道的前端设置有封闭阀门，所述动态压力平衡收缩式软管的顶部与所述回填管固定连接，所述多孔隙填料颗粒输送管道、所述超临界二氧化碳流体输送管道的注入流量与所述回填管的排放流量相等；

5、所述压力温度调整直管的顶部管道与所述保温液流体输送机构连通，所述压力温度调整直管与所述动态压力平衡收缩式软管之间形成换温增压腔，所述换温增压腔与所述出料管道末端开口处连通，所述出料管道的末端开口处设置有所述保温液压力平衡排放口，所述保温液压力平衡排放口排出的液体通过所述液体回流机构回收后，通过所述保温液流体输送机构升温形成闭环；

6、所述排气管穿过所述v形支护带与空腔连通，所述排气管另一端与二氧化碳回收装置连通，所述排气管内设有压力传感器和气体浓度传感器。

7、作为本发明再进一步的方案：所述动态压力平衡收缩式软管处于开口排放状态下，所述缓冲罐的内部压力高于7.3mpa。

8、作为本发明再进一步的方案：所述换温增压腔内部液体温度高于31摄氏度。

9、作为本发明再进一步的方案：所述v形支护带包括v形板和操作端平面，多个所述v形支护带固定时，所述操作端平面位于同一水平线。

10、作为本发明再进一步的方案：一种井下采空区二氧化碳封存系统的使用方法，包括：。

11、s1：将粉碎的矸石、粉煤灰、水泥、水按照比例混合搅拌为膏状物，获取吸附支护材料；

12、s11：将膏状物放置v形翻边支护模具中，待干燥硬化后取出，获取多个v形支护带，所述v形支护带的斜边等距开设多处注入孔，注入孔位于所述v形支护带的斜边顶部，所述v形支护带的顶角处开设排气孔；

13、s12：将膏状物利用造粒机或者球形模具制备，待干燥硬化后取出，获取多个多孔隙吸附回填物；

14、s2：安装最内侧的所述v形支护带并且进行封闭后，将填充模组推入所述v形支护带与采空区形成的开放三角操作面处，所述v形支护带与采空区形成两个三角形填充区，进行大规模填充，填充的物质为超临界多孔隙吸附回填物混合流体；

15、s3：所述多孔隙填料颗粒输送管道将所述多孔隙吸附回填物投放至所述缓冲罐内部，所述超临界二氧化碳流体输送管道将所述超临界二氧化碳流体通过二次增压使所述超临界二氧化碳流体输送管道投放至所述缓冲罐内部的压力大于7.3mpa，待所述缓冲罐内部存在一定液位后，开启所述封闭阀门，受到所述缓冲罐内部压力影响，将超临界多孔隙吸附回填物混合流体向下施压，使所述动态压力平衡收缩式软管受到压力影响张开，所述缓冲罐内部压力下降，同时所述保温液流体输送机构注入液体进入所述换温增压腔内，受到所述保温液压力平衡排放口影响，所述换温增压腔内部向所述动态压力平衡收缩式软管施加反作用力，直至所述动态压力平衡收缩式软管内部压力大于7.3mpa，且所述动态压力平衡收缩式软管与所述回填管处于连通状态即可，所述回填管与v形支护带的注入口连通，到达回填管处的超临界多孔隙吸附回填物混合流体受到压力降低的影响，在落入所述v形支护带形成的空腔区后，多孔隙吸附回填物落入空腔区填充，超临界二氧化碳转化为气体充斥空腔。

16、s4：采空区内原始空气被二氧化碳驱赶，并通过留设的排气孔被挤出采空区，并且通过所述排气管排出，所述排气管并且监测排放气体压力以及二氧化碳浓度，当压力与浓度到达指定阈值，所述排气管封闭，所述回填管撤出封闭。

17、作为本发明再进一步的方案：s12中多孔隙吸附回填物的直径小于s11步骤中的注入孔直径。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、采用支护、填充的同步操作形式，利用超临界二氧化碳的流动性，提高多孔隙材料的吸附效果，并且预制的多孔隙材料随着高压超临界二氧化碳的推送作用进行填充，使最终的填充空腔内包含用于支撑的多孔隙材料、位于多孔隙材料的孔隙内吸附的二氧化碳、以及充斥在相邻的多孔隙材料缝隙间的气态二氧化碳，整个方式操作执行简单，同时相对于浆液内的二氧化碳固定，该方式的二氧化碳封存量大于浆液矿化封存。并且多孔隙填料的充斥结合支护结构避免地面减沉，提高采空区的支撑效果，同时满足腔体二氧化碳封存的取用性。

技术特征：

1.一种井下采空区二氧化碳封存系统，其特征在于：包括对采空区顶板岩层进行支撑的多条v形支护带(1)，以及用于对所述v形支护带(1)分隔的空腔内填充的填充模组(100)、排气管(200)；

2.根据权利要求1所述的一种井下采空区二氧化碳封存系统，其特征在于：所述动态压力平衡收缩式软管(3)处于开口排放状态下，所述缓冲罐(2)的内部压力高于7.3mpa。

3.根据权利要求2所述的一种井下采空区二氧化碳封存系统，其特征在于：所述换温增压腔(32)内部液体温度高于31摄氏度。

4.根据权利要求1所述的一种井下采空区二氧化碳封存系统，其特征在于：所述v形支护带(1)包括v形板(11)和操作端平面(12)，多个所述v形支护带(1)固定时，所述操作端平面(12)位于同一水平线。

5.根据权利要求1-4所述的一种井下采空区二氧化碳封存系统的使用方法，其特征在于：包括：

6.根据权利要求5所述的一种井下采空区二氧化碳封存系统及使用方法，其特征在于：s12中多孔隙吸附回填物的直径小于s11步骤中的注入孔直径。

技术总结本发明涉及碳封存技术领域，本发明公开了一种井下采空区二氧化碳封存系统及使用方法，包括对采空区顶板岩层进行支撑的多条V形支护带，以及用于对所述V形支护带分隔的空腔内填充的填充模组、排气管，所述填充模组包括缓冲罐、动态压力平衡收缩式软管、保温液流体输送机构、保温液压力平衡排放口、液体回流机构，所述出料管道具有压力温度调整直管；采用支护、填充的同步操作形式，利用超临界二氧化碳的流动性，提高多孔隙材料的吸附效果，并且预制的多孔隙材料随着高压超临界二氧化碳的推送作用进行填充，使最终的填充空腔内包含用于支撑的多孔隙材料、位于多孔隙材料的孔隙内吸附的二氧化碳、以及充斥在相邻的多孔隙材料缝隙间的气态二氧化碳。技术研发人员：刘锞锐,杨道坤,王档良,司湘受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11