煤礦老空區(qū)協(xié)同封存二氧化碳抽采殘留煤層氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化碳封存及殘留煤層氣抽采的方法，尤其適用于煤礦老空區(qū)協(xié)同封存二氧化碳與開發(fā)殘留煤層氣。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球氣候變暖，作為主要溫室效應(yīng)氣體的0)2處置問題已成為全球相關(guān)科學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)。為了解決CO2對人類生存環(huán)境帶來的災(zāi)害，地質(zhì)處置被公認(rèn)為是解決溫室氣體環(huán)境影響問題的有效途徑之一。其中深部不可開采煤層儲存CO2被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的0)2處置方式，通過向不可采煤層中注入CO2,不僅可地質(zhì)封存CO2，還可對清潔能源-煤層氣(CH4)進(jìn)行回收。
[0003]但隨著煤炭開采技術(shù)的快速發(fā)展，未來這些不可采煤層將變得可采，其帶來的CO2突出問題將比014突出更為嚴(yán)重。
[0004]煤炭開采所帶來的大面積老空區(qū)本身就是天然的優(yōu)良瓦斯存儲罐，同時(shí)也是威脅安全生產(chǎn)的重大危險(xiǎn)源，其中儲存的大量高濃度瓦斯在通風(fēng)負(fù)壓的作用和大氣壓力變化的情況下，可能會通過密閉墻或煤柱裂隙進(jìn)入采區(qū)或礦井巷道中，增加通風(fēng)負(fù)擔(dān)和不安全因素。因此，對于老空區(qū)瓦斯的抽采十分必要，同時(shí)若加以合理開發(fā)利用，其豐富的高濃度瓦斯對煤層氣產(chǎn)業(yè)的開發(fā)具有極其重要的意義。目前我國煤礦老空區(qū)的瓦斯抽采并不理想，因此急需尋求一種既能合理封存0)2又能提高老空區(qū)瓦斯抽采率的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決二氧化碳的老空區(qū)封存以及老空區(qū)內(nèi)殘留煤層氣抽采效率較低的問題，提供一種煤礦老空區(qū)協(xié)同封存二氧化碳抽采殘留煤層氣的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:煤礦老空區(qū)協(xié)同封存二氧化碳抽采殘留煤層氣的方法，具體步驟如下:
a、工作面回采過程中，從距開切眼5?1m處開始在回采巷道底部鋪設(shè)直徑為30?50cm的管道,管道管壁上每隔10?20m設(shè)有與管道軸向平行且對稱分布的4條長為I?3m、寬為0.5?3cm的縫槽，且在縫槽兩端設(shè)有高為15?25cm的擋板。
[0007]b、在縫槽上緊密纏繞直徑為5?15cm、抗壓強(qiáng)度為5?1MPa的高壓軟管。當(dāng)纏有高壓軟管的管道全部進(jìn)入采空區(qū)時(shí)，向高壓軟管中注入2?5MPa的高壓水，注水結(jié)束后捆扎高壓軟管注水口。
[0008]C、工作面回采結(jié)束后，在停采線處設(shè)有厚為2?5m的密閉墻。管路穿過密閉墻并連接至地面，與CO2儲氣罐連通，儲氣罐出氣口設(shè)有第一閥門。
[0009]d、由地面每隔200?300m沿采空區(qū)中部向下施工鉆井，直至鉆井底部距采空區(qū)上部20?40m，由地面向鉆井內(nèi)插入抽采管，且抽采管上端設(shè)有第二閥門。密封鉆井井口后，抽采管與泵站相連。
[0010]e、打開第一閥門，由0)2儲氣罐沿管路向采空區(qū)內(nèi)注入C02。同時(shí)打開第二閥門開始抽采采空區(qū)內(nèi)被0)2置換出的殘留煤層氣。
[0011]f、當(dāng)抽采管內(nèi)的0)2濃度高于10%時(shí)，關(guān)閉第一閥門和第二閥門，停止注入CO 2和抽米殘留煤層氣。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
(1)采用高壓柔性護(hù)管技術(shù)，通過向柔性管中注入一定壓力的水，對管道進(jìn)行“讓壓”保護(hù)，防止破碎煤巖破壞管道和堵塞氣孔；
(2)運(yùn)用0)2密度大于CH4以及采空區(qū)頂部破碎煤巖體對CO2的吸附性更大的特性，在向采空區(qū)內(nèi)注入CO2的過程中，CO 2首先占據(jù)采空區(qū)下部空間，破碎煤巖體原本吸附的CH 4被置換出，逐漸向上運(yùn)移至采空區(qū)頂部積聚，此時(shí)由鉆井將采空區(qū)內(nèi)CH4抽采出，極大地提高了采空區(qū)瓦斯抽采效率；
(3)將CO2封存至煤礦老空區(qū)，不僅減少了向大氣中排放的CO2量，緩解溫室效應(yīng)，同時(shí)可有效抑制老空區(qū)遺煤自然發(fā)火現(xiàn)象，增強(qiáng)了礦井安全性；
(4)將采空區(qū)內(nèi)原本被遺棄的殘留煤層氣資源進(jìn)行開發(fā)利用，具有二氧化碳封存與殘留煤層氣資源開發(fā)利用的雙重效益。
【附圖說明】
[0013]圖1是工作面回采過程中鋪設(shè)管路示意圖圖2是本發(fā)明的原理示意圖
圖3是管道縫槽示意圖圖4是圖3中A— A剖面圖
圖中:I一工作面，2—開切眼，3—回采巷道，4一管道，5—縫槽，
6一擋板，7—聞壓軟管,8一米空區(qū),9一停米線，10—密閉墻，
11 一地面，12 —002儲氣_, 13 一第一閥門，14 一鉆井，15—栗站，
16—抽采管，17—第二閥門。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)例作進(jìn)一步描述:
本發(fā)明的煤礦老空區(qū)協(xié)同封存二氧化碳與開發(fā)殘留煤層氣方法:工作面(I)回采過程中，距開切眼(2) 5?1m處開始在回采巷道(3)底部鋪設(shè)直徑為30?50cm的管路(4)，沿管道(4)長度方向的管壁上每隔10?20m設(shè)有與管道(4)軸向平行且對稱分布的4條長為I?3m、寬為0.5?3cm的縫槽(5)，且在縫槽(5)兩端設(shè)有高為15?25cm的擋板(6)。在縫槽(5)上緊密纏繞直徑為5?15cm、抗壓強(qiáng)度為5?1MPa的高壓軟管(7)。當(dāng)纏有高壓軟管(7)的管道(4)全部進(jìn)入采空區(qū)(8)時(shí)，向高壓軟管(7)中注入2?5MPa的高壓水，對管道(4)進(jìn)行“讓壓”保護(hù)，防止破碎煤巖破壞管道(4)和堵塞氣孔，注水結(jié)束后捆扎高壓軟管(7)。工作面(I)回采結(jié)束后，在停采線(9)處設(shè)有厚為2?5m的密閉墻(10)。管路⑷穿過密閉墻(10)并連接至地面(11)，與CO2儲氣罐(12)連通，儲氣罐(12)出氣口設(shè)有第一閥門(13)。由地面(11)每隔200?300m沿采空區(qū)(8)中部向下施工鉆井(14)，直至鉆井(14)底部距采空區(qū)⑶上部20?40m，由地面向鉆井(14)內(nèi)插入抽采管(16)，且抽采管(16)上設(shè)有第二閥門(17)。密封鉆井(14)井口后，抽采管(16)與泵站(15)相連。打開第一閥門(13)由CO2儲氣罐(12)沿管路(4)向采空區(qū)⑶內(nèi)注入C02。注入過程中，由于0)2密度大于CH4, 0)2首先占據(jù)采空區(qū)(8)下部空間，又因采空區(qū)(8)頂部破碎煤巖對CO2的吸附性更強(qiáng)，原本吸附的014被置換出，逐漸向上運(yùn)移至采空區(qū)(8)頂部積聚。打開第二閥門(17)開始抽采采空區(qū)⑶內(nèi)殘留煤層氣。當(dāng)抽采管(16)內(nèi)的0)2濃度高于10%時(shí)，關(guān)閉第一閥門(13)和第二閥門(17)，停止注入CO2和抽采殘留煤層氣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.煤礦老空區(qū)協(xié)同封存二氧化碳抽采殘留煤層氣的方法，其特征在于包括下述步驟: a、工作面(I)回采過程中，從距開切眼(2)5?1m處開始在回采巷道(3)底部鋪設(shè)直徑為30?50cm的管道(4),在管道(4)長度方向的管壁上每隔10?20m設(shè)有與管道(4)軸向平行且對稱分布的4條長為I?3m、寬為0.5?3cm的縫槽(5)，且在縫槽(5)兩端設(shè)有高為15?25cm的擋板(6)； b、在縫槽(5)上緊密纏繞直徑為5?15cm、抗壓強(qiáng)度為5?1MPa的高壓軟管(7)，當(dāng)纏有高壓軟管(7)的管道(4)全部進(jìn)入采空區(qū)(8)時(shí)，向高壓軟管(7)中注入2?5MPa的高壓水，注水結(jié)束后捆扎高壓軟管(7)注水口 ； C、工作面⑴回采結(jié)束后，在停采線(9)處設(shè)有厚為2?5m的密閉墻(10)，管道(4)穿過密閉墻(10)并連接至地面(11)，與CO2儲氣罐(12)連通，儲氣罐(12)出氣口設(shè)有第一閥門(13)； d、由地面(11)每隔200?300m沿采空區(qū)(8)中部向下施工鉆井(14)，直至鉆井(14)底部距采空區(qū)(8)上部20?40m，由地面(11)向鉆井(14)內(nèi)插入抽采管(16)，且抽采管(16)上端設(shè)有第二閥門(17); 密封鉆井(14)井口后，抽采管(16)與泵站(15)相連； e、打開第一閥門(13)，由CO2儲氣罐(12)沿管道(4)向采空區(qū)⑶內(nèi)注入CO2，同時(shí)打開第二閥門(17)開始抽采采空區(qū)(8)內(nèi)被CO2置換出的殘留煤層氣； f、當(dāng)抽采管(16)內(nèi)的0)2濃度高于10%時(shí)，關(guān)閉第一閥門(13)和第二閥門(17)，停止注入CO2和抽采殘留煤層氣。
【專利摘要】煤礦老空區(qū)協(xié)同封存二氧化碳抽采殘留煤層氣的方法，工作面回采過程中，在回采巷道底部鋪設(shè)管道，每隔一定距離沿管道軸向開設(shè)縫槽，在縫槽兩端設(shè)置擋板，并在縫槽上纏繞高壓軟管，通過向高壓軟管中注入一定壓力的水，對管道進(jìn)行“讓壓”保護(hù)，防止采空區(qū)內(nèi)破碎煤巖破壞管道和堵塞氣孔。工作面回采結(jié)束后，在停采線處設(shè)密閉墻，將管道連通至地面，并由地面向采空區(qū)上部施工鉆井。由地面沿管路向采空區(qū)內(nèi)注入CO2，由于CO2密度大于CH4，且采空區(qū)底部遺留的破碎煤巖對CO2的吸附性更強(qiáng)，原本吸附的CH4被置換出，在采空區(qū)頂部積聚，并由鉆井進(jìn)行抽采。本方法具有二氧化碳封存與殘留煤層氣開發(fā)利用的雙重效益。
【IPC分類】E21B43-16, E21F7-00
【公開號】CN104696005
【申請?zhí)枴緾N201510055353
【發(fā)明人】胡勝勇, 高嬙, 陳春諫, 張祥
【申請人】太原理工大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月3日