煤矿老空区协同封存二氧化碳抽采残留煤层气的方法

摘要

煤矿老空区协同封存二氧化碳抽采残留煤层气的方法，工作面回采过程中，在回采巷道底部铺设管道，每隔一定距离沿管道轴向开设缝槽，在缝槽两端设置挡板，并在缝槽上缠绕高压软管，通过向高压软管中注入一定压力的水，对管道进行“让压”保护，防止采空区内破碎煤岩破坏管道和堵塞气孔。工作面回采结束后，在停采线处设密闭墙，将管道连通至地面，并由地面向采空区上部施工钻井。由地面沿管路向采空区内注入CO2，由于CO2密度大于CH4，且采空区底部遗留的破碎煤岩对CO2的吸附性更强，原本吸附的CH4被置换出，在采空区顶部积聚，并由钻井进行抽采。本方法具有二氧化碳封存与残留煤层气开发利用的双重效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳封存及残留煤层气抽采的方法，尤其适用于煤矿老空区协同封存二氧化碳与开发残留煤层气。

背景技术

随着全球气候变暖，作为主要温室效应气体的CO₂处置问题已成为全球相关科学家关注的热点。为了解决CO₂对人类生存环境带来的灾害，地质处置被公认为是解决温室气体环境影响问题的有效途径之一。其中深部不可开采煤层储存CO₂被认为是最经济的CO₂处置方式，通过向不可采煤层中注入CO₂，不仅可地质封存CO₂，还可对清洁能源-煤层气（CH₄）进行回收。

但随着煤炭开采技术的快速发展，未来这些不可采煤层将变得可采，其带来的CO₂突出问题将比CH₄突出更为严重。

煤炭开采所带来的大面积老空区本身就是天然的优良瓦斯存储罐，同时也是威胁安全生产的重大危险源，其中储存的大量高浓度瓦斯在通风负压的作用和大气压力变化的情况下，可能会通过密闭墙或煤柱裂隙进入采区或矿井巷道中，增加通风负担和不安全因素。因此，对于老空区瓦斯的抽采十分必要，同时若加以合理开发利用，其丰富的高浓度瓦斯对煤层气产业的开发具有极其重要的意义。目前我国煤矿老空区的瓦斯抽采并不理想，因此急需寻求一种既能合理封存CO₂又能提高老空区瓦斯抽采率的方法。

发明内容

本发明的目的在于解决二氧化碳的老空区封存以及老空区内残留煤层气抽采效率较低的问题，提供一种煤矿老空区协同封存二氧化碳抽采残留煤层气的方法。

本发明的技术方案：煤矿老空区协同封存二氧化碳抽采残留煤层气的方法，具体步骤如下：

a、工作面回采过程中，从距开切眼5～10m处开始在回采巷道底部铺设直径为30～50cm的管道，管道管壁上每隔10～20m设有与管道轴向平行且对称分布的4条长为1～3m、宽为0.5～3cm的缝槽，且在缝槽两端设有高为15～25cm的挡板。

b、在缝槽上紧密缠绕直径为5～15cm、抗压强度为5～10MPa的高压软管。当缠有高压软管的管道全部进入采空区时，向高压软管中注入2～5MPa的高压水，注水结束后捆扎高压软管注水口。

c、工作面回采结束后，在停采线处设有厚为2～5m的密闭墙。管路穿过密闭墙并连接至地面，与CO₂储气罐连通，储气罐出气口设有第一阀门。

d、由地面每隔200～300m沿采空区中部向下施工钻井，直至钻井底部距采空区上部20～40m，由地面向钻井内插入抽采管，且抽采管上端设有第二阀门。密封钻井井口后，抽采管与泵站相连。

e、打开第一阀门，由CO₂储气罐沿管路向采空区内注入CO₂。同时打开第二阀门开始抽采采空区内被CO₂置换出的残留煤层气。

f、当抽采管内的CO₂浓度高于10%时，关闭第一阀门和第二阀门，停止注入CO₂和抽采残留煤层气。

本发明的有益效果：

  （1）采用高压柔性护管技术，通过向柔性管中注入一定压力的水，对管道进行“让压”保护，防止破碎煤岩破坏管道和堵塞气孔；

  （2）运用CO₂密度大于CH₄以及采空区顶部破碎煤岩体对CO₂的吸附性更大的特性，在向采空区内注入CO₂的过程中，CO₂首先占据采空区下部空间，破碎煤岩体原本吸附的CH₄被置换出，逐渐向上运移至采空区顶部积聚，此时由钻井将采空区内CH₄抽采出，极大地提高了采空区瓦斯抽采效率；

  （3）将CO₂封存至煤矿老空区，不仅减少了向大气中排放的CO₂量，缓解温室效应，同时可有效抑制老空区遗煤自然发火现象，增强了矿井安全性；

  （4）将采空区内原本被遗弃的残留煤层气资源进行开发利用，具有二氧化碳封存与残留煤层气资源开发利用的双重效益。

附图说明

图1是工作面回采过程中铺设管路示意图

   图2是本发明的原理示意图

   图3是管道缝槽示意图

   图4是图3中A—A剖面图

   图中：1—工作面，2—开切眼，3—回采巷道，4—管道，5—缝槽，

   6—挡板，7—高压软管，8—采空区，9—停采线，10—密闭墙，

   11—地面，12—CO₂储气罐，13—第一阀门，14—钻井，15—泵站，

   16—抽采管，17—第二阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实例作进一步描述：

    本发明的煤矿老空区协同封存二氧化碳与开发残留煤层气方法：工作面(1)回采过程中，距开切眼(2)5～10m处开始在回采巷道(3)底部铺设直径为30～50cm的管路(4)，沿管道(4)长度方向的管壁上每隔10～20m设有与管道(4)轴向平行且对称分布的4条长为1～3m、宽为0.5～3cm的缝槽(5)，且在缝槽(5)两端设有高为15～25cm的挡板(6)。在缝槽(5)上紧密缠绕直径为5～15cm、抗压强度为5～10MPa的高压软管(7)。当缠有高压软管(7)的管道(4)全部进入采空区(8)时，向高压软管(7)中注入2～5MPa的高压水，对管道(4)进行“让压”保护，防止破碎煤岩破坏管道(4)和堵塞气孔，注水结束后捆扎高压软管(7)。工作面(1)回采结束后，在停采线(9)处设有厚为2～5m的密闭墙(10)。管路(4)穿过密闭墙(10)并连接至地面(11)，与CO₂储气罐(12)连通，储气罐(12)出气口设有第一阀门(13)。由地面(11)每隔200～300m沿采空区(8)中部向下施工钻井(14)，直至钻井(14)底部距采空区(8)上部20～40m，由地面向钻井(14)内插入抽采管(16)，且抽采管(16)上设有第二阀门(17)。密封钻井(14)井口后，抽采管(16)与泵站(15)相连。打开第一阀门(13)由CO₂储气罐(12)沿管路(4)向采空区(8)内注入CO2。注入过程中，由于CO₂密度大于CH₄，CO₂首先占据采空区(8)下部空间，又因采空区(8)顶部破碎煤岩对CO₂的吸附性更强，原本吸附的CH₄被置换出，逐渐向上运移至采空区(8)顶部积聚。打开第二阀门(17)开始抽采采空区(8)内残留煤层气。当抽采管(16)内的CO₂浓度高于10%时，关闭第一阀门(13)和第二阀门(17)，停止注入CO₂和抽采残留煤层气。