一种老废弃矿井放置废弃混凝土及封存二氧化碳的方法

摘要

本发明公开了一种老废弃矿井放置废弃混凝土及封存二氧化碳的方法，A、向老废弃矿井煤层气抽采管内脉动注入饱和石灰水；B、向矿井采空区内脉动注入饱和石灰水；C～D、将废弃混凝土输送到料斗内并通过振动器的振动从而使料斗进行废弃混凝土的粒径筛分；E～G、然后将筛分后的废弃混凝土分批次的输送到矿井采空区内，同时饱和石灰水使废弃混凝土在采空区内的分布更广，然后控制废弃混凝土的注入量；H～I、向矿井采空区内注入二氧化碳气体进行存贮后密封地面钻井。本发明将废弃混凝土充填到废弃矿井采空区内，同时将二氧化碳气体充入矿井采空区内，从而解决废弃混凝土放置、废弃矿井填充及二氧化碳封存的问题，降低土地污染及大气温室效应。

权利要求

1.一种老废弃矿井放置废弃混凝土及封存二氧化碳的方法，其特征在于，具体步骤为:

A、向储水箱（1）内注入饱和石灰水，打开第一阀门（2）、第二阀门（12）和第三阀门（15），启动脉动泵（4）输送，饱和石灰水依次经第一管路（3）、第二管路（11）、第三管路（14）、第五管路（19）和第六管路（27）进入煤层气抽采管（30），对煤层气抽采管（30）进行清洗，控制脉动后饱和石灰水的压力范围为5MPa～40MPa，脉动频率的变化为0.01Hz～0.1Hz，脉动注入时间为15min～25min；

B、采用钻井视频装置探测煤层气抽采管（30），确保煤层气抽采管（30）通畅后，关闭第三阀门（15），同时打开第四阀门（17），此时饱和石灰水依次经第一管路（3）、第二管路（11）和第四管路（16）进入地面钻井（29）下方的矿井采空区（31）内；

C、向料斗（6）内装入废弃混凝土，并记录进入料斗（6）内废弃混凝土体积，所述废弃混凝土的粒径范围0～10mm；

D、通过控制器（5）控制振动器（10）开始工作，此时料斗（6）随振动器（10）持续振动；

E、废弃混凝土在振动状态下，经过大孔径筛（7）和小孔径筛（8）的筛选，0～5mm粒径的废弃混凝土经第五管路（19）、第六管路（27）及煤层气抽采管（30）后进入矿井采空区（31），在脉动泵（4）作用下，饱和石灰水通过第四管路（16）脉动喷出饱和石灰水；

F、通过观察料斗（6）内大孔径筛（7）和小孔径筛（8）上废弃混凝土体积稳定时，打开小孔径筛（8），使粒径为5mm～10mm的废弃混凝土通过煤层气抽采管（30）进入矿井采空区（31）；

G、重复步骤D～F，激光测距仪（28）每分钟测量一次地面到采空区内废弃混凝土的距离，并传递给控制器（5），当测量的距离值等于煤层气抽采管（30）长度时，控制器（5）将信号反馈给振动器（10）和脉动泵（4），使振动器（10）和脉动泵（4）停止工作；

H、关闭第四阀门（17）和第五阀门（20），打开第六阀门（25），二氧化碳存贮装置（23）内的二氧化碳通过二氧化碳输送管（24）和第六管路（27）注入矿井采空区（31），所述二氧化碳的注入压力为1MPa～1.5MPa，二氧化碳的注入量为废弃混凝土体积的100～120倍；

I、待二氧化碳注入结束，关闭所有阀门并拆除装置，密封地面钻井（29）。

2. 根据权利要求1 所述的一种老废弃矿井放置废弃混凝土及封存二氧化碳的方法，其特征在于，所述控制器（5）为可编程逻辑控制器。

说明书

一种老废弃矿井放置废弃混凝土及封存二氧化碳的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种老废弃矿井放置废弃混凝土及封存二氧化碳的方法。

背景技术

[0002] 混凝土作为人类最大用量的建筑材料，其理论与技术已日趋成熟。然而目前大量混凝土被应用的同时对人居环境和生态系统带来了负面影响。中国建筑的平均寿命较短仅为35年，远低于欧洲70年的使用寿命，城市拆迁及工程改造也废弃了大量的混凝土，根据现有数据推算得出到2020年，我国废弃混凝土量将达到6.28亿吨，由于目前中国的废弃混凝土97%都是直接填埋和露天堆积，这样就会浪费了大量的土地资源，而且污染了环境。因此如何处理废弃混凝土既不会占用土地资源，也可以降低对环境的污染是亟需解决的问题。

[0003] 另外我国是世界上最大的煤炭生产和消费国。长期大规模高强度的煤炭开采产生了为数众多的废弃矿井和面积巨大的采空区，采空后会对采空区进行抽采煤层气；对于废弃矿井可划分为新废弃矿井和老废弃矿井，新废弃矿井是指已经停止生产，但是矿井中的运输设备还未拆除；而老废弃矿井是指矿井已经停产一定时间且矿井中的运输设备已完全拆除，并且对矿井进行封堵，但是目前这种封堵仅仅是封堵抽采井口，井下的采空区依然空缺，从而使采空区的地面易发生沉降、塌陷等灾害情况，因此如何对老废弃矿井的采空区进行填充后降低沉降、塌陷等灾害情况发生是亟需解决的问题。

[0004] 由于全球碳循环的失汇，即人类活动如矿物燃料燃烧与毁林等释放到大气中的二氧化碳超过同期地球大气中二氧化碳的增量及海洋吸收量的现象，这样就会导致大气中的二氧化碳越来越多，从而导致地球温室效应的加剧，最终导致全球出现极端天气的情况大大增加，虽然已知的材料中有些对二氧化碳气体具有吸收作用，如混凝土，但是由于混凝土都是用于建筑的构造，因此也不具有封存所需的密闭空间从而无法进行二氧化碳气体的封存，因此如何对人类活动后产生的二氧化碳气体进行封存使其不排放到大气中也是亟需解决的问题。

发明内容

[0005] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种老废弃矿井放置废弃混凝土及封存二氧化碳的方法，将废弃混凝土充填到废弃矿井采空区内，同时将二氧化碳气体充入矿井采空区内，从而解决废弃混凝土放置、废弃矿井填充及二氧化碳封存的问题，降低土地污染及大气温室效应。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种老废弃矿井放置废弃混凝土及封存二氧化碳的方法，具体步骤为:

[0007] A、向储水箱内注入饱和石灰水，打开第一阀门、第二阀门和第三阀门，启动脉动泵输送，饱和石灰水依次经第一管路、第二管路、第三管路、第五管路和第六管路进入煤层气抽采管，对煤层气抽采管进行清洗，控制脉动后饱和石灰水的压力范围为5MPa～40MPa，脉动频率的变化为0.01Hz～0.1Hz，脉动注入时间为15min～25min；

[0008] B、采用钻井视频装置探测煤层气抽采管，确保煤层气抽采管通畅后，关闭第三阀门，同时打开第四阀门，此时饱和石灰水依次经第一管路、第二管路和第四管路进入地面钻井下方的矿井采空区内；

[0009] C、向料斗内装入废弃混凝土，并记录进入料斗内废弃混凝土体积，所述废弃混凝土的粒径范围0～10mm；

[0010] D、通过控制器控制振动器开始工作，此时料斗随振动器持续振动；

[0011] E、废弃混凝土在振动状态下，经过大孔径筛和小孔径筛的筛选，0～5mm粒径的废弃混凝土经第五管路、第六管路及煤层气抽采管后进入矿井采空区，同时饱和石灰水通过第四管路脉动喷出饱和石灰水将堆积的废弃混凝土冲散，使废弃混凝土随饱和石灰水的水流在采空区内的分布面积更广；

[0012] F、通过观察料斗内大孔径筛和小孔径筛上废弃混凝土体积稳定时，打开小孔径筛，使粒径为5mm～10mm的废弃混凝土通过煤层气抽采管进入矿井采空区；

[0013] G、重复步骤D～F，激光测距仪每分钟测量一次地面到采空区内废弃混凝土的距离，并传递给控制器，当测量的距离值等于煤层气抽采管长度时，控制器将信号反馈给振动器和脉动泵，使振动器和脉动泵停止工作；

[0014] H、关闭第四阀门和第五阀门，打开第六阀门，二氧化碳存贮装置内的二氧化碳通过二氧化碳输送管路和第六管路注入矿井采空区，所述二氧化碳的注入压力为1MPa～1.5MPa，二氧化碳的注入量为废弃混凝土体积的100～120倍；

[0015] I、待二氧化碳注入结束，关闭所有阀门并拆除装置，密封地面钻井。

[0016] 进一步，所述控制器为可编程逻辑控制器。

[0017] 与现有技术相比，本发明通过脉动泵将饱和石灰水先注入煤层气抽采管内，从而能更好的清理煤层气抽采管，确保抽采管的通畅，有利于后续向采空区内通畅的输送废弃混凝土；在将废弃混凝土输送到采空区内时，采用激光测距仪实时测量地面到矿井采空区内废弃混凝土的距离，有助于准确掌握废弃混凝土的运送进度，防止废弃混凝土堵塞煤层气抽采管的底部管口，确保后续二氧化碳注入的通畅性；通过大孔径筛和小孔径筛的联合作用，其中大孔径筛起到料斗内的废弃混凝土均匀的输送到小孔径筛上，便于小孔径筛的粒径筛分作用，实现废弃混凝土粒径的从小到大逐步运送，有助于提高采空区废弃混凝土的存放量；另外在废弃混凝土运送过程中脉动注入饱和石灰水，能及时将在采空区内堆积的废弃混凝土冲散，使废弃混凝土随饱和石灰水的水流在采空区内的分布面积更广，有利于存贮更多的废弃混凝土，而且石灰水中的氢氧化钙成分能进一步加强对二氧化碳的吸收和封存，减轻二氧化碳引起的温室效应；由于二氧化碳的密度比空气重，被注入的二氧化碳在自身重力作用下，向废弃混凝土堆积底部扩散，与废弃混凝土及石灰水的氢氧化钙反应，完成二氧化碳的封存。综上所述，本发明将废弃混凝土充填到废弃矿井采空区内，同时将二氧化碳气体充入矿井采空区内，从而解决了废弃混凝土放置、废弃矿井填充及二氧化碳封存的问题，进而实现降低土地污染、防止采空区沉降、塌陷及治理大气温室效应的作用。

附图说明

[0018] 图1是本发明所采用的输送系统的结构示意图。

[0019] 图中：1、储水箱；2、第一阀门；3、第一管路；4、脉动泵；5、控制器；6、料斗；7、大孔径筛；8、小孔径筛；9、透明塑料盖；10、振动器；11、第二管路；12、第二阀门；13、第一三通阀；14、第三管路；15、第三阀门；16、第四管路；17、第四阀门；18、四分出水口；19、第五管路；20、第五阀门；21、第二三通阀；22、高压密封盖；23、二氧化碳存贮装置；24、二氧化碳输送管；
25、第六阀门；26、第三三通阀；27、第六管路；28、激光测距仪；29、地面钻井；30、煤层气抽采管；31、矿井采空区；32、垮落物。

具体实施方式

[0020] 下面将对本发明作进一步说明。

[0021] 如图1所示，本发明包括储水箱1、第一管路3、脉动泵4、控制器5、料斗6、大孔径筛7、小孔径筛8、振动器10、第二管路11、第一三通阀13、第三管路14、第四管路16、第五管路
19、第二三通阀21、高压密封盖22、二氧化碳存贮装置23、二氧化碳输送管24、第三三通阀
26、第六管路27和激光测距仪28，储水箱1通过第一管路3与脉动泵4的进口连通，脉动泵4的出口通过第二管路11与第一三通阀13其中一个端口连通，第一三通阀13另外两个端口分别与第三管路14的一端和第四管路16的一端连通，第三管路14的另一端与第二三通阀21其中一个端口连通，第二三通阀21另外两个端口分别与料斗6的出料口和第五管路19的一端连通，料斗6设置在第二三通阀21上方，所述大孔径筛7和小孔径筛8均水平设置在料斗6内且大孔径筛7处于小孔径筛8上方，振动器10固定在料斗6外表面；第五管路19的另一端与第三三通阀26其中一个端口连通，第三三通阀26另外两个端口分别与第六管路27的一端和二氧化碳输送管24的一端连通，二氧化碳输送管24的另一端与二氧化碳存贮装置23连通；高压密封盖22密封固定在煤层气抽采管30的端口，第四管路16的另一端穿过高压密封盖22伸入到矿井采空区31内，第六管路27的另一端穿过高压密封盖22伸入到煤层气抽采管30内，所述激光测距仪28与高压密封盖22固定连接；

[0022] 所述第一管路3上设有第一阀门2，第二管路11上设有第二阀门12、第三管路14上设有第三阀门15、第四管路16上设有第四阀门17，料斗6与第二三通阀21之间设有第五阀门20，二氧化碳输送管24上设有第六阀门25；

[0023] 所述控制器5与脉动泵4、振动器10和激光测距仪28连接。

[0024] 进一步，所述第四管路16的另一端处于垮落物32上方0.1m～0.2m。处于这个距离可便于饱和石灰水的喷出。

[0025] 进一步，所述第四管路16的另一端设有四分出水口18。采用这种结构可使第四管路16输出的饱和石灰水向四周均匀喷出，从而增加饱和石灰水在采空区内的分布范围更大且更均匀。

[0026] 进一步，所述料斗6的进料口上设有透明塑料盖9。设置透明塑料盖9防止料斗6在运动时废弃混凝土颗粒会从料斗6的进料口飞溅出去，另外采用透明设置可便于工作人员实时观察料斗6内废弃混凝土的输送情况。

[0027] 进一步，所述控制器5为可编程逻辑控制器。这种控制器5不仅结构稳定，而且便于设定所需执行的控制程序。

[0028] 进一步，所述大孔径筛7的筛孔直径为10mm，小孔径筛8的筛孔直径为5mm。采用这种筛孔直径，可使废弃混凝土减少相互之间的间隙，从而尽可能多的存贮在采空区内。

[0029] 本发明的具体步骤为:

[0030] A、向储水箱1内注入饱和石灰水，打开第一阀门2、第二阀门12和第三阀门15，启动脉动泵4输送，饱和石灰水依次经第一管路3、第二管路11、第三管路14、第五管路19和第六管路27进入煤层气抽采管30，对煤层气抽采管30进行清洗，控制脉动后饱和石灰水的压力范围为5MPa～40MPa，脉动频率的变化为0.01Hz～0.1Hz，脉动注入时间为15min～25min；

[0031] B、采用钻井视频装置探测煤层气抽采管30，确保煤层气抽采管30通畅后，关闭第三阀门15，同时打开第四阀门17，此时饱和石灰水依次经第一管路3、第二管路11和第四管路16进入地面钻井29下方的矿井采空区31内；

[0032] C、向料斗6内装入废弃混凝土，并记录进入料斗6内废弃混凝土体积，所述废弃混凝土的粒径范围0～10mm；

[0033] D、通过控制器5控制振动器10开始工作，此时料斗6随振动器10持续振动；使得废弃混凝土在料斗6内运动便于不同粒径的废弃混凝土通过大孔径筛7和小孔径筛8；

[0034] E、废弃混凝土在振动状态下，经过大孔径筛7和小孔径筛8的筛选，0～5mm粒径的废弃混凝土经第五管路19、第六管路27及煤层气抽采管30后进入矿井采空区31，在脉动泵4作用下，饱和石灰水通过第四管路16脉动喷出饱和石灰水，能及时将堆积的废弃混凝土冲散，使废弃混凝土随饱和石灰水的水流在采空区内的分布面积更广；

[0035] F、通过观察料斗6内大孔径筛7和小孔径筛8上废弃混凝土体积稳定时，打开小孔径筛8，使粒径为5mm～10mm的废弃混凝土通过煤层气抽采管30进入矿井采空区31；

[0036] G、重复步骤D～F，激光测距仪28每分钟测量一次地面到采空区内废弃混凝土的距离，并传递给控制器5，当测量的距离值等于煤层气抽采管30长度时，控制器5将信号反馈给振动器10和脉动泵4，使振动器10和脉动泵4停止工作；

[0037] H、关闭第四阀门17和第五阀门20，打开第六阀门25，二氧化碳存贮装置23内的二氧化碳通过二氧化碳输送管24和第六管路27注入矿井采空区31，所述二氧化碳的注入压力为1MPa～1.5MPa，二氧化碳的注入量为废弃混凝土体积的100～120倍；

[0038] I、待二氧化碳注入结束，关闭所有阀门并拆除装置，密封地面钻井。

[0039] 进一步，所述控制器5为可编程逻辑控制器。这种控制器5不仅结构稳定，而且便于设定所需执行的控制程序。