[发明专利]一种利用煤矿废弃矿井采空区封存CO2的方法

权利要求书

1.一种利用煤矿废弃矿井采空区封存CO₂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：选择废弃的煤矿矿井，评估CO₂封存的能力和安全性，根据采空区围岩和上覆岩层完整程度以及透气性确定相应的封存压力，从而得到相应的封存能力；

S2：对发现的安全隐患通过岩移控制、留设和加固隔离煤柱、设置隔离墙、注浆堵塞缝隙进行处理以及人为设置独立封闭的封存单元；

S3：根据封存条件确定封存压力、温度、注入流量参数；

S4：将从地面固定排放源通过分离富集得到的CO₂按照S3所述的参数注入封存空间；

S5：利用井田内钻孔或井筒改造成测压井对井下CO₂封存状况进行监测。

2.根据权利要求1所述的利用煤矿废弃矿井采空区封存CO₂的方法，其特征在于，所述S4中封存空间包括主要储层和辅助储层；

所述主要储层为冒落带孔隙和井下废弃的永久性开拓巷道和硐室；所述辅助储层为冒落带上方基本顶岩层的裂隙构成的裂隙带、井田中残留煤柱原生裂隙和采动影响造成的压裂裂隙。

3.根据权利要求2所述的利用煤矿废弃矿井采空区封存CO₂的方法，其特征在于，所述辅助储层还包括岩石颗粒表面的吸附封存、地下水的溶解封存、CO₂与岩石发生化学反应生成碳酸盐封存和地下水水力圈闭封存。

4.根据权利要求1所述的利用煤矿废弃矿井采空区封存CO₂的方法，其特征在于，所述S1中评估CO₂封存的能力采用了以下计算模型：

假设采空区满足上覆密闭盖层和深度的要求，可以作为CO₂封存储层:

设开采面积为s，煤层厚度为m，则煤层开采后采空区体积为s×m；

设直接顶厚度为h，则煤层直接顶垮落后，采空区岩石初始堆积体积为s×(m+h)，空隙体积为s×m；

设地表最终下沉量为y，则采空区残留空隙体积为s×(m+h-y)-s×h＝s×(m-y)；

设CO₂封存密度为则采空区空隙CO₂封存量为

则单位开采量提供的采空区残留空隙CO₂封存能力为：

y/m定义为地表下沉系数q

则：

式中：

Q—单位开采量提供的CO₂封存量，t；

—CO₂封存密度，t/m³；

ρ_m—原煤埋藏密度，t/m³；

q—地表下沉系数，即地表最终下沉量和煤层开采厚度之比。

5.根据权利要求1所述的利用煤矿废弃矿井采空区封存CO₂的方法，其特征在于，所述S4具体步骤为：将从CO₂排放源排出的CO₂通过捕集车间进行搜集，再通过压缩车间进行压缩，压缩后的CO₂通过压缩注入车间注入废弃的煤矿矿井的封存空间，压缩后的CO₂也可以暂存在存储车间，之后再注入矿井的封存空间。