[发明专利]CO2

权利要求书

1.一种CO₂矿化纳米硅胶注浆材料阻断岩层微裂隙渗透的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、对待施工的矿区的含水层水进行取样测试，确定含水层水中的钠离子、钙离子、碳酸氢根离子、镁离子和硫酸根离子的浓度；

步骤二、通过采高、采深、充填率、充填率对覆岩裂隙发育的影响程度系数、煤层倾角和工作面长度的参数，计算确定采矿活动扰动围岩导致的上行微裂隙发育高度和下行微裂隙发育深度，进而确定注浆钻孔的角度、深度、孔径、间排距的施工参数；

步骤三、根据工作面采深及空隙压力梯度计算最大孔隙压力；

步骤四、将硅基材料与水按质量比1:100～50:100进行混合，充分搅拌后得到基液；

步骤五、将纳米颗粒与基液按质量比1:1000～100:1000进行混合，并利用超声分散和搅拌后得到纳米流体；

步骤六、根据步骤二确定的施工参数施工注浆钻孔(14)，利用矿化纳米硅胶注浆系统将纳米流体罐(3)通过注浆管路(6)与顶底板注浆钻孔(14)分别注入上行微裂隙发育区(10)和下行微裂隙发育区(12)中，注入压力不超过最大孔隙压力，压力不再变化时停止注入；

步骤七、利用矿化纳米硅胶注浆系统通过顶底板的注浆钻孔(14)将CO₂气体分别注入上行微裂隙发育区(10)和下行微裂隙发育区(12)中，注入压力不超过最大孔隙压力，压力不再变化时停止注入，由于CO₂气体良好的渗透性，使CO₂气体与微裂隙发育区内的细微裂隙中注入的纳米流体罐(3)反应，形成原位纳米硅胶，从而封闭微裂隙。

2.根据权利要求1所述的CO₂矿化纳米硅胶注浆材料阻断岩层微裂隙渗透的方法，其特征在于所述矿化纳米硅胶注浆系统包括：CO₂罐(2)和纳米流体罐(3)，其中纳米流体罐(3)连接有提供注浆动力的高压泵站(1)，CO₂罐(2)和纳米流体罐(3)的出口通过三通切换阀连接有注浆管路(6)，注浆管路(6)上包括压力表和流量表的监测装置(5)。

3.根据权利要求1所述的CO₂矿化纳米硅胶注浆材料阻断岩层微裂隙渗透的方法，其特征在于步骤一中，对矿区含水层水进行取样测试，纳米硅胶适用的含水层水中钠离子浓度为0～5000μg/L、钙离子浓度为0～1000μg/L、碳酸氢根离子浓度为0～2000μg/L、镁离子浓度为0～1000μg/L、硫酸根离子浓度为0～2000μg/L。

4.根据权利要求1所述的CO₂矿化纳米硅胶注浆材料阻断岩层微裂隙渗透的方法，其特征在于步骤二中，采矿活动扰动围岩导致的上行微裂隙发育高度为：

式中，H_f为上行微裂隙发育高度，m；M为采高，m；为充填率；λ为充填率对覆岩裂隙发育的影响程度系数。

5.根据权利要求1所述的CO₂矿化纳米硅胶注浆材料阻断岩层微裂隙渗透的方法，其特征在于步骤二中，采矿活动扰动围岩导致的下行微裂隙发育深度为：

h＝0.0187H+0.2278α+3.4858M+0.0435L-8.2539

式中，h为下行微裂隙发育深度，m；H为采深，m；α为煤层倾角，°；L为工作面长度，m；M为采高，m。

6.根据权利要求1所述的CO₂矿化纳米硅胶注浆材料阻断岩层微裂隙渗透的方法，其特征在于步骤四中，基液的pH值为8～14，初始黏度为2～80mPa.s。

7.根据权利要求1所述的CO₂矿化纳米硅胶注浆材料阻断岩层微裂隙渗透的方法，其特征在于步骤五中，纳米颗粒粒径为5～500nm，纳米颗粒为非金属纳米颗粒、半金属颗粒或者磁性纳米颗粒，采用两步法制备纳米流体，其中搅拌时长为5～120分钟，搅拌速为100～2000r/min，大于20kHz超声分散时长为5～120分钟。