[发明专利]CO2

说明书

本发明公开一种CO₂矿化纳米硅胶注浆材料阻断岩层微裂隙渗透的方法，适用于煤矿井下使用。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，根据工作面采深及空隙压力梯度计算最大孔隙压力；将硅基材料与水按质量比1:100～50:100混合得到基液；将纳米颗粒与基液按质量比1:1000～100:1000混合得到纳米流体；将纳米流体通过注浆管道与顶底板注浆钻孔分别注入上行微裂隙发育区和下行微裂隙发育区中，压力不再变化时停止注入，最后将CO₂气体分别注入上行微裂隙发育区和下行微裂隙发育区中形成原位纳米硅胶，从而封闭微裂隙。其步骤简单，使用方便，具有广泛的实用性。

技术领域

该专利旨在发明一种阻断岩层微裂隙渗透的方法，尤其适用于煤炭开采技术领域的CO₂矿化纳米硅胶注浆材料阻断岩层微裂隙渗透性方法。

背景技术

煤矿开采后，采空区顶板和底板岩层失稳，导致围岩变形，破坏，岩层扰动及裂隙发育改变了地下渗流场分布，形成了以采空区为集水区，以导水裂隙为渗流中心的地下水漏斗，造成地下水和地表水大量流失，导致环境破坏，如植物干枯及沙漠化等问题。如不解决，水将渗入采空区，最终导致涌水，引发安全事故。

在过去的几十年，煤矿开采中的生态问题开始被广泛关注，水资源保护和利用是绿色开采的重大挑战，为了防治含水层、地表水大量流失和开采造成的环境破坏，应对开采前后带来的破坏进行预处理。其中，裂隙的形成对含水层直接渗水有明显的影响，用水泥浆液或化学浆液注浆能够有效阻断渗水。微裂隙对前期渗水影响较小，但是长期接触含水层，岩石内的矿物质在水的作用(公式4)下被分解，导致微裂隙发育形成大裂隙，所以研究微裂隙预处理可以有效防治渗水及裂隙发育后的一系列问题。

常规水泥浆液适用于采空区上层的大裂隙，但是在开采过程中，裂隙区上方还存在微裂隙，这些微裂隙平均宽度小于0.15mm。水泥浆液中分布有直径较大的颗粒，具有较高的初始黏度(100～1200mPa.s)，导致水泥浆液无法有效注入微裂隙，增加注射压力会发生二次压裂，导致微裂隙扩展成大裂隙，不但无法注浆加固，反而会形成导水通道。因此有必要研发一种能够渗入微裂隙并有效阻断渗水路径的浆液。

另外，我国长期以煤炭为主要能源，煤炭使用排放的CO₂占我国总排放量的72％及全球的28％，导致全球变暖、气候变化等问题。为了控制大气中不断增加的CO₂浓度，缓解气候变化问题，CO₂的高效处理、封存和利用已经迫在眉睫。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种步骤简单，使用效果好的CO₂矿化纳米硅胶注浆材料阻断岩层微裂隙渗透的方法。

为实现上述技术目的，本发明的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等参数，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、间排距等施工参数；

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；