[發明專利]一種二氧化碳和水混合流體壓裂石灰巖頂板的方法有效
| 申請號： | 201811414272.0 | 申請日： | 2018-11-26 |
| 公開（公告）號： | CN109372510B | 公開（公告）日： | 2020-08-25 |
| 發明（設計）人： | 賈金龍;柴修偉 | 申請（專利權）人： | 武漢工程大學 |
| 主分類號： | E21C37/14 | 分類號： | E21C37/14 |
| 代理公司： | 北京輕創知識產權代理有限公司 11212 | 代理人： | 楊立;馮瑛琪 |
| 地址： | 430000 湖北省武*** | 國省代碼： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 二氧化碳 混合 流體 石灰巖 頂板 方法 | ||
本發明涉及一種二氧化碳和水混合流體壓裂石灰巖頂板的方法，選取鉆孔位置及鉆孔參數在采空區的石灰巖頂板施工設置壓裂鉆孔，將壓裂裝置插入鉆孔；在CO2/H2O混合流體生成裝置通入H2O和CO2制備CO2/H2O混合流體；接通壓裂裝置和CO2/H2O混合流體生成裝置，對石灰巖頂板進行壓裂。根據本發明的方法將高壓物理作用，水軟化以及化學腐蝕協同作用于石灰巖頂板，可得到較好的壓裂效果，同時利用工廠化石燃料的廢氣作為CO2氣體來源，合理利用資源的同時還能保護環境。
技術領域
本發明涉及煤礦開采技術領域，尤其是本發明公開一種二氧化碳和水混合流體壓裂石灰巖頂板的方法。
背景技術
山西省太原組煤層頂板多為石灰巖，具有厚度大、強度高的特點，采空區懸露的石灰巖頂板不易垮落。大面積懸露的采空區石灰巖頂板發生突然垮落時，可造成工作面暴風事故，破壞工作面內的機械設備和造成人員的傷亡，影響礦井的安全高效開采。為確保礦井安全高效開采，采空區懸露的厚硬石灰巖頂板需要及時放頂處理。
目前常采用的堅硬頂板治理方法大致可以歸為四類：支撐法、爆破法、注水軟化法和水力壓裂法。其中，支撐法是一種傳統的被動的支撐堅硬頂板的方法，其不能從根本上治理堅硬頂板，只能從支撐堅硬頂板角度來避免堅硬頂板突然冒落；爆破法可使頂板破斷垮落，消除應力集中，釋放頂板聚積的彈性能，從而減少沖擊地壓發生的可能和避免堅硬頂板大面積懸空的危害，但爆破法施工工序復雜、成本高、污染井下空氣，甚至可能引發瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出事故，故不安全；注水軟化法較安全，可在井下平行作業，對生產影響小，但對于組成堅硬頂板的石灰巖單純的注水軟化效果并不明顯。水力壓裂治理堅硬頂板的方法是通過壓裂鉆孔向目標層注入高壓水以破壞堅硬頂板巖石的完整性，其對堅硬頂板的作用主要表現為壓裂，其次還有軟化的作用。壓力水注入注水孔后，水對巖體的作用首先是軟化，軟化降低了巖體的強度，是壓裂巖體的前提，也是降低巖體強度的最終目的；壓裂可進一步構通巖體的空隙，使巖體的軟化范圍更加擴大，同時壓裂也是使巖體裂解的最終目的。軟化和壓裂的共同作用，使巖體的強度下降。
空氣中二氧化碳含量過高所導致的溫室效應對人類生存環境影響顯著，溫室效應就主要是由于現代化工業社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣等化石能源，這些化石能源燃燒后放出大量的二氧化碳氣體進入大氣造成大氣環境溫度變化，捕集與封存CO2是解決溫室效應的重要方法。二氧化碳封存的方法主要分為地質封存和海洋封存兩類，鹵水層、不可采煤層、廢棄油氣田為 CO2地質封存的常見地質體類型。
考慮到厚硬石灰巖頂板壓裂處理的必要性與石灰巖成分組成以碳酸鈣 CaCO3為主，將CO2/H2O混合流體應用于壓裂石灰巖頂板。CO2壓裂過程中，碳酸鈣CaCO3在二氧化碳CO2和水H2O環境下反應生成碳酸氫鈣Ca(HCO3)2，可使石灰巖頂板形成孔洞，降低石灰巖頂板的強度，提高石灰巖頂板的壓裂效果，壓裂所用的溫室氣體CO2取工廠化石燃料燃燒產生的廢氣，CO2/H2O混合流體壓裂石灰巖頂板對防治礦井災害發生與環境保護的雙重意義，利用化石燃料燃燒產生的廢氣生成CO2/H2O混合流體壓裂液對壓裂處理采空區內堅硬頂板具有很好的指導作用。
發明內容
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