[发明专利]一种基于分层进路尾砂胶结充填采矿的采空区碳封存方法

权利要求书

1.一种基于分层进路尾砂胶结充填采矿的采空区碳封存方法，其特征在于：在分层进路尾砂胶结充填采矿基础上，利用气密材料（1）在金属矿的矿体（12）边界建设密封层封闭整个采空区，利用边帮高强度尾砂胶结充填体（5）、气密性人工假顶（6）或气密性人工假底（7）以及采空区内间隔充填的尾砂胶结充填体（4）支撑采空区整体框架，根据实地情况在采空区预留CO₂封存空区（2）或高孔隙度的CO₂封存废石充填区（3），碳封存初期利用管路向CO₂封存空区（2）或CO₂封存废石充填区（3）充入CO₂，依靠矿体（12）边界上的气密材料（1）把CO₂密封在采空区内，随着空区内封存的CO₂扩散进入尾砂胶结充填体（4），与尾砂胶结充填体（4）中的基性尾砂和水泥水化产物反应，消耗CO₂的同时生成高强度的碳酸钙CaCO₃和具有胶凝作用的硅胶SiO₂‧nH₂O，从而提高尾砂胶结充填体（4）整体强度和气密性，降低尾砂胶结充填体（4）孔隙度，实现大量、长期且安全的碳封存；

具体步骤如下：

步骤1. 按回字形开采当前分层矿体边帮，利用气密材料（1）封闭除联络巷外的边帮，留采场联络巷（10）以及分层联络巷（11）服务当前开采的分层；

步骤2. 用分层进路充填法开采除边帮外的内部矿体（12），若采用下向分层进路充填采矿法开采矿体（12），使用尾砂胶结充填体（4）间隔充填采空的进路，预留出CO₂封存空区（2），若采用上向分层进路充填采矿法，则使用尾砂胶结充填体（4）和废石间隔充填采空的进路形成CO₂封存废石充填区（3）；

步骤3. 当前分层作业结束后，在采场联络巷（10）和分层联络巷（11）架设由CO₂封存空区（2）或CO₂封存废石充填区（3）至分段运输巷（8）的CO₂管道（9），然后使用气密材料（1）封闭采场联络巷（10）和分层联络巷（11）；

步骤4. 按分层开采顺序，逐层重复步骤1–3，直至当前中段作业结束，将捕集的CO₂通过沿回风路径布置的CO₂管道注入CO₂封存空区（2）或CO₂封存废石充填区（3），同时开采作业转移至下一中段，随采深和地温增大，CO₂以气态至超临界态长期封存。

2.根据权利要求1所述的一种基于分层进路尾砂胶结充填采矿的采空区碳封存方法，其特征在于：开采过程中对矿体（12）中段、分段、分层的划分，以及沿矿体深度方向的开采及充填顺序与分层进路充填采矿法完全一致；每分层的进路划分为围岩和矿体边界上的边帮进路和矿体内部进路，每分层进路的作业方式为，按回字形顺序开采及封闭边帮进路，依从由矿体两帮进路向矿体中间进路逐渐推进的原则开采及充填内部进路，若遇上需要预留CO₂封存空区（2）或高孔隙度的CO₂封存废石充填区（3）的进路，则先跳过该进路，开采及充填下一条进路，当需要预留CO₂封存空区（2）或高孔隙度的CO₂封存废石充填区（3）的进路的两侧进路均充填后，再开采该进路，然后留空或者废石充填形成CO₂封存空区（2）或高孔隙度的CO₂封存废石充填区（3）。

3.根据权利要求1所述的一种基于分层进路尾砂胶结充填采矿的采空区碳封存方法，其特征在于：

用气密材料（1）封闭除联络巷外的边帮的方法如下：对边帮进路靠围岩侧的外侧采用高强度尾砂胶结充填体（5）充填，边帮进路靠矿体的内侧采用气密材料（1）充填，并在气密材料（1）和内部未开采矿块间保留1/10边帮进路宽度作为崩矿冲击的隔离空间，保护两帮充填体和密封材料；

用气密材料（1）封闭边帮联络巷的方法如下：对分层联络巷（11）靠矿体侧的内侧采用气密材料（1）充填，对分层联络巷（11）靠围岩侧的外侧用高强度尾砂胶结充填体（5）充填，采场联络巷（10）全部用尾砂胶结充填体（4）充填。