本發(fā)明涉及煤礦開(kāi)采，具體涉及一種基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法。

背景技術(shù)：

1、煤炭在保障我國(guó)能源安全中扮演著重要角色，仍面臨著從傳統(tǒng)利用方式向低碳高效開(kāi)采的根本轉(zhuǎn)變。隨著全球氣候變化和碳排放問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，礦山開(kāi)采行業(yè)迫切需要開(kāi)發(fā)具有固碳功能的充填材料，以減少二氧化碳排放，推動(dòng)綠色礦山建設(shè)。破解煤炭開(kāi)采與消費(fèi)過(guò)程中大規(guī)模采空區(qū)形成、大量co2排放的現(xiàn)實(shí)難題已迫在眉睫。

2、傳統(tǒng)的具有固碳功能的充填材料的制備需要耗費(fèi)大量時(shí)間和資源，在其制作過(guò)程中通常產(chǎn)生大量的二氧化碳排放，傳統(tǒng)充填體材料多以水泥和矸石或廢石為基本材料，其密度大、吸能能力較差，難以滿足礦山開(kāi)采動(dòng)力災(zāi)害防控所需高抗壓、高吸能的需求。且現(xiàn)有的膏體充填材料在輕質(zhì)化、隔熱性等方面也存在明顯不足，難以適應(yīng)礦井動(dòng)態(tài)環(huán)境與動(dòng)力災(zāi)害防控的實(shí)際需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法制備獲得的膏體充填體具有低密度、高強(qiáng)度，良好的隔熱性能和可控的泡孔結(jié)構(gòu)，能夠在多種極端環(huán)境條件下長(zhǎng)期使用，能更好的適應(yīng)礦井動(dòng)態(tài)環(huán)境與動(dòng)力災(zāi)害防控的實(shí)際需求。

2、本發(fā)明的一種基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法，包括如下步驟：將煤基固廢原料經(jīng)破碎、研磨后與拌合水以小于60r/min的速度攪拌混合后制備成煤基固廢料漿；

3、將制備好的煤基固廢料漿注入預(yù)熱好的高溫高壓混合器中進(jìn)行攪拌，并在攪拌過(guò)程中持續(xù)注入超臨界co2；高溫高壓混合器的溫度保持在31℃以上，壓力保持在7.3mpa以上，以使超臨界co2在高溫高壓混合器內(nèi)保持在超臨界穩(wěn)定狀態(tài)，使其充分滲透到煤基固廢料漿中，形成超臨界co2和煤基固廢料漿混合物；

4、將超臨界co2和煤基固廢料漿混合物在高溫高壓下混合攪拌，形成泡沫膏體充填體母料，泡沫膏體充填體母料在高溫高壓下控制保溫保壓時(shí)間10-30min后卸壓，在卸壓過(guò)程中，超臨界co2由超臨界轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，在煤基固廢漿液中逐漸形成氣泡，形成大量以超臨界co2為泡核的具有固碳吸能功能膏體充填體。

5、作為優(yōu)選方式，所述煤基固廢料漿注入容積為高溫高壓混合器容積的1/3-1/2。

6、作為優(yōu)選方式，制備煤基固廢料漿時(shí)，以小于60r/min的速度攪拌6-10min。

7、作為優(yōu)選方式，高溫高壓混合器中超臨界co2和煤基固廢料漿混合物混合攪拌的速度為300-400r/min，攪拌時(shí)間為8-10min。

8、作為優(yōu)選方式，所述泡沫膏體充填體母料在保溫保壓后卸壓時(shí)，控制卸壓速度為2.5mpa/s，將高溫高壓混合器內(nèi)中的壓力逐步降至0-7.4mpa。

9、作為優(yōu)選方式，煤基固廢原料經(jīng)破碎、研磨后形成的粉末中，粒徑小于20μm的顆粒占比達(dá)到15％以上。

10、本發(fā)明還提供了上述一種基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法，制備獲得的具有固碳吸能功能膏體充填體。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中的煤基固廢原料經(jīng)破碎研磨成粒徑小于20μm細(xì)顆粒，同時(shí)在制備煤基固廢漿料的過(guò)程中，采用低速攪拌的方式，能夠避免空氣混入；同時(shí)在給制備好的煤基固廢料漿注入超臨界co2時(shí)，是在高溫高壓下邊攪拌邊注入，能夠在確保超臨界co2穩(wěn)定在超臨界狀態(tài)的基礎(chǔ)上，更充分的滲透到煤基固廢料漿中，形成超臨界co2和煤基固廢料漿混合物；同時(shí)超臨界co2和煤基固廢料漿混合物在高溫高壓下混合攪拌，避免了煤基固廢料漿中注入超臨界二氧化碳時(shí)，由于受到較高的壓力而導(dǎo)致煤基固廢料漿被壓實(shí)，成孔困難，不能形成發(fā)泡膏體充填體的問(wèn)題。通過(guò)本發(fā)明的上述制備方法制備出的具有固碳吸能功能膏體充填體性能優(yōu)異，具有密度低、輕質(zhì)化、高抗壓，隔熱性能良好和泡孔結(jié)構(gòu)可控的優(yōu)點(diǎn)，能夠在多種極端環(huán)境條件下長(zhǎng)期使用，適應(yīng)礦井動(dòng)態(tài)環(huán)境與動(dòng)力災(zāi)害防控的實(shí)際需求。

12、本發(fā)明中由于co2的溶解以及與水反應(yīng)產(chǎn)生碳酸，煤基固廢發(fā)泡膏體充填體漿液中的礦物質(zhì)發(fā)生碳酸化硬化，使充填體具有更好的強(qiáng)度和耐久性，并且由于co2氣泡的溶解和化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)，直徑大于1000納米的孔隙數(shù)量減少，增強(qiáng)了煤基固廢發(fā)泡膏體充填體漿液的抗壓強(qiáng)度，并最大限度地減少了孔隙率增加對(duì)煤基固廢co2發(fā)泡膏體充填體的負(fù)面影響。

13、本發(fā)明超臨界二氧化碳作為物理發(fā)泡劑，相較于傳統(tǒng)的化學(xué)發(fā)泡劑，其無(wú)毒，生產(chǎn)環(huán)境友善且低成本制作，具有高擴(kuò)散性和強(qiáng)滲透性，與煤基固廢漿體發(fā)生碳化反應(yīng)不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物，發(fā)泡效率顯著高于傳統(tǒng)化學(xué)發(fā)泡劑。且可在待充填空間(采空區(qū))指定下根據(jù)煤基固廢產(chǎn)量動(dòng)態(tài)調(diào)整配比充滿空間，既節(jié)省物料，又能以泡孔內(nèi)封存co2，形成內(nèi)壓承載上覆采動(dòng)巖體施加的動(dòng)靜載荷，同時(shí)吸收和耗散上覆巖層破斷產(chǎn)生的應(yīng)力波傳播，最終實(shí)現(xiàn)“近零生態(tài)損害、近零沖擊地壓及負(fù)碳開(kāi)采”的煤炭開(kāi)發(fā)利用全過(guò)程。本發(fā)明為礦井充填材料賦予了輕質(zhì)化、高抗壓、吸能、固碳、低成本等需求，保障了能源穩(wěn)定供應(yīng)，推進(jìn)了煤炭資源綠色低碳發(fā)展，解決了煤礦安全高效綠色低碳開(kāi)采的現(xiàn)實(shí)難題，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法，其特征在于，所述煤基固廢料漿注入容積為高溫高壓混合器容積的1/3-1/2。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法，其特征在于，制備煤基固廢料漿時(shí)，以小于60r/min的速度攪拌6-10min。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法，其特征在于，高溫高壓混合器中超臨界co2和煤基固廢料漿混合物混合攪拌的速度為300-400r/min，攪拌時(shí)間為8-10min。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法，其特征在于，所述泡沫膏體充填體母料在保溫保壓后卸壓時(shí)，控制卸壓速度為2.5mpa/s，將高溫高壓混合器內(nèi)中的壓力逐步降至0-7.4mpa。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法，其特征在于，煤基固廢原料經(jīng)破碎、研磨后形成的粉末中，粒徑小于20μm的顆粒占比達(dá)到15％以上。

7.如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的基于sc-co2發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法制備所獲得的具有固碳吸能功能膏體充填體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于SC?CO<subgt;2</subgt;發(fā)泡制備具有固碳吸能功能膏體充填體的方法，屬于煤礦開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的煤基固廢原料經(jīng)破碎、研磨后與拌合水以小于60r/min的速度攪拌混合后制備成煤基固廢料漿；在攪拌中持續(xù)注入超臨界狀態(tài)的CO<subgt;2</subgt;直至與設(shè)定的壓力相同，超臨界CO<subgt;2</subgt;滲透到煤基固廢料漿中，形成超臨界CO<subgt;2</subgt;和煤基固廢料漿混合物，超臨界CO<subgt;2</subgt;和煤基固廢料漿混合物經(jīng)渦輪式攪拌混合，形成泡沫膏體充填體母料，泡沫膏體充填體母料在高溫高壓混合器中控制保溫保壓10?30min后快速卸壓，形成大量以超臨界CO<subgt;2</subgt;為泡核的煤基固廢發(fā)泡膏體充填體，實(shí)現(xiàn)對(duì)膏體充填體母料的發(fā)泡，該充填體具有低密度、良好的隔熱性能和可控的泡孔結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：閆保旭,劉鵬豪,王澤航,王博,賀霞,劉玉梁,賈瀚文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8