本發(fā)明涉及煤礦安全開采，尤其涉及一種高壓表面活性劑溶液防治礦井多災(zāi)害暨封存co2的方法。

背景技術(shù)：

1、煤炭是能源供應(yīng)的重要組成部分，為日常生活提供了電力、供暖等基礎(chǔ)保障，確保了社會的正常運轉(zhuǎn)。特別是在一些能源基礎(chǔ)設(shè)施相對薄弱的地區(qū)，煤炭的穩(wěn)定供應(yīng)對于滿足民眾的基本能源需求至關(guān)重要。其次，煤炭的開采和銷售促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步提供了巨大的保障。總之，其在社會、經(jīng)濟(jì)和其他方面具有多方面的重要價值。

2、然后，由于開采環(huán)境的特殊，受到“三高一擾動”影響，煤礦經(jīng)常發(fā)生沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害，其嚴(yán)重的威脅著礦工的生命安全和煤礦的正常生產(chǎn)，不僅會造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，還可能導(dǎo)致煤礦長期停產(chǎn)，影響能源供應(yīng)的穩(wěn)定性。此外，隨著煤礦開采設(shè)備的快速發(fā)展，開采量日益上升，伴生的煤塵也隨之增多，該問題不僅影響礦工的健康，引發(fā)塵肺病等嚴(yán)重疾病，還存在爆炸的風(fēng)險，對煤礦安全生產(chǎn)構(gòu)成重大威脅。同時，隨著全球氣候變化的加劇，減少co2排放成為當(dāng)務(wù)之急，過研究將co2封存于煤礦，既能減少大氣中的溫室氣體排放，緩解氣候變化壓力，又能實現(xiàn)煤礦資源的綜合利用和可持續(xù)發(fā)展。因此，解決上述問題對于保障能源安全、保護(hù)礦工生命健康、應(yīng)對氣候變化以及推動煤礦行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型都具有不可估量的重要性。

3、目前，治理沖擊地壓和煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害的主要方案包括鉆孔卸壓、爆破卸壓、保護(hù)層開采、瓦斯抽采等；治理煤塵的方案一般是噴霧除塵、注水除塵及泡沫除塵等；而針對co2在煤礦中的有效封存主要集中于充填材料中的應(yīng)用研究。然而，調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前所存在防動力災(zāi)害的技術(shù)及措施只能針對性的解決單一問題，不能有效的呈現(xiàn)一體化治理方案；而煤塵治理亦是不能實現(xiàn)“治本”方略，往往是煤塵含量大時注水除塵，按照“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”的策略進(jìn)行；此外，co2充填封存的實際完成難度較大，無法把控真實的封存量及封存效果。

4、鑒于此，迫切需要一種多功能的防治方法，以求一體化治理煤礦沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害、煤塵污染、煤塵爆炸及co2封存的難題，實現(xiàn)礦井安全化生產(chǎn)、綠色化前進(jìn)、可持續(xù)化發(fā)展的重大戰(zhàn)略。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高壓表面活性劑溶液防治礦井多災(zāi)害暨封存co2的方法，以解決現(xiàn)有措施中存在的技術(shù)問題。該方法能夠通過高壓流體對煤巖造成壓裂，增透煤層，且表面活性劑溶液的加入能夠促進(jìn)裂隙的發(fā)育，加速瓦斯的遷移，增強(qiáng)煤層潤濕性，削弱煤塵揚起，同時促進(jìn)co2的封存吸附。具有極大的可持續(xù)發(fā)展性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種高壓表面活性劑溶液防治礦井多災(zāi)害暨封存co2的方法，包括以下步驟：

3、s1、按照既定稱量溶液所需原材料，如表面活性劑、無機(jī)鹽等固體，而后將其放置于攪拌器中均勻混合；

4、s2、考察礦井地質(zhì)環(huán)境，明確需注入的溶液總體積，計算所需“水-藥比”；

5、s3、根據(jù)s2中的計算結(jié)果配制溶液，將適量的水倒入高壓注漿泵中，而后按照s2中的“水-藥比”將s1配制好的混合原料加入水中，同時加入適量酸，攪拌2h；

6、s4、攪拌完成后進(jìn)行打孔注漿，通過注漿泵，按照預(yù)設(shè)壓力將上述混合溶液注入預(yù)定煤層中；

7、s5、封孔處理，防止溶液泄露。

8、優(yōu)選的，所述s1中的原材料表面活性劑采用陰離子表面活性劑(十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十四烷基硫酸鈉、十二烷基羧酸鈉、直鏈烷基苯磺酸鈉、α-烯基磺酸鈉、烷基磺酸鈉、琥珀酸酯磺酸鹽等)或非離子表面活性劑(聚合度為9、15、20等的脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯酰胺、聚氧乙烯脂肪胺、吐溫系列等)中的一種或多種；

9、優(yōu)選的，當(dāng)使用單一表面活性劑時，所述任一陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑均能起到較好的潤濕效果，但當(dāng)二者混合時，選取陰離子：非離子＝2：1、3：1、4：1的比例，優(yōu)選3：1；

10、優(yōu)選的，所述s1中的原材料無機(jī)鹽選用氯化鈣、氯化鈉、硫酸鈉、氯化鉀等中的一種或多種；

11、優(yōu)選的，所述s1中的原材料比例確定為無機(jī)鹽質(zhì)量占表面活性劑質(zhì)量的1.2％-1.5％；

12、優(yōu)選的，所述s1中的原材料在攪拌器的混合時間設(shè)置為1h，確保攪拌均勻；

13、優(yōu)選的，所述s2中的“水-藥”比根據(jù)溶液總質(zhì)量確定，具體的，所述s1中的混合原材材料與水的質(zhì)量比根據(jù)所選用表面活性劑的臨界膠束濃度確定；

14、優(yōu)選的，所述s3中的酸采用稀鹽酸和氫氟酸，兩者按照體積比為1：1的比例添加至混合液體中，單一酸添加量為液體總體體積的2％；

15、優(yōu)選的，所述s4中的鉆孔需打至需破裂、潤濕的煤層位置；

16、優(yōu)選的，所述s4中的注漿壓力選用85-110mpa；

17、優(yōu)選的，所述s5中的封孔措施可采用性價比較高的水泥基封孔材料，封孔長度設(shè)置為30-50cm；

18、值得一提的是，選用陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑的原因主要是其分子結(jié)構(gòu)中存在較多的親水基團(tuán)，能夠很好的潤濕煤塵，當(dāng)表面活性劑溶液注入煤層中后，表面活性劑分子的疏水尾鏈能夠與煤分子結(jié)構(gòu)的疏水基團(tuán)形成強(qiáng)烈的疏水鍵合作用(由于煤分子屬于高變質(zhì)程度的物質(zhì)，其表面的極性基團(tuán)極少，故而與表面活性劑親水基之間的相互作用力較低)，最終形成親水基團(tuán)背離煤相，疏水基團(tuán)朝向煤相的定向吸附形態(tài)，其能夠很好的增強(qiáng)煤塵的潤濕性，從而降低煤塵揚起和污染的可能性，而陽離子表面活性劑不具備該項能力；

19、優(yōu)選的，所述無機(jī)鹽的作用時利用其在表面活性劑溶液中特有的“鹽效應(yīng)”提升表面活性劑溶液對煤層的潤濕能力；

20、優(yōu)選的，所述酸的作用是腐蝕煤層，降低煤層種灰分，促進(jìn)裂隙發(fā)育，增強(qiáng)煤層的滲透性；

21、優(yōu)選的，所述表面活性劑的作用在于增強(qiáng)煤層潤濕性，吸收部分游離瓦斯，吸附于煤表面占據(jù)甲烷吸附位點，將煤表面的部分非極性轉(zhuǎn)化為極性、為co2的吸附提供極性位點、促進(jìn)co2驅(qū)替瓦斯、削弱吸附瓦斯的含量；

22、優(yōu)選的，所述高壓液體注入的作用在于利用其高壓破壞煤體結(jié)構(gòu)，削弱應(yīng)力集中，對煤體產(chǎn)生割縫作用，促進(jìn)煤體裂隙發(fā)育。

23、與相關(guān)技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的高壓表面活性劑溶液防治礦井多災(zāi)害暨封存co2的方法具有如下有益效果：

24、1、高壓表面活性劑溶液防治礦井多災(zāi)害暨封存co2的方法基于其獨特的化學(xué)性質(zhì)和作用機(jī)制，擺脫了傳統(tǒng)技術(shù)依賴于物理阻隔或簡單的化學(xué)固化的限制，能夠應(yīng)對不同復(fù)雜的礦井環(huán)境。高壓表面活性劑溶液的注入能夠很好的削弱應(yīng)力集中，并能夠顯著降低溶液的表面張力，使其更易滲透到煤層的細(xì)微孔隙和裂縫中，迅速增強(qiáng)煤層的潤濕性，實現(xiàn)更快、更全面、更深入的多災(zāi)害防治(沖擊地壓、煤與瓦斯突出、煤塵爆炸、塵肺病等)。同時，該溶液還能增強(qiáng)煤層對co2的吸附和封存能力，促進(jìn)瓦斯驅(qū)替，相比傳統(tǒng)技術(shù)單純依靠地質(zhì)結(jié)構(gòu)封存co2，效果更加穩(wěn)定可靠，具有更強(qiáng)的可持續(xù)性。

25、2、所述溶液中的物質(zhì)通常具有較好的生物降解性，對環(huán)境的負(fù)面影響較小。且通過促進(jìn)co2的封存，有助于減少溫室氣體排放，應(yīng)對全球氣候變化，符合綠色發(fā)展戰(zhàn)略，為可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)，這是傳統(tǒng)技術(shù)難以比擬的優(yōu)勢。

26、3、傳統(tǒng)技術(shù)在開展后可能需要頻繁的維護(hù)和修復(fù)，導(dǎo)致成本累加。而表面活性劑溶液的高效滲透和穩(wěn)定性能，減少了后期的維護(hù)需求，降低了總體成本。此外，成功的co2封存還可能帶來潛在的碳交易收益，為礦井運營帶來額外的經(jīng)濟(jì)回報。

27、4、所述方法不僅能夠有效降低沖擊地壓、煤與瓦斯突出風(fēng)險，還能抑制煤塵的飛揚，減少爆炸的可能性。同時，其增強(qiáng)的co2封存能力也有助于降低礦井內(nèi)的壓力，進(jìn)一步提升礦井的安全水平，保障礦工的生命安全。