一种管道旋流参混装置及覆岩离层注浆设备的制作方法

本发明属于煤矿开采及碳封存，涉及一种管道旋流参混装置及覆岩离层注浆设备。

背景技术：

1、覆岩离层注浆技术中关于关键层理论认为，在煤矿开采过程中，由于采空区上覆岩层的层状赋存特性，不同厚度与硬度岩层在沉降变形不协调处，便会产生离层空间。离层一般位于关键层下方；除了无断层陷落柱等地层构造以及钻孔、深井等人工通道的影响外，离层空间是一个相对密闭的空间。

2、覆岩离层注浆技术就是通过提前实施地面钻孔至预计离层空间发育处，待开采过程中离层产生时及时将高压浆液注入其中，最终在目标关键层下方形成“覆岩关键层——充填区压实承载层——区段隔离煤柱”的复合支撑承载结构，既实现对采空地表塌陷的有效控制，又可以将固废封存于地层深处。

3、覆岩离层注浆通常选用的注浆材料为粉煤灰或煤矸石。目前已有相关研究显示：利用粉煤灰可实现碳封存。其中湿法碳酸化原理为：将co2气体通入一定压力、温度、固液比的粉煤灰浆液的容器中，与煤灰浆液中的钙离子、碱性成分反应生成碳酸盐矿物沉淀。相关结果表明：反应时间 2h，初始压力 3.6mpa，反应温度 60℃，固液比 1：1.25，搅拌速率300r/min 时，1吨粉煤灰可固定 43.13kg co2，碳化率可达 69.98%。但是目前，对于通过注浆材料在注浆过程中实现碳封存的效果还不理想，原因是在混合过程中，气液混合物无法实现快速充分混合，影响了矿物盐沉淀物的生成量，导致二氧化碳的封存量下降。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出一种管道旋流参混装置及覆岩离层注浆设备； 本发明是通过如下技术方案实现的：

2、一种管道旋流参混装置，包括高压浆液管道和气体输送管道，所述气体输送管道沿轴向设置在高压浆液管道内；所述气体输送管道的管壁上设置有若干中空支管，所述中空支管的一端与气体输送管道连通，所述中空支管的另一端为出气口，出气口与高压浆液管道相通，所述若干中空支管的出气口沿高压浆液管道的管壁呈螺旋方向布置；所述出气口为单向出气口，用于将气体输送管道内的气体单向送入高压浆液管道内，高压浆液管道用于输送固液混合的流质浆液。

3、进一步的，所述中空支管的出气口具有倾角结构。

4、进一步的，所述中空支管内铰接有旋转气门，旋转气门靠近气体输送管道的一侧设置有限位凸起，所述限位凸起固定设置在中空支管的内壁上。

5、进一步的，所述气体输送管道的一端伸出至高压浆液管道外部用于通入高温高压二氧化碳气体，所述气体输送管道的另一端伸出至高压浆液管道外部作为定压排空口。

6、更进一步，所述高压浆液管道内用于输送粉煤灰高压浆液。

7、一种覆岩离层注浆设备，包括所述的管道旋流参混装置。

8、进一步的，包括二氧化碳高温烟气管道，所述二氧化碳高温烟气管道通过烟气加压站与气体输送管道连接；高压浆液管道的出口与注浆钻孔连接，所述注浆钻孔连接至离层注浆区。

9、更进一步，高压浆液管道的入口与地面设置的注浆充填站连接。

10、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

11、1、本发明无需在注浆站内设置二氧化碳与粉煤灰浆液复杂的浸溶设备。由于注浆管道旋流参混装置内处于高压状态（通常大于5mpa），高温高压二氧化碳烟气进入参混装置后，因其出气口螺旋布置，气液混合物进行快速和充分混合，大大增加了碳酸盐矿物沉淀的反应生成量，增加了二氧化碳的封存量。

12、2、快速运动的高压螺旋气液混合物可以高效的完成管道内壁的清洗，预防了管道的堵管风险。

13、3、通过覆岩离层注浆系统，将固化的二氧化碳以及未完全浸溶的气体全部封存于深部地层，在不影响覆岩离层注浆效果的前提下大大增加了二氧化碳的封存量。

技术特征：

1.一种管道旋流参混装置，其特征在于，包括高压浆液管道（1）和气体输送管道（2），所述气体输送管道（2）沿轴向设置在高压浆液管道（1）内；所述气体输送管道（2）的管壁上设置有若干中空支管（3），所述中空支管（3）的一端与气体输送管道（2）连通，所述中空支管（3）的另一端为出气口（4），出气口（4）与高压浆液管道（1）相通，所述若干中空支管（3）的出气口（4）沿高压浆液管道（1）的管壁呈螺旋方向布置；所述出气口（4）为单向出气口，用于将气体输送管道（2）内的气体单向送入高压浆液管道（1）内，高压浆液管道（1）用于输送固液混合的流质浆液。

2.根据权利要求1所述的一种管道旋流参混装置，其特征在于，所述中空支管（3）的出气口（4）具有斜面结构。

3.根据权利要求1所述的一种管道旋流参混装置，其特征在于，所述中空支管（3）内铰接有旋转气门（5），旋转气门（5）靠近气体输送管道（2）的一侧设置有限位凸起（6），所述限位凸起（6）固定设置在中空支管（3）的内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种管道旋流参混装置，其特征在于，所述气体输送管道（2）的一端伸出至高压浆液管道（1）外部用于通入高温高压二氧化碳气体，所述气体输送管道（2）的另一端伸出至高压浆液管道（1）外部并设置有定压排空口（7）。

5.根据权利要求4所述的一种管道旋流参混装置，其特征在于，所述高压浆液管道（1）内用于输送粉煤灰高压浆液。

6.一种覆岩离层注浆设备，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的管道旋流参混装置。

7.根据权利要求6所述的一种覆岩离层注浆设备，其特征在于，包括二氧化碳高温烟气管道（8），所述二氧化碳高温烟气管道（8）通过烟气加压站（9）与气体输送管道（2）连接；高压浆液管道（1）的出口与注浆钻孔（10）连接，所述注浆钻孔（10）连接至离层注浆区（11）。

8.根据权利要求7所述的一种覆岩离层注浆设备，其特征在于，高压浆液管道（1）的入口与地面设置的注浆充填站（12）连接。

技术总结
本发明公开了一种管道旋流参混装置及覆岩离层注浆设备，属于煤矿开采及碳封存技术领域；管道旋流参混装置为内外双层结构，外部为高压浆液管道，内部为气体输送通道，气体输送通道连接有中空支管，中空支管在气体输送通道方向上有单向出气口，出气口沿螺线方向布置；覆岩离层注浆设备包括所述的管道旋流参混装置；本发明所述的管道旋流参混装置可以使气液混合物进行快速和充分混合，大大增加了碳酸盐矿物沉淀的反应生成量，增加了二氧化碳的封存量。

技术研发人员：田栋
受保护的技术使用者：田栋
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5