[01793876]浅埋煤层风积沙似膏体窄条带充填开采关键技术与应用

窄条带充填开采是实现西部生态脆弱区浅埋煤层保水开采的有效方式之一。但基于陕北浅埋深与厚松散层的特殊地质条件,研究新型改性镁渣基胶凝材料、充填材料基准配比与水化作用机理、充填料浆管输与采空区内流动行为、充填体力学响应机制、覆岩载荷传递规律等诸多问题尚未揭示清楚,缺乏系统的科学依据。因此,本课题组基于风积沙-粉煤灰基似膏体充填体,开展了“窄条带”充填保水开采的理论研究和技术攻关,对西部矿区的可持续发展具有重要的理论和实践意义。 主要技术内容如下： 1)研发了新型改性镁渣基胶凝材料,在不改变原有镁生产工艺和镁锭品质情况下,创新了镁渣“前处理”技术。针对镁渣存在粉末化和活性低2个先天性缺陷,以正硅酸二钙的相变为主攻方向,通过稳定剂改性的炼镁还原渣制备一种新型的水硬性胶凝材料。 2)基于Krstulovic-Dabic水化动力学理论,研究了多场耦合作用下风积沙-粉煤灰基似膏体充填材料的水化作用机理。量化了充填材料的反应速率常数K、反应级数n和表观活化能Ea等动力学参数,表征了其水化反应的三个阶段（结晶成核与晶体生长（NG）、相边界反应（I）和扩散（D））,揭示了风积沙-粉煤灰基似膏体充填材料水化反应程度和水化反应规律。 3)从料浆在充填管道内部的流变特性入手,提出一种适用于风积沙-粉煤灰基似膏体充填管道多相流检测的多源异构ERT/UCT双模态层析检测方法。通过基于相分布图像识别的管道堵塞过程研究,以图像特征对管道阻塞过程、程度进行量化表征,揭示管道堵塞过程中流速、压力等参数的变化规律,从可视化角度准确地判断管道运行的异常情况,实现对即将发生的堵塞、泄漏事故进行预警。 4)揭示了浅埋煤层风积沙-粉煤灰基似膏体“窄条带”充填开采的覆岩载荷传递规律。“窄条带”充填开采置换的轮次越多,覆岩载荷传递至各轮次充填体的载荷越趋于均匀,充填体的稳定性越好,覆岩整体沉降均匀,对地表产生的影响越小。 5)构建了“窄条带”充填保水开采技术体系。基于浅埋煤层条带充填开采风积沙、粉煤灰、水泥基准材料,风积沙：粉煤灰：水泥（质量比）=6.0：2.4：1.6的基准配比,工作面巷道沿煤层底板或煤层顶板的布置方式,条带巷道顶部敷设导气管道的接顶控制,以及围岩、巷道、充填体、地表综合变形监测体系的确定,明确了浅埋煤层充填保水开采的单倍基准、双倍基准和三倍基准三种工艺类型,形成了适于西部生态脆弱区浅埋煤层保水充填开采成套技术体系。