一种煤基固废型功能充填材料选择方法技术

本发明专利技术公开了一种煤基固废型功能充填材料选择方法，以煤基充填材料为主，实现充填材料的多功能性。煤基充填材料主要包括在采煤过程中产生的煤泥、煤矸石等固体废弃物。其中固废型指充填材料固废处置的作用。首先根据矿井实际情况确定地质条件特征，得出在围岩温度、围岩导热系数、主副关键层厚度和单轴抗压强度等方面存在的差异性，并基于不同的功能特征进行功能选择。功能选择包括地热提取、矿压感知、气体封存。最后针对功能选择对应确定一种煤基固废型功能充填材料。本发明专利技术为不同地质条件和矿井的实际需求提供了煤基固废型功能充填材料选择方法，为更好的实现煤热共采、矿压实时监测或气体地质储存的绿色开采技术提供有效的理论支撑。的理论支撑。的理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种煤基固废型功能充填材料选择方法


[0001]本专利技术涉及煤基固废综合利用及煤矿绿色开采
，尤其涉及一种煤基固废型功能充填材料选择方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着煤炭资源开采深度的增加，我国东部地区矿井逐渐进入深部开采，深部开采主要的问题之一是热害问题，多年来，深部矿井地热主要以热害的形式进行处理，并没有对井下热源进行有效的利用。因此开采深部矿井热源成为目前东部矿区亟需解决的问题。本专利技术根据矿井实际地质条件，提出了地热提取型功能充填、矿压感知型功能充填和气体封存型功能充填类型和对应的充填材料选择方法。
[0003]对于地质条件较差的矿井，对矿压进行实时监测是矿井安全生产的保障；二氧化碳等温室气体的排放造成的全球变暖等环境影响，促进了学者对气体捕捉收集的方法和其在煤矿中充填封存利用进行研究。同时，伴随着煤炭资源的大规模开采，煤基固废大量堆存的现状亟需改变，为了规模化和资源化利用煤基固废，煤基充填材料的研发得到了不断地发展和完善。
[0004]在充填采煤过程中，为针对不同地质条件和实际需求准确地选择充填材料，需建立一种煤基固废型功能充填材料选择方法，进而在保障生产安全的同时，实现煤基固废的综合利用，达到煤炭资源绿色开采。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：基于上述煤基充填材料的主要功能需求，本专利技术将亟待研究的煤基固废型功能充填材料分为三类，即地热提取型功能充填材料、矿压感知型功能充填材料及气体封存型功能充填材料。为了实现矿井地热资源的利用等需求，本专利技术公开了一种煤基固废型功能充填材料选择方法，以煤基充填材料为主，包括但不限于煤泥、水泥、粉煤灰和煤矸石等在采煤过程中产生的固废材料，其中固废型指的是充填材料固废处置的作用。
[0006]首先根据矿井实际情况确定地质条件特征，地质条件包括地质条件较好、地温较高、地质条件较差或顶板稳定。其次基于不同的功能特征进行功能选择，其中功能选择包括地热提取、气体封存、矿压感知，其在围岩温度、围岩导热系数、单轴抗压强度及主副关键层分布等方面的特征存在差别。最后针对功能选择对应确定一种煤基固废型功能充填材料。本专利技术为不同地质条件和实际需求的矿井提供了煤基固废型功能充填材料选择方法的理论参考，为更好的实现煤热共采、矿压实时监测或气体地质储存的绿色开采技术提供有效的理论支撑。
[0007]技术方案：本专利技术提供一种煤基固废型功能充填材料选择方法，包括以下步骤：
[0008]S1、根据矿井实际情况确定地质条件特征；
[0009]S2、基于所述地质条件特征进行功能选择，确定充填类型；
[0010]S3、基于所述充填类型，对应确定煤基功能充填材料的类型；
[0011]其中，所述充填类型包括地热提取型功能充填、气体封存型功能充填及矿压感知型功能充填，对应的所述煤基功能充填材料的类型包括地热提取型功能充填材料、气体封存型功能充填材料及矿压感知型功能充填材料。
[0012]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述煤基功能充填材料为煤基固体废弃物，所述煤基固体废弃物包括煤泥、水泥、粉煤灰和煤矸石其中至少任意一种。
[0013]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述地质条件特征包括围岩温度、围岩导热系数。
[0014]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述地质条件特征还包括主副关键层分布及单轴抗压强度。
[0015]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述主副关键层分布包括关键层厚度、岩体完整性系数、节理间隙及层理间距。
[0016]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述方法根据以下条件进行选择：
[0017](
ⅰ
)若所述地质条件特征满足：围岩温度≥40℃且围岩导热系数＞3.0W/mk，则选择充填类型为地热提取型功能充填，对应的煤基功能充填材料的类型为地热提取型功能充填材料；若条件不满足，则需进一步从气体封存型功能充填材料和矿压感知型功能充填材料中选择。
[0018]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述从气体封存型功能充填材料和矿压感知型功能充填材料中选择包括：
[0019](
ⅱ
)若所述地质条件特征满足：单轴抗压强度UCS≥20MPa且覆岩有主副关键层，所述主副关键层的厚度＞20m，岩体完整性系数＞0.75，节理间隙＞3米，层理间距＞2米，则选择充填类型为气体封存型功能充填，对应的煤基功能充填材料的类型为气体封存型功能充填材料；
[0020](
ⅲ
)若不满足，则选择充填类型为矿压感知型功能充填，对应的煤基功能充填材料的类型为矿压感知型功能充填材料。
[0021]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述方法根据以下顺序进行选择：
[0022](
ⅰ
)若所述地质条件特征满足：围岩温度≥40℃且围岩导热系数＞3.0W/mk，则选择充填类型为地热提取型功能充填，对应的煤基功能充填材料的类型为地热提取型功能充填材料；若条件不满足，则需进一步从气体封存型功能充填材料和矿压感知型功能充填材料中选择；
[0023](
ⅱ
)若所述地质条件特征满足：单轴抗压强度UCS≥20MPa且覆岩有主副关键层，所述主副关键层的厚度均在20m以上，岩层完整即岩体完整性系数＞0.75，节理间隙＞3米，层理间距＞2米，则选择充填类型为气体封存型功能充填，对应的煤基功能充填材料的类型为气体封存型功能充填材料；
[0024](
ⅲ
)若上述地质条件特征均不满足，则选择充填类型为矿压感知型功能充填，对应的煤基功能充填材料的类型为矿压感知型功能充填材料；
[0025]地热提取型充填体具有一定的导热性，能有效地吸收围岩中的热量，并与充填材料中埋设的管道内介质(水)进行热交换，从而进行矿井地热资源的开发利用。矿压感知型充填材料的力学性质和充填体的致密性对充填采场矿压显现起着关键作用，适用于矿井需要实时矿压监测的情况。气体封存型充填包括物理封存和化学封存，将温室气体的封存和
充填相结合，有效控制温室气体排放。根据三种方式的特点，本专利技术利用围岩温度、围岩导热系数及单轴抗压强度作为判别依据，可以快速简易地确定不同地质条件特征下，该如何选择更为适合的充填类型及对应的煤基功能充填材料的类型。地温较高且导热系数也较高的可以选择地热提取型，地质条件较好且顶板稳定的选择气体封存型，地质条件较差的选择矿压感知型，。
[0026]有益效果：本专利技术基于地热提取、气体封存和矿压感知的功能充填材料的功能特征，建立了一种煤基固废型功能充填材料选择方法，给出了针对不同的地温、导热系数、地质条件和顶板情况的矿井对应的充填材料功能选择。能够在解决煤基固废堆积问题的同时，更有效地实现地热资源的提取利用、进行矿山压力的实时监测或完成温室气体的捕捉封存。该方法能够促进煤矿安全高效地开展生产活动，并能解决许多伴随开采产生的环境问题，有利于保证煤炭开采活动走绿色发展的道路，与煤炭资源绿色开采的步调相统一，注重了生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤基固废型功能充填材料选择方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据矿井实际情况确定地质条件特征；S2、基于所述地质条件特征进行功能选择，确定充填类型；S3、基于所述充填类型，对应确定煤基功能充填材料的类型；其中，所述充填类型包括地热提取型功能充填、气体封存型功能充填及矿压感知型功能充填，对应的所述煤基功能充填材料的类型包括地热提取型功能充填材料、气体封存型功能充填材料及矿压感知型功能充填材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤基功能充填材料为煤基固体废弃物，所述煤基固体废弃物包括煤泥、水泥、粉煤灰和煤矸石其中至少任意一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地质条件特征包括围岩温度、围岩导热系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述地质条件特征还包括主副关键层分布及单轴抗压强度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主副关键层分布包括关键层厚度、岩体完整性系数、节理间隙及层理间距。6.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李猛，张吉雄，张强，丁鹿玮，朱存利，彭毅凡，马丹，周楠，罗肖宝，邢世豪，康世龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：