煤矸石井下處理與冒落區(qū)流態(tài)化充填技術(shù)

李亮 黃慶享 吳杰 左小 張偉龍 張杰 胡俊峰 楊玉玉

摘 要：為解決韓城礦區(qū)煤矸石排放引起的制約生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境惡化的矛盾，在總結(jié)煤矸石井下處理與利用方法的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了冒落區(qū)流態(tài)化充填技術(shù)原理和優(yōu)勢(shì)，采用理論計(jì)算和瞬變電磁法探查方法，揭示了試驗(yàn)工作面冒落區(qū)殘余空間分布規(guī)律，確定了基于“高、低位協(xié)同共充”和“空洞-空隙-孔隙”多類型殘余空間精準(zhǔn)高效利用的冒落區(qū)流態(tài)化充填方式，并在桑樹坪二號(hào)井實(shí)施了工業(yè)性試驗(yàn)，結(jié)果表明：試驗(yàn)累計(jì)充填矸石漿體4 949 m³，處理矸石6 414 t，驗(yàn)證了冒落區(qū)流態(tài)化充填矸石的可行性，發(fā)現(xiàn)了矸石漿體在冒落區(qū)擴(kuò)散過(guò)程中存在顯著的“通道效應(yīng)”，采用“高、低位協(xié)同共充”技術(shù)可顯著降低或解除“通道效應(yīng)”和高效利用冒落區(qū)殘余空間，但該技術(shù)增大了鉆孔工程量，增加了充填成本，因此在工程尺度上合理確定高、低位充填鉆孔參數(shù)提出要求，進(jìn)而確保達(dá)到較好的充填效果。研究成果為長(zhǎng)壁開(kāi)采冒落區(qū)矸石流態(tài)化充填技術(shù)提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：煤矸石；冒落區(qū)；殘余空間；流態(tài)化充填；漿體；擴(kuò)散規(guī)律

中圖分類號(hào)：TD 823

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2022）05-0865-09

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2022.0504開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Underground treatment of coal gangue and fluidization filling technology in caving area

LI Liang^{1，2，3}，HUNAG Qingxiang¹，WU Jie⁴，ZUO Xiao^2，3，ZHANG Weilong^1，2，3，ZHANG Jie⁴，HU Junfeng⁴，YANG Yuyu^2，3

（1.College of Energy Science and Engineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China；2.Shaanxi Coal and Chemical Industry Technology Research Institute Co.，Ltd.，Xian 710100，China；3.The National Joint Engineering Research Center of the Green，Safe and Efficient Coal Mining，Xian 710065，China；4.Shaanxi Shanmei Hancheng Mining Co.，Ltd.，Hancheng 715400，China）

Abstract：In order to solve the contradiction of restricting production and worsening ecological environment caused by the discharge of coal gangue in Hancheng mining area，

the principle and advantages of fluidized filling technology in caving area are systematically expounded by summarizing? the underground treatment and utilization methods of coal gangue.The theoretical? calculation and transient electromagnetic method are applied to reveal the residual space distribution law of the caving area in the test working face，with the fluidization filling formula of the caving area? determined，which is based on the “high and low collaborative filling” and the multi type residual space accurate efficient use of “cavity-void-pore”.An industrial test was carried out in No.2 well of Sang Shuping.The results show that the test accumulated 4 949 m³of gangue slurry and 6 414 t of gangue，which verifies the feasibility of fluidized gangue filling in the caving area.It is found that there is a significant “channel effect” in the diffusion process of gangue slurry in the caving area，and the “high and low collaborative filling” technology can significantly reduce or eliminate the “channel effect” and help to make efficient use of the residual space in the caving area，but it increases the drilling quantities and the filling cost.Therefore，it puts forward requirements for reasonably determining the drilling parameters of high and low level filling in the engineering scale，so as to ensure a better filling effect.The research results provide theoretical support for the fluidization filling technology of gangue in the caving area of longwall mining.

Key words：coal gangue；caving area；residual space；fluidization filling；slurry；diffusion law

0 引 言近年來(lái)，隨著大型現(xiàn)代化礦井建設(shè)的推進(jìn)，煤礦排矸呈集中化、高產(chǎn)化和規(guī)?；陌l(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)采產(chǎn)生的矸石堆放至地面引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題愈發(fā)突出^[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)矸石累計(jì)堆放量超過(guò)60億t，形成矸石山1 500～1 700座，占地20余萬(wàn)畝，且以約5億～8億t/a的排放量逐年增加^[2]。韓城礦區(qū)的煤矸石年排放量已突破100萬(wàn)t，絕大多數(shù)煤矸石仍以地面堆積的方式進(jìn)行處理，不但制約生產(chǎn)，而且煤矸石地表堆積對(duì)礦區(qū)生存環(huán)境和條件帶來(lái)的威脅與危害愈加嚴(yán)重。在進(jìn)入“十四五”時(shí)期，能源供需格局深刻變化，《煤炭工業(yè)“十四五”高質(zhì)量發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》等文件中均指出提高煤矸石綜合利用水平，推動(dòng)煤炭綠色低碳發(fā)展。不設(shè)地面排矸場(chǎng)、減少或杜絕矸石升井是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的必然趨勢(shì)。眾多學(xué)者和煤礦企業(yè)在源頭控制矸石排放、保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境方面亦做了大量的工作，從矸石處理與利用的眾多實(shí)踐中得出，現(xiàn)有以煤矸石發(fā)電、鋪路、制建筑材料等為主的煤矸石地面綜合處理技術(shù)已經(jīng)不能滿足礦區(qū)日益增大的煤矸石處理量的要求，僅能作為煤矸石規(guī)模化處理的補(bǔ)充技術(shù)^[2-5]。煤矸石井下充填處理技術(shù)具有處理效率高、產(chǎn)矸點(diǎn)就是處理點(diǎn)、處理集中等優(yōu)點(diǎn)，以綜合機(jī)械化固體充填技術(shù)和膠結(jié)充填技術(shù)為核心的處理技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，但受充填效果要求、裝備工藝及自動(dòng)化程度等方面的限制，也存在投資大、成本高、工藝復(fù)雜、處理能力小等缺點(diǎn)，主要用于“三下”采煤^[6-11]。神東礦區(qū)已在15個(gè)礦井建成地下水庫(kù)35座，總設(shè)計(jì)儲(chǔ)水量達(dá)2 499.5萬(wàn)m³，儲(chǔ)水系數(shù)一般為 0.15～0.25，這對(duì)地下采動(dòng)空間進(jìn)行了成功的探索和實(shí)踐^[12]。冒落區(qū)矸石流態(tài)化充填技術(shù)是地下采動(dòng)空間儲(chǔ)廢新技術(shù)的一種，是將矸石破碎后簡(jiǎn)單膠結(jié)或直接加水制漿泵送充填至井下已冒落采空區(qū)的新型充填技術(shù)，既滿足礦井矸石生態(tài)處理的要求，又對(duì)采空區(qū)災(zāi)害治理有一定促進(jìn)作用，充填工藝簡(jiǎn)單、投資小、“采—充”工藝獨(dú)立，在低成本規(guī)?；幚眄肥较虻膽?yīng)用前景已初步顯現(xiàn)。錢鳴高院士等通過(guò)開(kāi)采后巖層移動(dòng)實(shí)測(cè)，得到了巖層內(nèi)部位移曲線，并揭示了采場(chǎng)上覆巖層下沉規(guī)律和采空區(qū)覆巖破斷的“O型圈”形態(tài)，為精準(zhǔn)利用采空區(qū)空間奠定了基礎(chǔ)^[13]。李興尚利用分形理論研究條帶開(kāi)采冒落矸石堆體形態(tài)、空隙分布特征，并對(duì)某煤礦冒落區(qū)注漿充填量進(jìn)行了預(yù)計(jì)^[14]。張宏貞通過(guò)建立覆巖空間結(jié)構(gòu)類型的殘留空洞、空隙預(yù)測(cè)模型，將采空區(qū)覆巖結(jié)構(gòu)類型分為“匚”、“工”、“傘”型3種基本類型^[15]。胡勝勇等研究了采空區(qū)應(yīng)力分布、巖石碎脹特性和垮落帶空隙率的關(guān)系^[16]。黃炳香等通過(guò)相似模擬試驗(yàn)研究了冒落帶和裂隙帶的孔隙率變化規(guī)律^[17]。王建學(xué)等研究了冒落矸石空隙注漿膠結(jié)充填減沉技術(shù)的可行性^[18]。張?zhí)燔姷妊芯苛隧肥囿w充填材料粒徑對(duì)其力學(xué)性能的影響，根據(jù)Talbol理論進(jìn)行連續(xù)級(jí)配設(shè)計(jì)，配制了矸石膏體漿料^[19]。古文哲等提出了煤礦固體廢棄物漿體處理的技術(shù)構(gòu)思，在龍王溝煤礦和錦界電廠進(jìn)行了應(yīng)用^[20]。上述研究，為矸石冒落區(qū)流態(tài)化充填技術(shù)的應(yīng)用提供了良好借鑒，但是，對(duì)地下采動(dòng)空間的產(chǎn)生與發(fā)展規(guī)律的研究及利用尚無(wú)系統(tǒng)性成果。基于砌體梁理論和采空區(qū)上覆巖層下沉規(guī)律，提出利用工作面冒落采空區(qū)殘余空間處理礦井矸石，研究冒落區(qū)殘余空間分布規(guī)律和冒落區(qū)矸石流態(tài)化充填技術(shù)，并在桑樹坪二號(hào)井開(kāi)展了工業(yè)性試驗(yàn)。

1 煤矸石井下處理與利用

1.1 煤矸石井下處理與利用方法西部礦區(qū)煤炭開(kāi)采普遍具有采高大、單產(chǎn)高等高強(qiáng)度開(kāi)采特點(diǎn)，造成采動(dòng)損傷更加劇烈，加之西部礦區(qū)生態(tài)脆弱，面臨高強(qiáng)度開(kāi)采和生態(tài)損傷劇烈與修復(fù)難的突出矛盾^[21-23]。韓城礦區(qū)位于渭北煤田東北端，屬典型的渭北黃土高原低山丘陵地貌特征，矸石地面堆積處理同樣產(chǎn)生以上問(wèn)題，煤矸石的綜合利用及生態(tài)治理已是一個(gè)刻不容緩、亟待解決的問(wèn)題，因此，韓城礦區(qū)煤矸石處理與利用應(yīng)遵循減量化排放、源頭治理、“采—充”平衡、經(jīng)濟(jì)高效和環(huán)境效益最佳的原則?；谝陨显瓌t，礦區(qū)矸石井下處理與利用方法如圖1所示。

1.2 冒落區(qū)矸石流態(tài)化充填技術(shù)原理在煤層開(kāi)采后，覆巖由下至上分別為冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。基于采動(dòng)損傷空間守恒原理，提出采動(dòng)損傷空間耗散分區(qū)模型^[24]如下。

V_M=V₀+V₁+V₂+V_3??? （1）

式中 V₀為地表下沉的總空間；V₁為冒落帶采動(dòng)損傷耗散空間；V₂為裂隙帶內(nèi)采動(dòng)損傷耗散空間；V₃為彎曲下沉帶內(nèi)損傷耗散空間。根據(jù)空間守恒原理，采動(dòng)損傷總空間V_M等于煤層采出空間。冒落帶由冒落矸石組成，即使工作面充分采動(dòng)后，內(nèi)部仍然殘余較大的空間，加之破碎煤巖體自身的碎脹性，使得冒落帶為采動(dòng)后空間最大的區(qū)域，這些空間是隨著工作面推采動(dòng)態(tài)變化的，且以空洞、空隙、孔隙等多種類型存在，稱之為冒落區(qū)殘余空間。在采空區(qū)邊界附近由于懸臂巖梁的存在會(huì)產(chǎn)生大的空洞區(qū)域，深部則主要以空隙、孔隙區(qū)域分布，并且距離開(kāi)采邊界越遠(yuǎn)，空洞、空隙、孔隙量則越小^[14-15]。煤層開(kāi)采后產(chǎn)生大量的冒落區(qū)殘余空間可作全礦井矸石處理的天然空間，因此，可通過(guò)鄰近巷道在冒落帶范圍內(nèi)協(xié)同布置高位、低位充填孔進(jìn)行矸石流態(tài)化充填，實(shí)現(xiàn)冒落區(qū)“空洞-空隙-孔隙”多類型殘余空間精準(zhǔn)高效利用，即“高、低位協(xié)同共充技術(shù)”。高位孔終孔高度一般以冒落帶上限為準(zhǔn)，水平孔終孔高度與采高一致，具體可根據(jù)地質(zhì)采礦條件調(diào)整。技術(shù)原理如圖2所示。

冒落區(qū)流態(tài)化充填系統(tǒng)布置地面或井下矸石倉(cāng)、破碎站、制漿站、充填泵站及管路，如圖3所示。制備好的漿體通過(guò)泵站和管路輸送至充填作業(yè)點(diǎn)，利用高位鉆孔和低位鉆孔協(xié)同共充至冒落區(qū)。

2 冒落區(qū)殘余空間分布規(guī)律

2.1 試驗(yàn)工作面概況桑樹坪二號(hào)井3305工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采工藝，煤厚6 m，整體傾角為1°，工作面沿煤層傾向布置，切眼寬度165 m，可采長(zhǎng)度870 m，可采面積143 550 m²。頂?shù)装甯艣r見(jiàn)表1。

2.2 冒落區(qū)殘余空間理論計(jì)算冒落區(qū)內(nèi)部的殘余空間通常是不規(guī)則的、是無(wú)序分布的。根據(jù)冒落巖塊分維數(shù)與孔隙率的關(guān)系，得到孔隙率與分維數(shù)的關(guān)系式為^[14]

式中 P為孔隙率，%；V為冒落區(qū)巖塊總體積，m³；M為冒落矸石巖塊質(zhì)量，kg；ρ₀為冒落巖塊的密度，kg/m³；r_min為巖層冒落堆體中破碎最嚴(yán)重、數(shù)目最多，尺寸最小的巖塊的直徑，m；ρ為冒落區(qū)松散堆體密度，kg/m³；D為分維數(shù)；H為垮落帶高度，m；h為開(kāi)采煤層高度，m；b為開(kāi)采煤層傾向長(zhǎng)度，m；L為開(kāi)采煤層走向長(zhǎng)度，m。根據(jù)試驗(yàn)工作面地層條件，結(jié)合冒落區(qū)矸石取樣觀察，工作面?zhèn)雾敿爸苯禹斴^易垮落，冒落區(qū)矸石中泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖的破碎較嚴(yán)重，如圖4所示。根據(jù)工作面冒落區(qū)殘余空間“空洞—空隙—孔隙”分布規(guī)律，將采空區(qū)按頂板巖層冒落量及矸石密積程度劃分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ區(qū)。根據(jù)Menger海綿分形模型，計(jì)算得出冒落區(qū)矸石的統(tǒng)計(jì)分維值D為

2.765，則由式（2）計(jì)算可得Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ區(qū)對(duì)應(yīng)孔隙率分別為：32.6%，20.27%，12.33%，8.60%。

采空區(qū)孔隙體積主要分布在冒落區(qū)，對(duì)孔隙率由冒落帶在垂直方向上積分得空間滯留高度^[25]。

式中S為工作面面積，m²；h_v為滯留高度，m；V_c為冒落區(qū)殘余空間體積，m³。將計(jì)算得到的冒落區(qū)孔隙率代入式（7）中可得滯留高度在冒落區(qū)不同位置分別為：2.47，1.54，0.94，0.65 m。理論計(jì)算整個(gè)試驗(yàn)工作面冒落區(qū)殘余空間體積約為200 970 m³，占整個(gè)采空區(qū)體積比為23.3%，以冒落區(qū)走向方向單側(cè)長(zhǎng)度1 m內(nèi)的料漿充填量用延米充填量表征，則冒落區(qū)單側(cè)延米充填量為97.1 m³。

2.3 冒落區(qū)殘余空間分布規(guī)律探查采用瞬變電磁法對(duì)試驗(yàn)工作面鄰近的3307工作面冒落區(qū)進(jìn)行殘余空間地表電法探查，該工作面已回采完畢，地質(zhì)采礦條件與3305試驗(yàn)工作面基本一致。依據(jù)實(shí)際地形和實(shí)地踏勘情況，在3307工作面設(shè)計(jì)瞬變電磁主測(cè)線21條，在主測(cè)線附近布置旁測(cè)線23條，瞬變電磁測(cè)線合計(jì)44條，瞬變電磁物理點(diǎn)合計(jì)1 806個(gè)，探測(cè)直徑按D=H/10圈定，實(shí)際探測(cè)總面積40 484.5 m²，測(cè)點(diǎn)布置及探測(cè)范圍如圖5所示。

探測(cè)得出所有瞬變電磁測(cè)線（TMP-Z1～ TMP-Z21，TMP-P1～ TMP-P23）的視電阻率斷面成果圖，圖6為測(cè)線TMP-Z14，TMP-Z19瞬變電磁視電阻率斷面成果。

根據(jù)采空區(qū)頂板“O-X”破斷規(guī)律，選取工作面南半?yún)^(qū)為代表研究區(qū)，提取所有測(cè)點(diǎn)250 m高程位置的視電阻率值，并根據(jù)總探測(cè)范圍，繪制工作面250 m深度位置視電阻率切片成果如圖7所示，3307工作面地質(zhì)解譯如圖8所示。根據(jù)工作面地質(zhì)解譯平面圖，對(duì)研究區(qū)內(nèi)已推斷異常區(qū)規(guī)模進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如下：推斷空區(qū)（含水）異常區(qū)域共4處，總面積約為3 785.0 m²，占比約15.81%，推斷空區(qū)（不含水）異常區(qū)域共5處，總面積約為1 847.2 m²，占比約7.72%。針對(duì)瞬變電磁法探測(cè)原理、探測(cè)設(shè)備以及成果解譯過(guò)程中對(duì)第四系覆蓋層、基巖層、煤層、含水空區(qū)、不含水空區(qū)的異常識(shí)別特征文中不再贅述。

根據(jù)上述異常區(qū)分布規(guī)律可知，冒落區(qū)殘余空間多集中在邊界附近，形態(tài)符合“O”形圈分布規(guī)律，實(shí)際探測(cè)到的冒落區(qū)殘余空間面積占整個(gè)研究區(qū)的23.5%，探測(cè)結(jié)果為精準(zhǔn)利用冒落區(qū)殘余空間提供了指導(dǎo)。

3 現(xiàn)場(chǎng)充填試驗(yàn)

3.1 工藝流程本次試驗(yàn)采用在相鄰巷道跨煤柱施工充填鉆孔對(duì)試驗(yàn)工作面冒落區(qū)進(jìn)行注漿充填。為簡(jiǎn)化試驗(yàn)流程，試驗(yàn)所用矸石漿體均在商混站配制后罐車輸送至地面泵站，經(jīng)下料斗二次攪拌后通過(guò)工業(yè)充填泵泵送至井下充填鉆孔充填冒落區(qū)。試驗(yàn)采用KOS25100HP工業(yè)充填泵，最高泵送壓力14 MPa，最大輸送量150 m³/h，充填主管路為DN245×22Q345B（16 Mn），總長(zhǎng)1 840 m，總高程差約175 m。現(xiàn)場(chǎng)充填試驗(yàn)工藝流程如圖9所示。

3.2 充填材料選擇為了提高冒落區(qū)殘余空間的利用率，需將矸石破碎到一定粒徑級(jí)配作為骨料，并按比例配制

成具有流動(dòng)性好、擴(kuò)散能力強(qiáng)、泌水率小的漿體。

試驗(yàn)矸石的破碎粒徑＜3 mm，粒徑占比如圖10所示。

充填試驗(yàn)選用H-2，S-1和Y-1共3種配比漿體，所選用漿體矸石占比大、泌水率小、成本低，但因矸石參量不同，不同配比漿體的流動(dòng)性和擴(kuò)散能力有差異。為避免堵管，試驗(yàn)添加一定量的添加劑，同時(shí)配置灰漿用于充填前后潤(rùn)管，漿體配比參數(shù)及特點(diǎn)見(jiàn)表2。

3.3 充填鉆孔設(shè)計(jì)依據(jù)礦井前期研究成果，3#煤層覆巖冒落帶高度為21～26 m。基于試驗(yàn)工作面冒落帶高度發(fā)育規(guī)律，設(shè)計(jì)高位孔如下：高位孔布置5#，6#，7#共3個(gè)，間距6 m，仰角分別為31°，45°，40°，實(shí)際施工孔深分別是18，20，40 m，終孔高度分別為15.3，20.1，31.7 m，終孔位置與煤柱水平距離為5.1，2.6，19.1 m。為充分考察漿體擴(kuò)散規(guī)律，低位水平充填孔布置1#，2#，3#，12#，13#共5個(gè)，間距12，15 m，用12#，13#，4#水平孔兼作應(yīng)急廢料孔，充填鉆孔布置如圖11所示。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間15 d，合計(jì)充填漿體4 949 m³，處理矸石約6 414 t。其中，高位孔充填2 421 m³，低位孔充填漿體總體積為

2 545 m³，各充填孔試驗(yàn)充填量見(jiàn)表3。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出了以下結(jié)論。

1）2#水平孔充填全過(guò)程孔口無(wú)壓力，平均流量為120 m³/h，回撤通道有少量漿體溢出，

擴(kuò)散距離為42 m，表現(xiàn)出無(wú)壓階段持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、流量大的特點(diǎn)，主要以走向方向無(wú)壓淌流式擴(kuò)散為主。

2）5#高位孔首次充填1 063 m³，充填起始階段壓力有小微波動(dòng)，二次充填漿體累計(jì)2 183 m³時(shí)孔口壓力仍未出現(xiàn)陡增現(xiàn)象，充填期間13#平孔有少量水析出，漿體的實(shí)際擴(kuò)散距離約為47 m，相比而言，高位孔充填覆蓋冒落區(qū)垂向空間大，更利于漿體水平方向擴(kuò)散以及冒落區(qū)多類型殘余空間的精準(zhǔn)高效利用。

3）12#，13#低位孔受鄰近2#，5#孔充填的影響，充填量偏低，漿體沿傾向向深部擴(kuò)散的動(dòng)力不足，深部殘余空間利用較低，結(jié)合2#，5#孔充填過(guò)程處于無(wú)壓狀態(tài)的特點(diǎn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)漿體擴(kuò)散存在“通道效應(yīng)”，即漿體在擴(kuò)散過(guò)程中，普遍會(huì)選擇阻力最小的“空洞”區(qū)域擴(kuò)散。通過(guò)高位孔、低位孔協(xié)同可顯著降低或解除“通道效應(yīng)”和高效利用冒落區(qū)殘余空間，但增大了鉆孔工程量，因此對(duì)工程尺度上合理確定高、低位充填鉆孔參數(shù)提出要求。

4）通過(guò)冒落區(qū)高、低位充填孔均可以安全高效充填矸石漿體，試驗(yàn)得出本次試驗(yàn)工作面冒落區(qū)單側(cè)的延米充填量為31.9～58.9 m³。由于試驗(yàn)區(qū)為整個(gè)冒落區(qū)的一部分，相當(dāng)于無(wú)封閉邊界約束，無(wú)壓充填漿體呈椎體形態(tài)擴(kuò)展，在采用單孔充填時(shí)，存在孔口正下方漿體堆積厚度較大、兩側(cè)漿體則較薄的特點(diǎn)，因此，本次試驗(yàn)冒落區(qū)殘余空間未完全利用，實(shí)際延米充填量低于理論延米充填量。

4 結(jié) 論

1）指出韓城礦區(qū)煤矸石處理與利用應(yīng)遵循減量化排放、源頭治理、“采-充”平衡、經(jīng)濟(jì)高效和環(huán)境效益最佳的原則，基于冒落區(qū)殘余空間分布規(guī)律揭示冒落區(qū)矸石流態(tài)化充填技術(shù)原理。

2）根據(jù)冒落巖塊孔隙率與分維數(shù)關(guān)系，結(jié)合冒落區(qū)殘余空間的分區(qū)特性，得出試驗(yàn)工作面理論預(yù)計(jì)殘余空間占采空區(qū)體積比約為23.3%。同時(shí)采用瞬變電磁法對(duì)試驗(yàn)工作面冒落區(qū)殘余空間分布規(guī)律進(jìn)行了地表探查研究，推斷研究區(qū)內(nèi)空區(qū)（含水）異常區(qū)域4處，推斷空區(qū)（不含水）異常區(qū)域5處，實(shí)際探測(cè)到的冒落區(qū)殘余空間面積占整個(gè)研究區(qū)的23.5%，探測(cè)結(jié)果為精準(zhǔn)利用冒落區(qū)殘余空間提供了指導(dǎo)。

3）工業(yè)性試驗(yàn)驗(yàn)證冒落區(qū)高、低位充填孔均可以安全高效充填矸石漿體，總結(jié)了高、低位充填孔充填的工藝特點(diǎn)，得出試驗(yàn)工作面冒落區(qū)單側(cè)的延米充填量為31.9～58.9 m³。研究成果為韓城礦區(qū)大規(guī)模低成本處理矸石奠定了空間容量設(shè)計(jì)依據(jù)。

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