煤田地质与勘探

作者：朱梦博, 刘浪, 王双明, 蔚保宁, 荣若愚, 张文忠, 庄登登, 贾奇锋,

关键词：煤矿采空区, CO₂矿化, 充填开采, 盖层岩组, 采动裂隙,

目的煤炭是我国能源安全的压舱石和重要的工业原料，但煤炭开发利用全过程中带来了CO2排放、固废产生和地表沉陷等生态环境问题，需要变革采煤方法，推动煤炭行业绿色低碳可持续发展。方法对比分析垮落法、房柱法和充填法的采空区CO2封存条件，结合CO2地质封存技术和煤矿充填开采技术的发展现状，提出了煤矿采空区间隔条带充填CO2矿化封存方法；以陕西某典型煤矿为例，开展间隔条带充填开采上覆低渗厚泥岩层损伤数值模拟试验；基于连续梁模型及地基梁模型，建立盖层岩组力学模型和采动裂隙发育高度模型，最后提出了煤矿间隔条带充填CO2矿化封存关键技术。结果和结论(1) 垮落法和房/刀柱法采空区的CO2储盖条件较差，泄漏风险高，而充填法可以有效保护盖层岩组的完整性，但是需要预留封存空间；(2) 模拟实验显示，充填率0、50%和80%情况下，采空区上覆低渗厚泥岩层3上边界最大下沉量分别为1 230、520和105 mm，随着充填率的提高低渗厚泥岩层下沉幅度减缓、塑性变形区大幅度减小，通过优化间隔条带充填工艺与参数可以确保煤层回采过程中盖层岩组的完整性；(3) 建立了3轮采充循环情况下的非水平六跨连续梁力学模型，求解了支点反力和弯矩表达式，建立了覆岩上行裂隙发育高度计算模型；(4) 煤矿采空区间隔条带充填CO2矿化封存技术的落地，还需突破地质选区、CO2封存储库充填构筑及稳定性调控、CO2矿化协同脱硫/硝充填材料制备、CO2充注模拟与优化等关键技术，形成整体方案，为我国煤炭行业的绿色低碳发展拓展新的途径。

来源：2025年第6期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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