煤田地质与勘探

作者：曾一凡, 袁子龙, 李昊, 武强, 赵刚毅, 周安琪, 高翔, 张帅, 白彦飞, 梁进, 杨虎雄, 盛新丽, 杨东辉, 赵艺霞,

关键词：采空区, 注浆充填, 浆液浓度, 破碎岩石粒径, 双参量, 扩散距离预测,

目的研究浆液扩散规律并预测注浆范围，对采空区煤矸石基注浆充填工程设计注浆孔距和排距、指导注浆施工、把握注浆充填密实度，进而保证注浆效果意义重大。方法以破碎岩石为被注介质，以煤矸石基浆液为注浆材料，开展不同破碎岩石粒径、浓度的破碎岩石注浆试验，对采空区矸石基浆液流动规律进行研究。结果和讨论(1)当浆液质量分数为50%时，3~5、>5~7、>7~9 mm粒径岩体的扩散距离分别为5.0、5.5、6.2 cm，粒径改变导致的扩散距离最大差异1.2 cm；当质量分数降至40%时，扩散距离分别增至10.2、14.5、18.0 cm，粒径梯度差异导致的扩散距离变化扩大至7.8 cm；当质量分数进一步降至30%时，扩散距离呈非线性增长，分别达到20.5、28.0、34.0 cm，粒径差异导致的扩散距离变化激增至13.5 cm；扩散距离随浆液浓度降低、破碎岩石粒径增大而增大，浆液浓度变化对扩散距离的影响相较于破碎岩石粒径更加显著。(2)煤矸石浆液在破碎岩石中流动可以分为快速、平稳、堵塞3个阶段，随浓度降低3阶段时间增长；煤矸石浆液在破碎岩石中的扩散距离随浓度减小而增大，破碎岩石粒径越大，浓度对扩散距离影响越显著，呈现明显的非线性特征。(3)通过分析粒径、浓度对颗粒扩散距离的影响规律，确定了扩散距离与浓度的基本关系，并结合粒径、浓度二者基本关系进一步量纲分析，建立了适用于采空区煤矸石基注浆充填的双参量浆液扩散距离预测方程。(4)本研究成果在陕北某矿采空区矸石注浆地面充填工程设计中应用，为采空区煤矸石规模化充填提供了全链条技术支撑，对实现“双碳”目标下的矿井固废协同处置具有显著示范意义。

来源：2025年第7期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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