(12)發(fā)明專利地址221116江蘇省徐州市銅山區(qū)大學(xué)路1審查員趙志夏朱存利彭毅凡馬丹周楠羅肖寶邢世豪康世龍有限公司11562本發(fā)明公開了一種煤基固廢型功能充填材實(shí)際情況確定地質(zhì)條件特征，得出在圍巖溫度、礦井的實(shí)際需求提供了煤基固廢型功能充填材煤泥水泥粉煤灰研石導(dǎo)熱性好地溫較高地質(zhì)條件較好頂板穩(wěn)定地質(zhì)條件較差地?zé)崽崛怏w封存固廢利用21.一種煤基固廢型功能充填材料選擇方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、根據(jù)礦井實(shí)際情況確定地質(zhì)條件特征；S2、基于所述地質(zhì)條件特征進(jìn)行功能選擇，S3、基于所述充填類型，對(duì)應(yīng)確定煤基功能充填材料的類型；其中，所述充填類型包括地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮睢怏w封存型功能充填及礦壓感知型功能充填，對(duì)應(yīng)的所述煤基功能充填材料的類型包括地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮畈牧稀怏w封存型功能充填材料及礦壓感知型功能充填材料；所述地質(zhì)條件特征包括圍巖溫度、圍巖導(dǎo)熱系數(shù)，還包括主副關(guān)鍵層分布及單軸抗壓強(qiáng)度；所述主副關(guān)鍵層分布包括關(guān)鍵層厚度、巖體所述方法根據(jù)以下條件進(jìn)行選擇：(i)若所述地質(zhì)條件特征滿足：圍巖溫度≥40℃且圍巖導(dǎo)熱系數(shù)>3.0W/mk,則選擇充填類型為地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮睿瑢?duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮畈牧?；若條件不滿足，則需進(jìn)一步從氣體封存型功能充填材料和礦壓感知型功能充填材料中選擇；從氣體封存型功能充填材料和礦壓感知型功能充填材料中選擇包括：(ii)若所述地質(zhì)條件特征滿足：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度UCS≥20MPa且覆巖有主副關(guān)鍵層，所述主副關(guān)鍵層的厚度>20m,巖體完整性系數(shù)>0.75,節(jié)理間隙>3米，層理間距>2米，則選擇充填類型為氣體封存型功能充填，對(duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為氣體封存型功能充填材料；(iii)若不滿足，則選擇充填類型為礦壓感知型功能充填，對(duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為礦壓感知型功能充填材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤基功能充填材料為煤基固體廢棄3技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及煤基固廢綜合利用及煤礦綠色開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤基固廢型功能充填材料選擇方法。背景技術(shù)[0002]近年來，隨著煤炭資源開采深度的增加，我國(guó)東部地區(qū)礦井逐漸進(jìn)入深部開采，深部開采主要的問題之一是熱害問題，多年來，深部礦井地?zé)嶂饕詿岷Φ男问竭M(jìn)行處理，并沒有對(duì)井下熱源進(jìn)行有效的利用。因此開采深部礦井熱源成為目前東部礦區(qū)亟需解決的問題。本發(fā)明根據(jù)礦井實(shí)際地質(zhì)條件，提出了地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮?、礦壓感知型功能充填和氣體封存型功能充填類型和對(duì)應(yīng)的充填材料選擇方法。[0003]對(duì)于地質(zhì)條件較差的礦井，對(duì)礦壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是礦井安全生產(chǎn)的保障；二氧化碳等溫室氣體的排放造成的全球變暖等環(huán)境影響，促進(jìn)了學(xué)者對(duì)氣體捕捉收集的方法和其在煤礦中充填封存利用進(jìn)行研究。同時(shí)，伴隨著煤炭資源的大規(guī)模開采，煤基固廢大量堆存的現(xiàn)狀亟需改變，為了規(guī)?；唾Y源化利用煤基固廢，煤基充填材料的研發(fā)得到了不斷地發(fā)展和完善。[0004]在充填采煤過程中，為針對(duì)不同地質(zhì)條件和實(shí)際需求準(zhǔn)確地選擇充填材料，需建立一種煤基固廢型功能充填材料選擇方法，進(jìn)而在保障生產(chǎn)安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)煤基固廢的綜合利用，達(dá)到煤炭資源綠色開采。發(fā)明內(nèi)容[0005]發(fā)明目的：基于上述煤基充填材料的主要功能需求，本發(fā)明將亟待研究的煤基固廢型功能充填材料分為三類，即地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮畈牧?、礦壓感知型功能充填材料及氣體封存型功能充填材料。為了實(shí)現(xiàn)礦井地?zé)豳Y源的利用等需求，本發(fā)明公開了一種煤基固廢型功能充填材料選擇方法，以煤基充填材料為主，包括但不限于煤泥、水泥、粉煤灰和煤矸石等在采煤過程中產(chǎn)生的固廢材料，其中固廢型指的是充填材料固廢處置的作用。[0006]首先根據(jù)礦井實(shí)際情況確定地質(zhì)條件特征，地質(zhì)條件包括地質(zhì)條件較好、地溫較高、地質(zhì)條件較差或頂板穩(wěn)定。其次基于不同的功能特征進(jìn)行功能選擇，其中功能選擇包括分布等方面的特征存在差別。最后針對(duì)功能選擇對(duì)應(yīng)確定一種煤基固廢型功能充填材料。本發(fā)明為不同地質(zhì)條件和實(shí)際需求的礦井提供了煤基固廢型功能充填材料選擇方法的理論參考，為更好的實(shí)現(xiàn)煤熱共采、礦壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或氣體地質(zhì)儲(chǔ)存的綠色開采技術(shù)提供有效的理論支撐。[0007]技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種煤基固廢型功能充填材料選擇方法，包括以下步驟：[0008]S1、根據(jù)礦井實(shí)際情況確定地質(zhì)條件特征；4[0011]其中，所述充填類型包括地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮睢怏w封存型功能充填及礦壓感知型功能充填，對(duì)應(yīng)的所述煤基功能充填材料的類型包括地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮畈牧稀怏w封存型功能充填材料及礦壓感知型功能充填材料。[0012]可選的，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述煤基功能充填材料為煤基固體廢棄物，所述煤基固體廢棄物包括煤泥、水泥、粉煤灰和煤研石其中至少任意一種。[0013]可選的，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述地質(zhì)條件特征包括圍巖溫度、圍巖導(dǎo)熱[0014]可選的，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述地質(zhì)條件特征還包括主副關(guān)鍵層分布及單軸抗壓強(qiáng)度。[0015]可選的，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述主副關(guān)鍵層分布包括關(guān)鍵層厚度、巖體[0017](i)若所述地質(zhì)條件特征滿足：圍巖溫度≥40℃且圍巖導(dǎo)熱系數(shù)>3.0W/mk,則選擇充填類型為地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮?，?duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮畈牧?；若條件不滿足，則需進(jìn)一步從氣體封存型功能充填材料和礦壓感知型功能充填材料中選擇。[0018]可選的，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述從氣體封存型功能充填材料和礦壓感知型功能充填材料中選擇包括：[0019](ii)若所述地質(zhì)條件特征滿足：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度UCS≥20MPa且覆巖有主副關(guān)鍵層，所述主副關(guān)鍵層的厚度>20m,巖體完整性系數(shù)>0.75,節(jié)理間隙>3米，層理間距>2米，則選擇充填類型為氣體封存型功能充填，對(duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為氣體封存型功能充填材料；[0020](iii)若不滿足，則選擇充填類型為礦壓感知型功能充填，對(duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為礦壓感知型功能充填材料。[0021]可選的，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述方法根據(jù)以下順序進(jìn)行選擇：[0022](i)若所述地質(zhì)條件特征滿足：圍巖溫度≥40℃且圍巖導(dǎo)熱系數(shù)>3.0W/mk,則選擇充填類型為地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮睿瑢?duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮畈牧?；若條件不滿足，則需進(jìn)一步從氣體封存型功能充填材料和礦壓感知型功能充填材料中選擇；[0023](ii)若所述地質(zhì)條件特征滿足：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度UCS≥20MPa且覆巖有主副關(guān)鍵層，所述主副關(guān)鍵層的厚度均在20m以上，巖層完整即巖體完整性系數(shù)>0.75,節(jié)理間隙>3米，層理間距>2米，則選擇充填類型為氣體封存型功能充填，對(duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為氣體封存型功能充填材料；[0024](iii)若上述地質(zhì)條件特征均不滿足，則選擇充填類型為礦壓感知型功能充填，對(duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為礦壓感知型功能充填材料；[0025]地?zé)崽崛⌒统涮铙w具有一定的導(dǎo)熱性，能有效地吸收圍巖中的熱量，并與充填材料中埋設(shè)的管道內(nèi)介質(zhì)(水)進(jìn)行熱交換，從而進(jìn)行礦井地?zé)豳Y源的開發(fā)利用。礦壓感知型充填材料的力學(xué)性質(zhì)和充填體的致密性對(duì)充填采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)起著關(guān)鍵作用，適用于礦井需要實(shí)時(shí)礦壓監(jiān)測(cè)的情況。氣體封存型充填包括物理封存和化學(xué)封存，將溫室氣體的封存和5充填相結(jié)合，有效控制溫室氣體排放。根據(jù)三種方式的特點(diǎn)，本發(fā)明利用圍巖溫度、圍巖導(dǎo)熱系數(shù)及單軸抗壓強(qiáng)度作為判別依據(jù)，可以快速簡(jiǎn)易地確定不同地質(zhì)條件特征下，該如何選擇更為適合的充填類型及對(duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型。地溫較高且導(dǎo)熱系數(shù)也較高的可以選擇地?zé)崽崛⌒?，地質(zhì)條件較好且頂板穩(wěn)定的選擇氣體封存型，地質(zhì)條件較差的選[0026]有益效果：本發(fā)明基于地?zé)崽崛　怏w封存和礦壓感知的功能充填材料的功能特征，建立了一種煤基固廢型功能充填材料選擇方法，給出了針對(duì)不同的地溫、導(dǎo)熱系數(shù)、地質(zhì)條件和頂板情況的礦井對(duì)應(yīng)的充填材料功能選擇。能夠在解決煤基固廢堆積問題的同時(shí)，更有效地實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的提取利用、進(jìn)行礦山壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或完成溫室氣體的捕捉封存。該方法能夠促進(jìn)煤礦安全高效地開展生產(chǎn)活動(dòng)，并能解決許多伴隨開采產(chǎn)生的環(huán)境問題，有利于保證煤炭開采活動(dòng)走綠色發(fā)展的道路，與煤炭資源綠色開采的步調(diào)相統(tǒng)一，注重了生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。附圖說明[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0028]圖1為本發(fā)明確定一種煤基固廢型功能充填材料流程示意圖。具體實(shí)施方式[0029]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明一種煤基固廢型功能充填材料選擇方法進(jìn)行詳細(xì)描述。[0030]本發(fā)明公開了一種煤基固廢型功能充填材料選擇方法，以煤基充填材料為主，包括但不限于煤泥、水泥、粉煤灰和煤研石等在采煤過程中產(chǎn)生的固廢材料。其中固廢型指的是充填材料固廢處置的作用。首先根據(jù)礦井實(shí)際情況確定地質(zhì)條件特征，地質(zhì)條件包括地質(zhì)條件較好、地溫較高、地質(zhì)條件較差或頂板穩(wěn)定等。其次基于不同的功能特征進(jìn)行功能選抗壓強(qiáng)度及主副關(guān)鍵層分布方面的特征存在差別。最后針對(duì)功能選擇對(duì)應(yīng)確定一種煤基固廢型功能充填材料。本發(fā)明為不同地質(zhì)條件和實(shí)際需求的礦井提供了煤基固廢型功能充填材料選擇方法的理論參考，為更好的實(shí)現(xiàn)煤熱共采、礦壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或氣體地質(zhì)儲(chǔ)存的綠色開采技術(shù)提供有效的理論支撐。[0031]本發(fā)明提供一種煤基固廢型功能充填材料選擇方法，如圖1所示，包括以下步驟：[0032]S1、根據(jù)礦井實(shí)際情況確定地質(zhì)條件特征；[0035]其中，所述充填類型包括地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮睢怏w封存型功能充填及礦壓感知型功能充填，對(duì)應(yīng)的所述煤基功能充填材料的類型包括地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮畈牧稀怏w封存型功能充填材料及礦壓感知型功能充填材料。[0036]作為一種實(shí)施方式，所述煤基功能充填材料為煤基固體廢棄物，所述煤基固體廢6棄物包括煤泥、水泥、粉煤灰和煤矸石其中至少任意一種。[0037]作為一種實(shí)施方式，所述地質(zhì)條件特征包括圍巖溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、采深、主副關(guān)鍵層分布及單軸抗壓強(qiáng)度。[0038]作為一種實(shí)施方式，所述方法按照以下順序進(jìn)行：[0039](i)若所述地質(zhì)條件特征滿足：圍巖溫度≥40℃且圍巖導(dǎo)熱系數(shù)>3.0W/mk,則選擇充填類型為地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮?，?duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為地?zé)崽崛⌒凸δ艹涮畈牧?。若條件不滿足，則需進(jìn)一步從氣體封存型功能充填材料和礦壓感知型功能充填材料中選擇；[0040](ii)若所述地質(zhì)條件特征滿足：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度UCS≥20MPa且覆巖有主副關(guān)鍵層，所述主副關(guān)鍵層的厚度均在20m以上，巖層完整即巖體完整性系數(shù)>0.75,節(jié)理間隙>3米，層理間距>2米，則選擇充填類型為氣體封存型功能充填，對(duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為氣體封存型功能充填材料。[0041](iii)若上述地質(zhì)條件特征均不滿足，則選擇充填類型為礦壓感知型功能充填，對(duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為礦壓感知型功能充填材料。[0042]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好的理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)[0043]實(shí)施例1[0045]某礦井進(jìn)入深井開采階段，深井高溫?zé)岷栴}逐漸引起重視，高溫不僅對(duì)圍巖力學(xué)性質(zhì)造成影響，還嚴(yán)重影響礦井生產(chǎn)安全。礦井現(xiàn)有的降溫技術(shù)主要采用集中空調(diào)式降溫技術(shù)，造成了較大的成本負(fù)擔(dān)和深度大、高壓力等技術(shù)困難，排熱效果差?，F(xiàn)在該礦井相同條件的不同采區(qū)設(shè)立實(shí)驗(yàn)對(duì)照采區(qū)，1采區(qū)保持現(xiàn)有降溫設(shè)備并采用常規(guī)充填技術(shù)，3采區(qū)為實(shí)驗(yàn)采區(qū)采用本發(fā)明所述的煤基固廢型功能材料選擇方法進(jìn)行充填材料的選擇。[0046]調(diào)研統(tǒng)計(jì)分析某充填礦井的地質(zhì)條件，該礦井采用立井單水平開拓，主水平為-835m水平，部分區(qū)域原始巖溫高達(dá)45℃(滿足溫度40℃以上),圍巖導(dǎo)熱系數(shù)為3.16W/mk,地溫梯度為：3.42℃/100m?？芍摰V井采深較大且地溫較高，導(dǎo)熱系數(shù)>3.0W/mk,應(yīng)選擇地?zé)崽崛〉拿夯虖U型功能充填材料。[0047]1采區(qū)采用集中空調(diào)降溫系統(tǒng)，通風(fēng)路線長(zhǎng)氣溫度僅下降2～3℃,存在效率低的問題。高溫下工作，工人的舒適感大大下降。3采區(qū)采用地?zé)崽崛〉拿夯虖U型功能充填材料對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，該充填材料具有較高的導(dǎo)熱性，地?zé)崮軅鬟f到循環(huán)水中進(jìn)行利用，能高效的對(duì)地?zé)豳Y源進(jìn)行提取。[0048]3采區(qū)的采掘工作面空氣溫度下降8～10℃,從源頭吸收地?zé)崮?，降溫效果顯著,且礦井水剛出地面直接取熱，熱量損失小，系統(tǒng)效率高，采用該系統(tǒng)不僅可進(jìn)行礦井降溫，還可用于冬季井筒防凍及周圍居民供暖、洗浴用水等方面，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。[0049]實(shí)施例2[0050]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，短時(shí)間內(nèi)很難改變目前的能源消耗結(jié)構(gòu)和方式，在今后一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)溫室氣體排放量還將會(huì)持續(xù)增加，下面以溫室氣體CO?封存的煤基固廢7型功能充填材料為例進(jìn)行說明?，F(xiàn)在該礦井相同條件的不同采區(qū)設(shè)立實(shí)驗(yàn)對(duì)照采區(qū)，110503采區(qū)采用常規(guī)充填技術(shù)，110505采區(qū)為實(shí)驗(yàn)采區(qū)采用本發(fā)明所述的煤基固廢型功能材料選擇方法進(jìn)行充填材料的選擇。[0051]已知某充填礦井原始巖溫為34℃,圍巖導(dǎo)熱系數(shù)為3.05W/mk,不滿足圍巖溫度大于40℃的條件，則不適用地?zé)崽崛〉拿夯虖U型功能充填材料。經(jīng)過調(diào)研，單軸抗壓強(qiáng)度為23MPa,且覆巖有主副關(guān)鍵層，所述主副關(guān)鍵層的厚度分別為32m和27m,巖層完整即巖體完整性系數(shù)0.95,節(jié)理間隙4.6m,層理間距3.7m,則選擇充填類型為氣體封存型功能充填，對(duì)應(yīng)的煤基功能充填材料的類型為氣體封存型功能充填材料。[0052]在110505采區(qū)采用氣體封存型功能充填材料進(jìn)行充填開采，二氧化碳封存量達(dá)到7.17×10?m3。較110503工作面采用的常規(guī)充填技術(shù)來說，具有更強(qiáng)的功能優(yōu)勢(shì)，能有效減少溫室氣體的排放，減少大氣環(huán)境的破壞。[0053]實(shí)施例3[0054]在頂板條件不穩(wěn)