煤炭学报

作者：张志义, 张吉雄, 周楠, 宋永泽, 程刚, 刘宁宁, 闫瑞兵, 孙大森,

关键词：条带采空区, 二氧化碳气态封存, 封闭墙体, 抗渗性能, 数值模拟,

在条带采空区内进行CO2气态封存是我国西北地区大型煤炭煤电基地实现绿色低碳内涵式发展的理想模式，防止CO2气体水平逸散的采空区外围封闭墙体的抗渗性能是该模式成败的关键。以我国新疆荒漠化矿区准东二矿煤电项目为工程背景，通过高压渗透实验、酚酞滴定实验、XRD衍射实验、SEM电镜扫描实验和COMSOL数值模拟等方式，研究了0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 MPa的CO2气体在质量比为23(风积沙)∶11(粉煤灰)∶2(生石灰)∶1(石膏)组成的粉煤灰沙基试件内28 d的渗透过程，结果表明：① CO2气体在试件内的渗透速度均随渗透时间逐渐降低，5种气压下28 d的渗透深度分别为1.49、2.40、3.20、4.0和4.77 cm；② 粉煤灰沙基试件的孔隙率和渗透率亦在CO2气体渗透过程中显负指数趋势减小，5种气压下28 d的孔隙率和渗透率分别为30.44%和5.94×10–15 m2、29.44%和5.70×10–15 m2、29.03%和5.57×10–15 m2、28.13%和5.23×10–15 m2、27.02%和4.95×10–15 m2；③ CO2气体在粉煤灰沙基试件内渗透过程中生成针絮状分布的CaCO3晶体，其晶胞体积较Ca(HO)2增大1.15倍，使得试件更加致密；④ 通过对材料碳化前后渗透率的动态赋值，模拟得出5种气压下CO2气体在粉煤灰沙基封闭墙体内3 a的渗透深度距离分别为0.606、0.921、1.172、1.465和1.800 m。最后以新疆荒漠化矿区准东二矿煤电基地的矿井工程地质条件为背景，对采空区封闭墙体的构筑工艺参数进行设计，可为我国西北荒漠化矿区煤炭资源的绿色开采和低碳利用提供参考。

来源：2025年第6期

《煤炭学报》期刊编辑部

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