条带采空区CO2气态封存下粉煤灰沙基封闭墙体抗渗性能研究
张志义1
张吉雄2
周楠3
宋永泽1
程刚1
刘宁宁4
闫瑞兵5
孙大森6
1.新疆大学地质与矿业工程学院,新疆乌鲁木齐 8300472.中国矿业大学(徐州)矿业工程学院,江苏徐州 221116;国家能源集团新疆能源化工有限公司,新疆乌鲁木齐 8300403.中国矿业大学(徐州)矿业工程学院,江苏徐州 2211164.中煤科工集团能源科技发展有限公司,天津 3004615.国家能源集团新疆能源化工有限公司,新疆乌鲁木齐 8300406.国家能源集团新疆准东煤电有限公司准东二矿,新疆昌吉 831100
摘要：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:①CO2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;③CO2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1.800m.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.
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
分类号：TP028.8(自动化技术、计算机技术)
资助基金：自治区重点研发计划资助项目(2023B01009-1)国家自然科学基金(52304158)
论文发表日期：2025-06-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 2922-2939 )
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