“采空区治理新方法”—西京学院国家级大创成果简介

近期，西京学院国家级大创项目《采空区灾害精准充填治理用强触变建筑固废浆料研发及硬化性能研究》课题取得显著成果。该课题研究小组由西京学院土木工程学院的杨鹏、梁宇航、高宇光、沈林熹和权永康等五位土木工程专业本科生组成。

中国煤矿资源丰富，其开采量位于世界首位，煤炭开采引起的采空区直接导致地表沉陷、地下水流失、生态破坏等问题，对农林用地、市镇发展影响巨大。因而，大量煤矿开采产生的采空区日益增多与我国土地资源日渐紧缺的矛盾日渐凸显，采空区灾害将成为一个影响我国民众长期生存和社会长期发展的突出问题，采空区的综合、高效治理成为了重要的新型研究领域。实践证明，充填加固是最直接、最有效的采空区治理措施，材料研发和充填工艺是该类灾害治理的基础。当前采空区充填治理所用材料以水泥浆为主，存在流动范围大、堆积性能差、治理成本高、治理效果欠缺等不足；同时，我国大中型城市产生的巨量建筑固废的堆排也已成为亟待解决的重要问题。因而，聚焦建筑固废资源化和采空区灾害充填治理相结合的重大需求，以开发搅拌和注浆输送过程中具有良好流动性、输送到目标空洞失去流速后能很快凝胶化而大角度堆积，进而可望实现地下空洞局部精准充填治理的优异效果。

强触变建筑固废材料充填治理图

学生实验图

该项目从采空区治理现状和需求出发，将建筑固废利用与空区充填治理相结合，开展了强触变建筑固废基充填浆液研发，确定了强触变建筑固废基空区充填浆液配比，量化了最优配比下所制备的空区充填用浆液的密度、初终凝时间、泌水率、结石率、流动度等基本物理力学参数；采用博乐飞流变仪，完成了浆液的流变规律测试，提出了建筑固废基强触变浆液非牛顿流体流变模型，为采用流体力学方法进行充填过程数值模拟奠定了基础；基于实时声波测试方法，明确了建筑固废基强触变浆液凝固硬化过程；通过自制模型测取建筑固废基强触变浆液流动堆积规律，为空区精准充填治理设计和施工提供了初步参数。在研究思路、研究内容和方法上均有很大创新。

本项目所得相关成果不仅对解决煤矿采空区精准充填治理工程实践中面临的问题具有指导作用，而且对完善和丰富建筑固废应用、拓展建筑固废浆料流变性、流动堆积性及结石体宏观力学特性和理论具有重要意义。

据悉，该项目是西京学院本科生参与国家自然科学基金和陕西省科技项目等科研项目的有力尝试，项目的顺利执行和成果的初步获得，是西京学院在高水平应用型本科人才培养方面的缩影，是该校“以本为本”教育教学质量提升的有效举措之一。