我国煤炭资源丰富,随着煤炭的开采强度,开采深度不断增加,机械推进速度快,采煤工作面长,煤体易受扰动,使得煤矿开采安全事故不断发生。煤矿开采深度越深,煤层赋存条件不断恶化,瓦斯含量越高。然而煤矿漏风是造成瓦斯积聚的主要原因,瓦斯积聚导致瓦斯煤矿事故发生。为了减少煤矿瓦斯安全生产事故,避免瓦斯泄漏,防止瓦斯引起的煤矿火灾。研制一种成本低、环保、堵漏、密闭、抗压、膨胀效果好的新型胶凝充填材料尤为重要。本文以煤矿瓦斯处理为研究背景,深入分析目前用于瓦斯处理的充填材料所存在的问题。为改善当前充填材料的充填效果,通过向无机充填材料中引入泡沫改变充填材料的性能。基于膨胀性胶凝充填材料,论文研究了泡沫的形成和稳定机理,以及充填材料泡沫形成机理。通过单因素分析和正交试验的方法,研究了充填材料各组分对其性能的影响,结合COMSOL数值模拟软件模拟了充填材料的充填效果。主要工作和研究成果如下:(1)泡沫的稳定性及主要材料反应机理研究。通过分析液体表面张力与泡沫关系,以及表面活性剂与泡沫的关系,得出泡沫产生的原理和过程,以及泡沫产生的条件和破坏机制,对泡沫的制备和增强泡沫的稳定性具有指导意义。泡沫与水泥浆液混合主要经过“气-液界面”转变为“气-液-固界面”,“气-液-固界面”向“气-固界面过渡”,最后形成“气-固界面”三个阶段,形成具有气孔结构的充填材料,为后续膨胀性胶凝充填材料的制备奠定基础。(2)膨胀性胶凝充填材料优化配比试验分析。采用单因素分析和正交试验的方法研究了水灰比、泡沫掺量、减水剂、水玻璃掺量对膨胀性胶凝充填材料性能的影响规律,以气体渗透率为评价指标时的最优配比为泡沫掺量(0.5L)、水灰比(0.40)、减水剂(0.4%)、水玻璃(0.5%),以干密度为评价指标时的最优配比为泡沫掺量(2.0L)、水灰比(0.55)、水玻璃(1.0%)、减水剂(0.40%)。(3)充填材料渗透性及其应用数值模拟研究。用数值模拟的方法分析了充填材料的气体渗透性对于瓦斯运移的影响,并以高强度快速推进的大空间采空区的瓦斯运移为工程背景,研究了不同治理方式下的瓦斯运移规律。该论文有图43幅,表23个,参考文献100篇。