工作面离层注浆控制采空塌陷技术应用

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了工作面离层注浆控制采空塌陷技术应用范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

［摘要］西山煤电集团屯兰煤矿资源为世界稀有煤种，但河流、铁路、公路下压煤问题严重，造成优质资源严重浪费。而同属于西山煤电的兴能电厂位于屯兰矿井田，该电厂处理粉煤灰能力150万t/a，处理后的粉煤灰绝大多数被填入沟谷，对耕地林地造成破坏。为了提高矿井资源回收率，保护生态环境，决定采用离层注浆充填开采技术，人为干预煤炭开采后地层的下沉运动，解决地面沉降和粉煤灰处置等问题，实现绿色开采。

［关键词］“三下”采煤；充填开采；关键层；离层注浆

引言

山西焦煤西山煤电集团屯兰煤矿生产能力400万t/a，主产焦煤、肥煤、瘦煤，其中焦、肥煤为世界稀缺资源。屯兰煤矿河流、铁路、公路下压煤问题严重，造成优质资源严重浪费。同属于西山煤电的兴能电厂位于屯兰矿井田，该电厂处理粉煤灰能力150万t/a，其中部分粉煤灰被运往水泥厂制作水泥使用，消耗量约60万t/a，而剩余绝大多数粉煤灰被填入沟谷，对耕地林地造成破坏。为了提高矿井资源回收率，保护生态环境，决定采用离层注浆充填开采技术，人为干预煤炭开采后地层的下沉运动，解决地面沉降和粉煤灰处置等问题［1］。

1工程概况

屯兰矿22301工作面东邻联校联营煤矿，西邻风平岭断层，北邻金之中煤矿，区内屯马35kV二回路和兴能电厂粉煤灰运输皮带走廊横穿工作面，区域地表以山地地形为主，切割强烈，沟谷纵横，主要沟谷为长畛石沟。地面保护物主要有粉煤灰皮带走廊和西山煤电粉煤灰综合利用项目工厂。其中粉煤灰皮带走廊为钢结构，其下方由支架支撑，支架基础与地表接触面积较小，皮带支架间距大于15m。

2离层注浆充填开采技术实施方案

2.1技术原理

采用采动覆岩离层注浆技术控制上覆岩层的主关键层或目标关键层不发生破断，其原理是通过设计合理的工作面采宽使主关键层或目标关键层初采期稳定；合理留设一定宽度的区段隔离煤柱，控制相邻2个工作面覆岩的连通移动并均处于非充分采动状态；通过地面钻孔对采动覆岩离层区进行注浆充填，在采空区中部形成一定宽度的注浆充填压实承载区，并保持主关键层或目标关键层的采中稳定，形成覆岩关键层结构-充填区压实承载层-区段隔离煤柱复合支撑承载结构对地表进行控制，从而实现对采空地表塌陷的有效控制［2］。离层注浆设计原理如图1所示。

2.2导水裂隙带高度确定

采动覆岩离层区注浆层位应位于导水裂隙带上方、主关键层下方的离层区内，因此应确定采空区上覆岩层两带（垮落带、裂隙带）范围。22301工作面采高4.65m，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》规定［3］，导水裂隙带最大高度为70.25m。参考相邻矿井的研究成果，采高4.8m时导水裂隙带最大高度为58.85m；采高4.5m时导水裂隙带最大高度为53.88m。因此，本次设计导水裂隙带高度取70.25m。在注浆时，为了防止离层区与导水裂隙带之间贯通，需要留设5倍采高作为维护带（23.25m），所以离层注浆的层位应距煤层93.5m以上。

2.3关键层判断

由离层注浆技术原理可知，该技术的第1步应进行关键层的判断。依据钻孔揭露的岩层信息进行关键层判别，得到的关键层信息如表1所示。22301工作面斜长210m，采高4.65m，埋深382m。设计注浆层位为亚关键层3。

2.4注浆参数设计

（1）注浆层位。注浆层位须位于导水裂隙带上方，即距煤层93.5m以上，且同时位于亚关键层3下方的离层区域。（2）初始注浆孔位置。由于本次注浆区域属于半开放式，位于开切眼一侧的开放段，故第1排钻孔应设计为封堵钻孔。该封堵钻孔位于煤柱外侧，依据类似条件工程经验，封堵钻孔距离过渡区域100m；而根据相关要求，过渡区域宽度应为关键层破断距的2倍（取50m）。因此,封堵钻孔距离煤柱150m。初始钻孔位置如图2所示。（3）注浆钻孔布置方案。共布置15个注浆钻孔和3个检查孔。其中，注浆钻孔靶点位置位于亚关键层3下方；检查孔位于被保护构筑物附近，靶点位置位于煤层底板下方3m，钻孔深度390m，待注浆工程完工后施工，用以检查注浆效果。

2.5离层注浆流程

（1）注浆流程。粉煤灰经自卸车运至地表注浆站，进入储料仓中，然后经螺旋输送装置运至制浆机制浆，制浆浆液再进入储浆桶中进行二次搅拌，以保证浆液均匀，最后通过注浆泵把储浆桶中的浆液由输浆管路注入注浆钻孔。（2）注浆结束标准。为了控制上覆关键层的下沉，注浆压力必须大于覆岩自重力，即注浆压力不小于注浆充填层位以上地层的自然地压；但为了妥善处理好稳定地表和井下防溃浆之间的关系，注浆压力又不能大于注浆充填层位到回采工作面岩层的隔水压力。因此，注浆结束条件应根据注浆压力和单孔注浆量2个指标来判断，二者满足其一即可停止注浆。其中，当注浆压力达到2.8MPa，且注水稳定漏失量小于100L/min时，稳定时间不少于30min时，即可停止注浆；当注浆钻孔注浆量达到规定要求时，即可停止注浆；若注浆压力已达到规定值，而注入量仍不足，可换孔进行注浆。

3注浆充填效果

为检验离层注浆充填开采技术效果，在不受22301工作面采动影响区域设置3个控制点，对22301工作面采动后地表变形情况进行监测，监测结果如表2所示。采用离层注浆充填开采技术后，22301工作面受采动影响很小，可释放原煤约129.6万t，可节约水处理费用约287.64万元，可节约固废处置费用约2749.5万元，经济效益十分可观。

4结语

采用离层注浆充填开采技术后，使河、路下压覆煤炭资源得到了释放，不仅提高了矿井煤炭资源回收率，延长了矿井服务年限，而且为“三下开采”和矿井可持续发展提供了技术积累。

［参考文献］

［1］李吉田.孔庄煤矿7434工作面构筑物压煤覆岩隔离注浆充填开采方案研究［D］.徐州：中国矿业大学，2019.

［2］骆祥均.基于采动覆岩离层注浆技术的采煤塌陷控制方法［J］.矿山测量，2018，46（2）：52-54.

［3］张旗，耿华乐，钱瑞鹏.榆树井近距离煤层组“两带”高度研究［J］.内蒙古煤炭经济，2014（3）：195-196.

作者：洛建军 单位：山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿