采动覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术201312.ppt

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采动覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术采动覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术许家林教授许家林教授中国矿业大学中国矿业大学提纲提纲一、技术背景一、技术背景二、技术原理二、技术原理三、关键技术三、关键技术四、同类技术对比四、同类技术对比五、推广应用效果五、推广应用效果一、技术背景一、技术背景我国煤矿建筑物压煤开采问题严重我国煤矿建筑物压煤开采问题严重建筑物（村庄）下压煤开采问题一直是困扰我国煤矿的重大技术难题。

对我国东部矿区而言，这一问题尤为突出。

压煤村庄压煤村庄压煤量占总储量比例压煤量占总储量比例年征迁费用年征迁费用吨煤提取征迁费用吨煤提取征迁费用300处处47%810亿元亿元2030元元/t淮北矿业集团村庄压煤与搬迁费用淮北矿业集团村庄压煤与搬迁费用淮北矿区迁村采煤难度大、费用高、地矿关系复杂，因此，研究适合淮北矿区条件的不迁村采煤技术必要而紧迫。

不迁村采煤技术主要有：

条带开采、充填开采。

条带开采逐步被充填开采所取代条带开采逐步被充填开采所取代条带开采可有效控制开采沉陷，是一项成熟的不迁村采煤技术。

条带开采可有效控制开采沉陷，是一项成熟的不迁村采煤技术。

主要缺点：

采出率主要缺点：

采出率303050%50%；工作面短，巷道掘进率高，效率低；工作面短，巷道掘进率高，效率低。

条带开采不迁村采煤技术示意（动画）条带开采不迁村采煤技术示意（动画）采空区充填冒落区充填离层区充填按充填位置分类充填开采主要类型充填开采主要类型充填开采控制沉陷的机理是通过充填来阻止煤层采出后的空洞传递到地表。

充填开采控制沉陷的机理是通过充填来阻止煤层采出后的空洞传递到地表。

煤层采出空洞是随覆岩破断下沉由下往上逐步传到地表的。

煤层采出空洞是随覆岩破断下沉由下往上逐步传到地表的。

既可以在采出空洞出现后及时充填，也可以在采出空洞往上传递的过程中进既可以在采出空洞出现后及时充填，也可以在采出空洞往上传递的过程中进行充填，以达到阻止采出空洞传到地表的目的。

行充填，以达到阻止采出空洞传到地表的目的。

矸石直接充填膏体充填高水材料充填注浆充填二、技术原理二、技术原理采动覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术示意（动画）采动覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术示意（动画）通过隔离控制工作面处于非充分采动状态，并通过钻孔高压注浆充填离层区，在采空区中部形成一定宽度的压实区，形成“覆岩结构隔离煤柱充填压实区”承载结构，控制地表沉陷，实现不迁村采煤。

隔离注浆充填技术原理模拟实验验证隔离注浆充填技术原理模拟实验验证40m140m140m压实区40m压实区40m60m3904104304504704905105305505700.01.0钻进深度/m消耗量/（m3/h）-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000-5050150250350450550650750下沉值/mm测线长/m1044采后1042采后煤柱10421044侯楼杨子营10441042C28C27C26C25C24C23C22C21注注1注注2注注3注注4注注5T18T19T20T21T22T29T28T27T26T25T24T23C18C20C17C19C15C11C10C9C8C13C12C14C16T16T17T14T15T12T13C7C6C5C4C3C210441042充填层位为充填层位为1个主层位，个主层位，2个辅个辅层位；主层位充填厚度层位；主层位充填厚度1.50m，辅，辅层位充填厚度分别为层位充填厚度分别为0.05m，0.07m；充填体总厚度；充填体总厚度1.62m。

采空区被压实。

根据采高、地表采空区被压实。

根据采高、地表下沉、充填厚度计算出的垮落带残下沉、充填厚度计算出的垮落带残余碎胀系数为余碎胀系数为1.05，与实践相符。

，与实践相符。

钻孔冲洗液漏失量钻孔冲洗液漏失量16.2m垮落带钻孔柱状钻孔柱状含粉煤灰岩芯实照含粉煤灰岩芯实照3.51393.85泥岩0.15394.00砂岩2.88396.88泥岩9.75406.634.55411.180.30411.484.10415.580.30415.880.11415.990.35416.340.30416.640.10416.741.88418.620.55419.172.35421.520.51422.031.15423.180.95424.131.20425.330.80426.133.90430.030.90430.930.10431.03砂岩泥岩煤泥岩砂岩泥岩煤泥岩煤泥岩煤泥岩砂岩泥岩砂岩泥岩砂岩泥岩砂岩泥岩2.10445.81泥岩3.00448.81砂岩1.60450.41泥岩1.59452.00砂岩7.43459.43泥岩1.20460.637煤12.68443.71砂岩3.31473.54泥岩5.59479.53砂岩5.05484.58泥岩7.11491.69砂岩0.48492.17泥岩8.93501.10砂岩5.02506.12泥岩2.00508.12铝质泥岩1.99510.11泥岩16.29526.40砂岩9.17535.57泥岩4.00539.57砂岩0.62540.19泥岩8.21548.40粉砂岩1.01461.64泥岩8.59470.23砂岩13.60562.0泥岩3.00565.010煤主充填层主充填层辅充填层辅充填层辅充填层辅充填层隔离注浆充填技术原理钻孔探查验证隔离注浆充填技术原理钻孔探查验证三、关键技术三、关键技术关键技术之一：

采动覆岩隔离参数设计方法注浆充填工作面采宽设计方法隔离煤柱宽度设计方法关键技术之二：

采动覆岩隔离注浆充填工艺注浆充填钻孔布置方法注浆充填系统与工艺参数注浆充填与采煤速度匹配关键技术关键技术地表主关键层亚关键层2亚关键层1开采煤层主关键层破断距主关键层确定的采宽充填工作面采宽设计方法充填工作面采宽设计方法主关键层不破断失稳工作面处于非充分采动状态充填工作面采宽设计算例充填工作面采宽设计算例主关键层煤层关键层破断步距准数lm关键层不断对应的极限采宽b关键层与煤层间距H地表主关键层不断的工作面极限采宽为180m；确定104采区工作面合理采宽为150m左右。

qhltm212b（lm+2H/Tan）时关键层稳定不垮落亳州煤业股份公司104采区地表主关键层开采煤层充填工作面宽度a隔离煤柱宽度b承载区宽度c2/tancahq=-充填工作面宽度a承载区宽度c承载区宽度：

式中：

h，注浆层位距煤层高度；，充分采动角h隔离煤柱宽度设计方法隔离煤柱宽度设计方法按条带开采煤柱稳定性评价方法设计隔离煤柱保持稳定性极限强度理论：

（）/2（）pbFHacFHgsg-/0.9（0.640.36/）npcDbMss=+采宽a/m150基岩厚度/m268采高M/m3煤体试件强度/Mpa15注浆段距煤层垂高/m140煤体试样直径D/m0.05充分采动角/70系数n1.4表土层厚度/m350安全系数1.5隔离煤柱宽b45m隔离煤柱宽度设计方法算例隔离煤柱宽度设计方法算例煤柱b地表主关键层开采煤层1044宽度a15070c481042宽度a14570c4890140m亳州煤业股份公司104采区关键技术之一：

采动覆岩隔离参数设计方法注浆充填工作面采宽设计方法隔离煤柱宽度设计方法关键技术之二：

采动覆岩隔离注浆充填工艺注浆充填钻孔布置方法注浆充填系统与工艺参数注浆充填与采煤速度匹配关键技术关键技术注浆充填钻孔布置方法注浆充填钻孔布置方法注浆段度90120m隔离段高40140m松散层护壁段基岩裸孔注浆段21691形成了形成了双孔错层钻孔布置双孔错层钻孔布置技术技术。

I-I剖面图平面图多层位注浆充填，注浆充填层位上限为主关键层下，下限为裂隙带上。

钻孔平面间距100200m。

组内钻孔间距：

3050m。

注浆充填系统与工艺参数注浆充填系统与工艺参数注浆充填系统与流程注浆充填系统及工艺流程建设周期短（23个月）；投资少（200万400万元）；系统灵活、简便、机动。

注浆充填系统与工艺参数注浆充填系统与工艺参数注浆充填材料和配比粉煤灰浆压缩特性曲线粉煤灰密度：

0.60.7t/m3。

浆体水灰质量比：

1.32.0。

浆体水灰体积比：

0.781.2。

浆体容重：

1.281.41t/m3。

此外，对注浆充填泵选型、注浆充填压力、采注匹配、注浆充填时机和终止判据等工艺参数，均形成了相应设计方法。

0.01.02.03.04.05.06.07.002004006008001000工作面最大推进速度/m/d每天注干灰量/t采煤速度：

压实注采比：

注浆充填与采煤速度匹配注浆充填与采煤速度匹配按照地表沉陷控制要求确定的压实注采比和每天粉煤灰充填量确定井下采煤速度。

/hcmVbra=hmvaMbra=亳州煤业股份公司1044工作面注浆充填与采煤速度匹配实例400t/d3m/d注采比；为压实位量干灰为单质转变成灰体的系；压实压缩数mh每天注入为的干灰量，质t；粉煤灰密度；为v为采煤速度，m/d；a工作面采；为宽M采高。

为800t/d5.9m/d四、同类技术对比四、同类技术对比技术经济指标工作面宽度采出率减沉率充填系统充填与采煤干扰程度吨煤充填成本采动覆岩采动覆岩隔离注浆充填隔离注浆充填长壁面，长壁面，100200m80%80%建设周期短建设周期短、投资少投资少较小较小年产量年产量60-100万万t30元元/t传统条带开采短壁面，2050m80%年产量年产量30-50万万t传统的离层区注浆充填长壁面，100200m90%90%80%建设周期长、投资大很大年产量年产量30-50万万t60元元/t技术经济指标及与同类技术对比技术经济指标及与同类技术对比适用条件适用条件单一煤层基岩厚度较大（100m）粉煤灰来源可靠且运价合适地面具备钻孔施工与注浆充填条件尤其适合“村庄局部压煤采区”、“因断层影响“村庄局部压煤采区”、“因断层影响储量小的压煤采区”储量小的压煤采区”等条件下不迁村采煤。

五、推广应用效果五、推广应用效果“采动覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术”为淮北矿区不迁村采煤提供了一条新的技术途径，尤其为“村庄局部压煤采“村庄局部压煤采区”、“因断层影响储量小的压煤采区”区”、“因断层影响储量小的压煤采区”等条件下不迁村采煤提供了一条高效、经济、便捷的技术途径，解决了长期困扰淮北矿区村庄压煤开采问题。

该项技术已在淮北矿业集团全面推广应用，先后出台印发了注浆工程管理暂行办法（淮矿经管（淮矿经管2010129号）号）和淮北矿业分区隔离注浆充填技术应用的若干规定（暂行）（淮矿地测（淮矿地测201396号）。

号）。

推广应用情况推广应用情况推广应用情况推广应用情况序号序号矿井矿井压煤采区压煤采区类型类型进行程度进行程度11亳州煤业公司亳州煤业公司104104采区采区村庄下采煤村庄下采煤完成完成22亳州煤业公司亳州煤业公司103103采区采区村庄下采煤村庄下采煤完成完成33海孜煤矿海孜煤矿I3I3采区采区村庄下采煤村庄下采煤完成完成44祁南煤矿祁南煤矿3636采区采区村庄下采煤村庄下采煤完成完成366366工作面工作面55亳州煤业公司亳州煤业公司7676采区采区村庄下采煤村庄下采煤完成完成66亳州煤业公司亳州煤业公司101101采区采区村庄下采煤村庄下采煤完成完成10181018工作面工作面77袁店二矿袁店二矿8282采区采区村庄下采煤村庄下采煤完成完成72267226工作面工作面88海孜煤矿海孜煤矿II102II102采区采区村庄下采煤村庄下采煤正在注浆充填正在注浆充填99岱河矿业公司岱河矿业公司33采区采区村庄下采煤村庄下采煤正在注浆充填正在注浆充填1010桃园煤矿桃园煤矿八采区八采区宿州开发区下采煤宿州开发区下采煤正在注浆充填正在注浆充填在淮北矿区6个煤矿的个煤矿的9个压煤采区个压煤采区得到了推广应用。

推广应用情况推广应用情况已实施注浆充填采区的基本条件已实施注浆充填采区的基本条件序号矿井采区采高/m采深/m基岩厚度/m1亳州煤业公司104采区3.03.26202702亳州煤业公司103采区3.26202703海孜煤矿I3采区3.0320804祁南煤矿36采区4.04435011632215亳州煤业公司76采区3.84.06562936亳州煤业公司101采区3.25606702753857袁店二矿82采区5.046347820321828亳州煤业股份公司亳州煤业股份公司104采区应用效果采区应用效果采高3.03.2m。

倾角平均9。

平均采深620m。

松散层350m，基岩平均270m。

1044长150m，1042长145m，隔煤柱3254m。

采出煤量85万t，采出率90%以上；充填粉煤灰17万t；压实注采比43.6%。

采后实测地表最大下沉298mm，下沉系数0.1。

-3000-2500-2000-1500-1000-5000-5050150250350450550650750下沉值/mm测线长/m1044采后1042采后煤柱10421044-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000-5050150250350450550650750下沉值/mm测线长/m1044采后1042采后煤柱10421044侯楼杨子营10441042C28C27C26C25C24C23C22C21注注1注注2注注3注注4注注5T18T19T20T21T22T29T28T27T26T25T24T23C18C20C17C19C15C11C10C9C8C13C12C14C16T16T17T14T15T12T13C7C6C5C4C3C210441042亳州煤业股份公司亳州煤业股份公司103采区应用效果采区应用效果采高3.03.2m；倾角12；采深620m；松散层厚度350m；基岩厚度270m；1037、1035工作面长134m、124m；隔离煤柱145m。

采出煤量76.9万t，采出率90%以上；充填粉煤灰13.3万t；压实注采比44.6%。

采后实测地表最大下沉292mm，下沉系数0.1。

C1注注3注注2注注4注注510371035C4C6C8C9C10C18C17C14C12-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000020040060080010001200下沉值/mm测线长/m煤柱10371035-3000-2500-2000-1500-1000-5000020040060080010001200下沉值/mm测线长/m煤柱10371035海孜煤矿海孜煤矿1031工作面应用效果工作面应用效果采高3.0m；倾角8；采深320m；松散层厚240m；基岩厚度80m。

D、E工作面平均宽分别94m、54m；隔离煤柱宽度44m。

采出煤量31.7万t，采出率90%以上；充填粉煤灰3.1万t；压实注采比19.5%；采后实测地表村庄最大下沉176mm。

23456789101112131415718192021321031D1031E注1注3注223456791011121314158-3000-2500-2000-1500-1000-5000-1000100200300400500600700800下沉值/mm测线长/m煤柱1031E1031D祁南煤矿祁南煤矿36采区应用效果采区应用效果采高4.0m；倾角15；采深322572m，平均447m；松散层280m；基岩42292m，平均167m。

366里段斜长130m，推进长350m，外段斜长187m，推进长1350m；村庄压煤区域，工作面间留设60m隔离煤柱。

采区累计采出煤量55.7万t；注干灰总量10万t；压实注采比32.6%；开采后实测地表村庄最大下沉68mm。

-4000-3500-3000-2500-2000-1500-1000-500002004006008001000下沉值/mm测线长/m366面368面364面368工作面366工作面364工作面362工作面牲土建牲牲牲牲桃园镇敬老院注3注注5注2注4注6J1J2J3J4J5J6J8J9J10J11J12J13J14J15849J16J17J18J19J20J21J22J24J25J26J27J28J29J30T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T13T14T15T16T17T18T19T20J23亳州煤业股份公司亳州煤业股份公司76采区应用效果采区应用效果采高3.84.0m；倾角6；采深平均656m；松散层353m；基岩平均293m。

工作面采宽156m，推进长度1300m，里段370m为村庄压煤。

累计采出煤量33万t；注干灰总量8.9万t；压实注采比37.5%；开采后实测地表村庄建筑物区域最大下沉134mm。

766注注1注注2-4000-3500-3000-2500-2000-1500-1000-50000200400600800100012001400下沉值/mm测线长/m766工作面5123461234561252341678注1注2注3注4亳州煤业股份公司亳州煤业股份公司101采区应用效果采区应用效果采高3.2m；倾角20；采深平均615m；松散层285m；基岩平均330m。

1018工作面采宽154m，推进长度500m，全部为村庄压覆。

累计采出煤量37万t；注干灰总量12.9万t；压实注采比52.9%；开采后实测地表村庄建筑物区域最大下沉200mm。

10181016注注1注注2注注3注注4-3500-3000-2500-2000-1500-1000-500003006009001200下沉值/mm测线长度/m1018B10B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B1372267223袁店二井煤矿袁店二井煤矿82采区应用效果采区应用效果采高5.0m；倾角6；采深平均473m；松散层260m；基岩平均208m。

7226工作面采宽180m，推进长度863m，停采线侧316m为村庄压覆。

压煤区域采出煤量56万t；注干灰总量10.7万t；压实注采比34.2%；开采后实测地表村庄建筑物区域最大下沉99mm。

7226注注1注注2注注3注注47223-5000-4000-3000-2000-1000002004006008001000下沉值/mm测线长度/m村庄线走向线7226控制区域村庄线村庄线走向线走向线压煤线压煤线已产生的经济效益已产生的经济效益序号矿井采区采出煤量/万t节省搬迁费用/万元注浆充填费用/万元注浆充填成本/（元/t）1亳州煤业公司104采区857000255030.02亳州煤业公司103采区76.95800230730.03海孜煤矿I3采区67.212000151222.54祁南煤矿36采区55.79600150026.95亳州煤业公司76采区33516086126.16亳州煤业公司101采区37746693025.17袁店二井煤矿82采区567000145025.9合计合计410.8410.85402654026111101111027.027.036工作面1采宽150m关键层破断对应的悬露宽度200m承载区宽50m非承载区非承载区工作面2采宽150m不隔离注浆充填沉陷失控原因示意（动画）不隔离注浆充填沉陷失控原因示意（动画）