復(fù)雜地質(zhì)條件下地面注漿充填減沉試驗(yàn)研究

梁永東，王守峰

（淮北礦業(yè)集團(tuán)亳州煤業(yè)，安徽 亳州233600）

煤炭是我國最主要的能源之一，在我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占74%左右。為了尋找一條礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展之路，實(shí)現(xiàn)礦山的綠色開采，提高開采的實(shí)際效益，在復(fù)雜地質(zhì)條件礦井開采中減少地表沉陷，合理解放地表構(gòu)建筑物下壓覆的煤炭資源是非常有必要的。

1 概況

某礦是一座設(shè)計1.50Mt／a的機(jī)械化礦井。在井田區(qū)域內(nèi)村莊密布，人口云集，壓煤量大。其103采區(qū)第四系覆土層平均厚度320m，煤層埋深在－550m～－640m之間，地質(zhì)條件復(fù)雜，大斷層及其次生小斷層呈網(wǎng)狀，地表村莊壓煤，按正常地表塌陷開采其經(jīng)濟(jì)效益不高，對采區(qū)巷道布置帶來困難。在103采區(qū)通過探查能形成1035工作面Ⅰ、Ⅱ兩個炮采面，1037綜采面。1037工作面走向長620m，傾向長150m，平均埋深為－560m，開采平均厚度為2.5m，地表有一村莊（如圖1所示）。為盡可能地多增加效益，就要求工作面布置合理和解決村莊壓煤問題。

圖1 103采區(qū)工作面布置

2 設(shè)計方案

2.1 工作面布置

1037工作面選擇布置在DF08－41與DF08－39斷層之間，根據(jù)斷層的走向?qū)ぷ髅娌辉賱澐志匦螇K段，采用“Z”型布置，1035工作面Ⅰ、Ⅱ兩面布置在斷層網(wǎng)之中。

2.2 注漿設(shè)計

（1）基本原理。井工開采使地表基巖層失去支撐力，地表表現(xiàn)為沉陷。注漿法將水泥、粉煤灰等及水的混合懸浮漿液用泥漿泵通過已埋設(shè)的注漿管注入地層，填充地層中的空洞、裂隙，達(dá)到減少地表沉陷的目的。

（2）設(shè)計方案。在1035工作面對應(yīng)地表設(shè)計2個注漿孔（3號、4號孔），兩鉆孔間距200m，每個鉆孔的注漿有效半徑為150m；在1035工作面Ⅰ、Ⅱ各布置1個孔（1號、2號孔），為確保注漿的有效性、減少漿液對地下水系及對井下工作面開采的影響，終孔位于距工作面煤頂140m處的覆巖中，注漿壓力保持在4～5MPa之間，漿液的水灰比保持在1～2之間，工作面停采后將鉆孔下延至冒落帶并注漿，鞏固注漿效果。在工作面正常開采期間，根據(jù)注漿量調(diào)整開采速度。

3 實(shí)施情況

3.1 注漿實(shí)施情況

在1035工作面Ⅰ回采時，對1號鉆孔進(jìn)行注漿；在1035工作面Ⅱ開采時對2號鉆孔進(jìn)行注漿；在1037綜采面回采至距3號孔100m時開始后對3號鉆孔注漿，在工作面推過3號孔120m時開始對4號孔進(jìn)行注漿。在1035工作面開采期間，由于開采速度較慢，注漿速度及注漿量根據(jù)開采速度調(diào)整；在對1037工作面注漿時，工作面開采使用綜采，開采速度較快，則根據(jù)注漿的速度控制井下的開采速度，同時加大對工作面的礦壓及淋水量的觀測。

3.2 地表沉降數(shù)據(jù)結(jié)果分析

在103采區(qū)工作面地表進(jìn)行注漿的同時，對所布設(shè)的監(jiān)控測點(diǎn)的監(jiān)控測量也在進(jìn)行。現(xiàn)已進(jìn)行了連續(xù)觀測測量，并根據(jù)測量結(jié)果對地表注漿效果進(jìn)行分析。

村莊內(nèi)所布工作面傾向監(jiān)控線2條，部分測點(diǎn)沉陷數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 村莊測線Ⅱ下沉曲線

圖3 村莊測線Ⅰ下沉曲線

通過測量結(jié)果分析，測線Ⅰ上（圖3）Z4測點(diǎn)累計下沉量達(dá)到最大，其值為92mm；其下沉速度僅為0.07mm／d。而工作面村莊測線Ⅱ（圖2）C12測點(diǎn)的累計沉量達(dá)到最大，其值為145mm；其下沉速度為0.08mm／d。由此可看出，在村莊所布工作面傾向線上監(jiān)測點(diǎn)下沉量已趨于穩(wěn)定，測定最大下降值為145mm，建筑物損壞等級為Ⅰ級。

3.3 效益分析

103采區(qū)通過地面注漿的方式來減少地面沉降的試驗(yàn)項目取得了初步成功，注漿減沉效果明顯（見表1）。

表1 自然下沉與注漿減沉各項預(yù)計對照

（1）103采區(qū)通過注漿減沉開采方案的設(shè)定，成功在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中設(shè)計出一個綜采面，并解決了村莊壓煤問題，1037工作面實(shí)際采出原煤量455kt；2個炮采面解放煤量82kt，按回采期間噸煤含稅利潤300元計算，共實(shí)現(xiàn)利潤為1.61億元。

（2）根據(jù)相關(guān)部門測算預(yù)計，村莊征遷費(fèi)用8000萬元，而103采區(qū)注漿工程總價2900萬元?？梢?，采用注漿充填開采，能夠取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）103采區(qū)若不進(jìn)行注漿充填，預(yù)計地表最大下沉達(dá)1800mm；而采用注漿充填開采后實(shí)測地表下沉僅145 mm。地表村莊房屋大部分處于不受損害狀態(tài)，耕地破壞量減少；注漿減少了粉煤灰存放對土地的占用量，保護(hù)了耕地，為子孫后代保留了生存空間。

4 結(jié)語

通過注漿工程的實(shí)施，使地表沉降量減少到Ⅰ級破壞，房屋既無需搬遷，煤礦又實(shí)現(xiàn)了合理開采。實(shí)踐證明，村莊下壓覆的煤炭資源通過地表注漿減沉方法是可以有效利用的。這一工程的成功為同等條件下采煤創(chuàng)新出一條綠色開采之路，為礦區(qū)發(fā)展提供了一條可持續(xù)發(fā)展之路。

〔1〕王守峰，陳 濤 .單采煤層地面注漿充填減沉試驗(yàn)研究〔J〕.北京測繪，2011，04：34－36，42.

〔2〕徐乃忠，張玉卓 .覆巖離層注漿控制地表沉陷技術(shù)的應(yīng)用〔J〕.煤炭科學(xué)技術(shù)，2000，28（9）：1－3.

〔3〕許敬立 .采煤地面注漿充填減沉試驗(yàn)研究〔J〕.礦業(yè)安全與環(huán)保，2010，06：51－52.

〔4〕毛紅梅 .注漿法處理采空區(qū)技術(shù)〔J〕.西部探礦工程，2008，9：217－219.

〔5〕楊 倫 .對采動覆巖離層注漿減沉技術(shù)的再認(rèn)識〔J〕.煤炭學(xué)報，2002，27（4）：352－356.