密集村莊下應力集中區(qū)域覆巖離層注漿加固綠色開采技術(shù)研究應用

摘要：村莊下采煤一直是困擾義煤公司安全高效發(fā)展的重大問題。由于部分礦區(qū)村莊分布密集，搬遷費用過高，且地表塌陷也會給當?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境造成一定破壞，違背當今環(huán)保發(fā)展方向，也是步履維艱，逐漸村莊下采煤注漿減沉綠色開采技術(shù)受到關(guān)注和不斷探索研究。村莊下壓煤的成功開采，對提高煤炭資源利用率，緩解礦井資源緊張局面具有重大意義。特別是對義煤公司東部礦井村莊密集，環(huán)保壓力大的地區(qū)而言，隨著土地資源的緊張和征遷費用的提高，不搬遷開采村莊下壓煤勢在必行。經(jīng)過不斷的外出學習調(diào)研和探索研究，最終找出適宜義煤公司東部礦井地質(zhì)條件的注漿減沉開采技術(shù)，并在新義礦業(yè)成功應用。

關(guān)鍵詞：密集，綠色，覆巖，離層，關(guān)鍵層，注漿

隨著煤礦綠色開采的提出，充填開采作為地表沉陷控制和“三下”壓煤開采的重要手段，得到了較大發(fā)展，形成了以固體、膏體、高水材料等為代表性的多種充填采煤技術(shù)。這些采空區(qū)充填技術(shù)的最顯著區(qū)別特征在于所用的充填材料，造成充填工藝和裝備均有所不同，以及機械化水平和效率也有所差別，但本質(zhì)上，這些方法均是在工作面推進過程中頂板垮落之前及時充填后方采空區(qū)，充填難度大，耗費人力物力較大，且填充效果不佳，因此探索研究行之有效，經(jīng)濟高效的注漿減沉綠色開采技術(shù)成為當今煤炭領(lǐng)域的迫切需求。

1.項目實施背景

義煤公司普遍存在村莊壓煤的問題，尤其是新義礦業(yè)，面臨的村莊壓煤問題十分嚴峻，已成為制約礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。目前新義礦業(yè)礦井一水平上山地表存在多個村莊，通過無人機航測和實地調(diào)查共統(tǒng)計村莊8個、居民2564戶;另外一水平下山部分也有零星村莊分布，居民約160戶;村莊合計3728戶，壓煤合計約2547萬t。

2.項目技術(shù)原理

通過地面鉆孔對采動覆巖離層區(qū)進行高壓注漿充填，離層區(qū)內(nèi)因注漿充填產(chǎn)生的液壓作用，向上托舉離層的上部巖層，向下進一步壓彎下覆巖層、壓實冒落帶，使其在工作面中部形成一定寬度的壓實支撐區(qū)，利用壓實區(qū)與隔離煤柱聯(lián)合控制覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而減小地表下沉，保護地表因采煤影響范圍內(nèi)農(nóng)田及其村莊的破壞。

3.項目實施及效益分析

3.1 工作面的適用情況

結(jié)合工作面基本開采技術(shù)條件和村莊的分布情況，對覆巖離層注漿加固減沉的實施條件進行分析。

3.1.1 單一煤層開采

工作面僅開采二1煤層，煤厚平均5.5m，符合覆巖離層注漿加固開采技術(shù)的單一煤層開采條件。

3.1.2 基巖厚度充足

11090工作面埋深大，達640～650m，基巖厚度充足，為596.5～606.5m，具備實施注漿充填的關(guān)鍵層條件。在煤系巖層中，由于成巖時間和礦物成份等不同，使各巖層在厚度和力學性質(zhì)等方面總存在著不同程度的差別。實踐發(fā)現(xiàn)，由于各堅硬巖層的層位和特性不同，因而并不是每一層堅硬巖層在采動巖體運動中起主要控制作用，有時僅僅有一層或幾層。

3.1.3 配套設施齊全

要具有實施注漿充填所需的場地、水電、粉煤灰等。

注漿鉆孔施工條件：工作面注漿充填區(qū)域?qū)孛娴貏菘傮w平坦，多為田地，具備地面注漿鉆孔施工條件。

泵站建設：工作面地面為田地，可根據(jù)實際情況選擇泵站地點。

供水：由于該區(qū)域相對缺水，但距離工廣較近，礦井排水量達到130m3/h，且能排水持續(xù)穩(wěn)定，可以滿足注漿工程用水要求。

供電：注漿區(qū)域距離工廣較近，僅需架設較短供電線路即可滿足供電要求。

綜上：通過對國內(nèi)外建村莊下采煤現(xiàn)狀的對比分析，覆巖離層注漿注漿充填開采技術(shù)無論是從技術(shù)上還是從經(jīng)濟效益、社會效益上，均能夠滿足礦井安全、高效可持續(xù)發(fā)展的需求，是新型的村莊下采煤不遷村技術(shù)。

3.2 技術(shù)應用分析

新義礦業(yè)11090工作面共施工注漿鉆孔6個，鉆探工程量2868.61米，注入粉煤灰13.3萬噸，綜合注采比26.7%。通過地表巖移觀測，項目實施完成后，經(jīng)過近一年的觀測，地表最大下沉量僅210mm，達到了預期設計效果。

4.效益分析

4.1 經(jīng)濟效益分析

11090 工作面注漿充填項目經(jīng)費概算及效益分析。注漿充填工程費用概算6520 萬元，以煤量 135 萬t計，合噸煤 48.3 元;其中，鉆探費用 636 萬元，注漿施工費用為 3479 萬元，粉煤灰材料費用 1960 萬元。項目預期效益 33980 萬元 ，經(jīng)濟效益顯著;其中，可新增銷售收入總計 81000 萬元，注漿充填開采總成本約 47020 萬元（其中生產(chǎn)成本約 40500 萬元）。

4.2 社會效益分析

覆巖離層注漿加固技術(shù)能夠有效保護地面村莊，實現(xiàn)不遷村開采，可以解決礦井壓煤開采困局，有效延長礦井服務年限，同時保護了礦區(qū)內(nèi)耕地資源。該項目的社會效益體現(xiàn)在：

4.2.1 保護建筑物與耕地資源

采用該項技術(shù)后可保護地面村莊，解放壓煤資源，為礦井可持續(xù)發(fā)展提供新的技術(shù)路徑。同時能夠減少耕地損失，減少失地農(nóng)民近萬人，使近千人免于遷村之累，實現(xiàn)資源開采和地方地方經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展，能取得巨大的社會效益。

4.2.2 緩解接替緊張，促進礦井發(fā)展

注漿充填技術(shù)在幾十對礦井進行的工業(yè)性試驗和應用研究表明，工作面單產(chǎn)最大達到120萬t/a，能夠保障礦井正常采掘接替與生產(chǎn)穩(wěn)定，以及煤礦職工的生活安定，為礦區(qū)經(jīng)濟、社會的穩(wěn)定作出巨大貢獻。

4.2.3 處理電廠粉煤灰，避免環(huán)境污染事故

該項技術(shù)還能無害化處理了電廠粉煤灰，實現(xiàn)真正意義上的循環(huán)經(jīng)濟、綠色開采。同時，可以保護當?shù)厮Y源的安全，能夠取得顯著的環(huán)境保護成效。

綜上，覆巖離層注漿加固技術(shù)具有顯著的社會與環(huán)境效益，具有良好的工業(yè)前景。

參考文獻

[1]汪理全，徐金海等.礦業(yè)工程概論[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2004.

[2]錢鳴高，石平武，許家林.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2010.

作者簡介：楊楠（1987—），男，河南省義馬市人，2009年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，土木工程專業(yè)，現(xiàn)在河南大有能源股份有限公司生產(chǎn)技術(shù)處從事采掘技術(shù)管理工作。