覆巖隔離注漿充填綠色開采技術(shù)

軒大洋，許家林，王秉龍

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學(xué) 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

我國煤炭資源的開采強度大，地表塌陷等采動損傷影響面積廣，尤其是在東部地區(qū)，人口與建(構(gòu))筑物密集、農(nóng)田廣布，面臨的沉陷控制問題突出。同時，煤炭開采與利用過程中產(chǎn)生了煤矸石、粉煤灰、煤泥等固體廢物，已成為我國大宗固廢的重要組成部分，是固廢減排的重點對象。綠色開采是實現(xiàn)采動減損與固廢資源化利用的重要手段[1]，對礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

部分開采與充填開采是減損開采的重要手段。前者是通過留設(shè)煤柱支撐覆巖、控制地表沉陷的方法，如條帶開采與房柱式開采，但該方法將導(dǎo)致部分煤炭資源損失，后者是通過在采動空間(隙)充填物料支撐覆巖達(dá)到減損的目的。根據(jù)煤炭長壁垮落法開采后采動空間(隙)的產(chǎn)生與演化過程，充填的位置可以是采空區(qū)、垮落帶或彎曲帶[2-3]。利用地面鉆孔對裂隙帶以上覆巖進(jìn)行注漿充填的方法，具有充填與采煤空間相分離、充填對采煤干擾小的優(yōu)勢，是充填技術(shù)的重要發(fā)展方向。

離層注漿是一種典型的覆巖注漿充填方法，該技術(shù)于20世紀(jì)80年代開始在我國試驗，是覆巖注漿充填減沉的有益嘗試，取得了一定的減沉效果，但尚不能應(yīng)用于建筑物下開采保護(hù)。覆巖隔離注漿充填技術(shù)，是在深入揭示巖層采動裂隙演化的基礎(chǔ)上研發(fā)，創(chuàng)新了關(guān)鍵層下壓實注漿減沉新理論與新工藝，大幅提高了注采比與地表沉陷控制效果[2,4-7]。筆者回顧了離層注漿起源、實例，分析了其減沉效果。論述了覆巖隔離注漿充填技術(shù)原理、煤基固廢注漿材料及工藝，介紹了該項技術(shù)的典型應(yīng)用領(lǐng)域及工程效果。

1 離層注漿技術(shù)回顧

1.1 離層注漿技術(shù)起源

離層注漿充填技術(shù)研究始于對覆巖離層現(xiàn)象的認(rèn)識。國內(nèi)外學(xué)者對煤礦覆巖離層現(xiàn)象很早已達(dá)成共識，且圍繞這一主題開展了廣泛的研究。前蘇聯(lián)學(xué)者鮑里索夫[8]于1980年出版的著作中，將離層作為覆巖層狀巖層共同變形和破壞的最典型特點和重要規(guī)律；西德學(xué)者KRATZSCH[9]于1983年出版的《Mining Subsidence Engineering》一書中描述了離層現(xiàn)象并給出了相關(guān)實測結(jié)果。在我國，劉天泉院士等[10]早在1982年出版的著作中證實了層間離層的存在，張延濤等[11-12]均對離層現(xiàn)象進(jìn)行了描述。之后，國內(nèi)外眾多學(xué)者均圍繞這一主題開展了廣泛研究。

對煤系層狀覆巖而言，長壁開采地表沉陷本質(zhì)上是采動空隙由開采空間逐漸向上傳播到地表所形成的。因此，阻止采動空隙的傳播即可控制開采沉陷，覆巖離層注漿正是利用了這種原理，通過地面鉆孔對采動覆巖中的離層區(qū)實施注漿充填，從而減小地表沉陷[13-14]。離層注漿思想最初可能由前蘇聯(lián)學(xué)者提出[15]。據(jù)PALARSKI[16]報道，波蘭曾于20世紀(jì)80年代開展了離層注漿試驗，使地表變形減小了20%～30%。范學(xué)理等[17]于1985年在我國開始離層注漿方法及設(shè)備研究，后在撫順老虎臺煤礦開展了國內(nèi)第1例現(xiàn)場試驗，并取得了較好的效果。這一技術(shù)隨即受到了我國采礦工業(yè)和學(xué)術(shù)界的極大重視，先后在近10個礦井的20余個工作面進(jìn)行了試驗(表1)。

1.2 離層注漿技術(shù)效果

根據(jù)表 1中相關(guān)文獻(xiàn)給出的數(shù)據(jù)，采用離層注漿技術(shù)的工作面，地表下沉一般大于700 mm，個別達(dá)到2 000 mm(圖1(a))，地表減沉率平均為40%～50%(圖1(b))，與建筑物下采煤的沉陷控制要求尚有一定的差距。楊倫[31]對老虎臺等煤礦10個注漿充填工作面減沉率重新分析后認(rèn)為，在考慮采動充分度并重新計算后，實際減沉率應(yīng)為15%～20%。該結(jié)果與PALARSKI[16]所報道的波蘭注漿充填減沉率(20%～30%)接近。

圖1 離層注漿的減沉率Fig.1 Subsidence reduction of traditional bedding separation grouting

表1 我國早期開展的部分離層注漿現(xiàn)場試驗情況Table 1 Reported case histories of traditional grout injection into separation in China

綜上，離層注漿減沉率一般小于50%，在相鄰工作面開采后更低。因此，盡管離層注漿具有工藝簡單、成本低、對采煤干擾小等優(yōu)勢，但尚不能作為一種建筑物不搬遷開采技術(shù)，導(dǎo)致該技術(shù)在我國的試驗應(yīng)用逐步減少。

1.3 原因分析

離層注漿的減沉率低與其注采比(注入至覆巖裂隙內(nèi)的壓實充填體體積與采出體積之比)小有密切關(guān)系。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)(如文獻(xiàn)[14,17-18,31])中搜集的18個工作面離層注漿試驗數(shù)據(jù)來看，注采比平均僅為6.8%(圖2)。在早期的離層注漿實例中，多數(shù)工作面注入的灰體不足采出體積的10%；之后，在京山鐵路下開采時提高至30%左右[14]。文獻(xiàn)[32]分析指出，我國首例離層注漿工作面注入的灰體僅占采出煤量的3%，很難起到減沉作用。

圖2 離層注漿的注采比Fig.2 Injection ratio of bedding separation grouting

進(jìn)一步研究表明，離層注漿的注采比與長壁開采條件下覆巖內(nèi)的離層量與采高比值接近。理論上，覆巖離層與巖層條件、煤層采厚等因素相關(guān)，其值存在從無到有、增加到閉合的過程。從文獻(xiàn)披露來看，以往關(guān)于離層注漿的研究中，有較多文獻(xiàn)集中于離層位置及離層量值，存在“充填量等于離層量”的認(rèn)識，一定程度上決定了注采比大小。

由中國[33-35]、澳大利亞[36-38]、以色列[39]等國學(xué)者所開展的大量模擬與實測研究表明(表2)，長壁開采條件下的自然離層量是相對較小的，單個離層的量一般為0.002～0.4 m，平均值小于0.15 m，僅占采高的8%左右；模擬或觀測到的覆巖累計離層量與采高的比值上限為20%～30%(圖3)。文獻(xiàn)[40]分析了覆巖注漿鉆孔的注采比，得到無壓階段的總注采比一般在10%以下，也表明單個離層高度不足采高的10%。

表2 文獻(xiàn)中的離層量Table 2 Bedding separation apertures from the literatures

圖3 單個離層的量值及其與采高的比值Fig.3 Aperture of single bedding separation and ratio of it to mining height

究其原因，是采動后的覆巖卸荷膨脹累積效應(yīng)抑制了離層的形成，即離層被垮落帶巖體碎脹及裂隙帶巖體膨脹量所取代[35,43]；僅當(dāng)?shù)貙又写嬖谀軌蚩刂聘矌r的典型關(guān)鍵層時，隨著下部巖體的壓實，離層能夠存在一定時間。如不對離層實施有效干預(yù)，較難達(dá)到較高的注采比與減沉率。離層注漿的注采比小，與原生狀態(tài)下的離層量相接近，無法形成有效支撐覆巖的結(jié)構(gòu)，說明充填層位下方采空區(qū)未受到充分作用力，導(dǎo)致殘存空隙多、可壓縮量大，在多工作面開采時采空區(qū)將進(jìn)一步壓縮從而加劇地表下沉。這是離層注漿地表減沉率低的重要原因。

2 覆巖隔離注漿充填原理

覆巖隔離注漿充填(圖4)的原理與離層注漿不同，其基本原理是：基于關(guān)鍵層理論，從覆巖中找出對地表沉陷起控制作用的關(guān)鍵層，在關(guān)鍵層破斷前，通過地面鉆孔對選定關(guān)鍵層下方的采動裂隙實施高壓注漿充填，壓實下部碎脹巖體，從而擴(kuò)大受注空間、增大注采比，在采空區(qū)形成壓實承載結(jié)構(gòu)，有效支撐關(guān)鍵層，提高減沉率[2,4-6]。這是與離層注漿主要充填離層空隙的本質(zhì)區(qū)別所在。

圖4 覆巖隔離注漿充填示意Fig.4 Schematic of overburden isolated grouting

2.1 主層位注漿

通過在選定的關(guān)鍵層下實施注漿充填，形成主注漿層位，能夠大幅提高注采比。前期通過注漿結(jié)束后的鉆探取心結(jié)果表明，注漿充填呈現(xiàn)了主層位特征，即90%以上的充填體均集中在終孔上方第1層關(guān)鍵層以下[44]。進(jìn)而，通過注漿過程中的現(xiàn)場探測進(jìn)一步對覆巖隔離注漿充填的主層位進(jìn)行驗證。

提出了注漿充填層位探測方法并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(圖5)。根據(jù)流量連續(xù)性條件可知，在注漿層位以上的各點漿液流量相等(為注入總流量)，在注漿層位下方，流量大幅衰減。探測方法即是對鉆孔全孔段流量進(jìn)行測量，繪制出流量與深度的關(guān)系曲線，根據(jù)流量衰減位置確定注漿層位深度。

圖5 鉆孔注漿層位探測方法原理Fig.5 Principle of borehole grouting horizon detection method

對淮北袁店二井煤礦7221工作面5號注漿孔進(jìn)行了探測。分別在工作面距鉆孔28.9,16.7,10.0 m時對鉆孔裸孔段進(jìn)行了測量，根據(jù)不同位置的流量，繪制出全斷面的流量趨勢線(圖6)。通過3次觀測結(jié)果得出，鉆孔流量發(fā)生突變的位置在344.0～346.4 m，上方流量雖有所變化，但整體在某個位置上下波動，這是由于鉆孔變形后過流斷面發(fā)生變化導(dǎo)致的。因此，可以得出該孔的主注漿層位為344.0～346.4 m。同時，采用鉆孔電視對孔壁變形情況進(jìn)行探測，進(jìn)一步對測量結(jié)果進(jìn)行了驗證，證實了主注漿層位。

圖6 7221-5號孔注入流量及趨勢線Fig.6 Injection flow and trend curves for borehole 7221-5

2.2 壓實注漿

針對離層注漿存在的充填量小的問題，覆巖隔離注漿充填采用壓實注漿新方法，通過高注漿壓力對選定的關(guān)鍵層下方主層位實施注漿，利用注漿壓力壓實下部碎脹巖體，消除覆巖卸荷膨脹累積效應(yīng)并轉(zhuǎn)化出可注漿空間，大幅提高注漿量，形成壓實區(qū)，從而支撐上覆關(guān)鍵層。

覆巖隔離注漿充填壓力包括零壓、增壓、穩(wěn)壓與超壓幾個過程(圖7)，其中，壓實作用在增壓段開始產(chǎn)生，穩(wěn)壓階段則是壓實的主要過程。通過壓實注漿，使注采比得到大幅提升，單一工作面可達(dá)50%以上。通過鉆孔探測及實驗表明，在壓實注漿下，覆巖內(nèi)充填體厚度可達(dá)到離層量值的數(shù)倍[4,44]。

Ⅰ—零壓；Ⅱ—增壓；Ⅲ—穩(wěn)壓； Ⅳ—超壓圖7 鉆孔注漿壓力曲線[40]Fig.7 Borehole injection pressure curves[40]

覆巖隔離注漿充填壓實區(qū)也在力學(xué)模型與實驗研究中得到了驗證[40]。文獻(xiàn)[40]建立了注漿充填壓實區(qū)力學(xué)模型，導(dǎo)出了注漿充填壓力傳遞到采空區(qū)后的附加應(yīng)力、采空區(qū)壓實量與壓實區(qū)寬度。圖8為物理模擬實驗得到的不同開采寬度下的注漿充填附加應(yīng)力與壓實區(qū)寬度。該模型共模擬了6種方案，原型中工作面采高3.0 m，基巖厚度170 m，松散層厚度250 m，注漿層位位于煤層上方60 m，方案1～6中的注漿壓力分別為7.86，7.86，7.86，7.86，8.66，9.46 MPa，工作面寬度分別為110，120，130，140，140，140 m[40]。

圖8 注漿充填附加應(yīng)力及壓實區(qū)寬度驗證[40]Fig.8 Verification of injection induced stress and width of compaction area[40]

隨著注漿層位與煤層間距加大，采空區(qū)附加應(yīng)力、壓縮量、壓實區(qū)寬度、壓實度、注采比均不斷減小，即注漿層位越高時，不利于壓實區(qū)的形成。當(dāng)注漿壓力較低時，也難以有效形成對下部巖體的壓實作用，壓力選取應(yīng)以平衡所選擇關(guān)鍵層載荷為準(zhǔn)。選定的關(guān)鍵層位置即注漿層位，當(dāng)關(guān)鍵層距離煤層較遠(yuǎn)時，形成的壓實區(qū)寬度較窄，關(guān)鍵層距煤層較近時，所形成的壓實區(qū)寬度較大，此時多工作面回采時可以不留煤柱，即能夠有效控制地表沉陷。

2.3 承載結(jié)構(gòu)

覆巖隔離注漿充填是通過壓實區(qū)或與隔離煤柱聯(lián)合支撐關(guān)鍵層，控制地表沉陷。文獻(xiàn)[45]基于彈性地基梁理論，建立了覆巖隔離注漿充填承載結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層的撓度力學(xué)模型，并利用模型實驗進(jìn)行了驗證(圖9，其中，q為注漿充填體上方關(guān)鍵層承受的載荷，MPa；φ為充分采動角；L為工作面寬度，m；S為壓實區(qū)寬度，m；b為隔離煤柱寬度，m；H1為注漿層位與煤層間距，m；p1(x)，p2(x)，p3(x)，p4(x)，p5(x)分別為關(guān)鍵層在隔離煤柱區(qū)、隔離煤柱側(cè)非壓實區(qū)、壓實區(qū)、實體煤壁側(cè)非壓實區(qū)、實體煤壁區(qū)所受的地基反力，N/m2；k1，k2，k3，k4，k5分別為隔離煤柱區(qū)、隔離煤柱側(cè)非壓實區(qū)、壓實區(qū)、實體煤壁側(cè)非壓實區(qū)、實體煤壁區(qū)的彈性地基系數(shù)，MN/m3)。在所述的模擬實驗中，隔離煤柱寬度為40 m，工作面實施覆巖注漿充填開采后，煤柱仍保持了穩(wěn)定性，詳見文獻(xiàn)[46]。所建立的力學(xué)模型中，將注漿充填關(guān)鍵層下方的煤巖層分為隔離煤柱區(qū)、隔離煤柱側(cè)非壓實區(qū)、壓實區(qū)、實體煤壁側(cè)非壓實區(qū)和實體煤壁區(qū)，并確定了不同區(qū)域的彈性地基系數(shù)，利用該模型確定了影響地表沉陷的因素依次為：工作面寬度、采高、注采比、注漿層位高度、隔離煤柱寬度。

圖9 覆巖隔離注漿充填承載結(jié)構(gòu)模型及驗證[45]Fig.9 Model and verification of bearing structure of isolated overburden grouting[45]

3 覆巖隔離注漿充填工藝

3.1 注漿材料及工藝

覆巖隔離注漿充填以粉煤灰、煤泥、煤矸石等煤基固廢物作為充填原材料，在控制地表沉陷的同時，實現(xiàn)固廢減排目的。粉煤灰以散體干料形態(tài)制漿，注漿系統(tǒng)相對簡單(圖10)，投資少、建設(shè)周期短(1～2月)。煤矸石原狀塊度大，無法直接用于注漿充填，需要進(jìn)行粉化處理，可采用的方法有球磨等方法。煤矸石粉磨制漿系統(tǒng)相對復(fù)雜(圖10)，建設(shè)成本與周期較粉煤灰系統(tǒng)明顯增加。煤泥以漿狀直接混合制漿，通常作為其他注漿材料的補充。需要指出的是，為避免對地下水產(chǎn)生影響，注漿鉆孔僅在設(shè)計的關(guān)鍵層下留設(shè)注漿段，含水層段均下套管封固，防止?jié){液滲入。同時，煤基固廢注漿材料選擇時，主要采用滿足標(biāo)準(zhǔn)[47]的一般工業(yè)固體廢物中的I類工業(yè)固體廢棄物。在采用煤矸石或其他材料進(jìn)行制漿時，可以采用沉析速率、黏度、當(dāng)量壓實系數(shù)等參數(shù)來評估注漿材料的可用性。

圖10 煤基固廢注漿工藝Fig.10 Grouting system for coal based solid waste

3.2 漿液流動及泌水

采用的充填漿料由固料與水混合制成，流經(jīng)路徑為地表→管路→鉆孔→裂隙，經(jīng)歷了由固料、漿體、壓實體的相變過程。在這一過程中，漿液流動泌水特性關(guān)系到注漿效果及安全性。

實驗研究表明，充填漿液在裂隙內(nèi)呈兩階段流動特征，在無壓階段呈現(xiàn)“先徑向后雙向”流動特征，有壓階段呈現(xiàn)出優(yōu)勢通道流動。優(yōu)勢流動通道近似呈橢圓形，以注漿孔為中心，沿著走向不斷擴(kuò)展，且通道的尺寸逐漸增大，隨著注漿時間的延長，通道逐漸發(fā)育成為較狹長的形態(tài)，主要原因是傾向邊界處的漿液逐漸出現(xiàn)固結(jié)沉積(圖11)[48-49]。

圖11 漿液的優(yōu)勢流動通道演化過程[48]Fig.11 Evolution of slurry flow channel [48]

煤基固廢漿液為典型的固液兩相流，漿液進(jìn)入裂隙空間后，流動速度大幅衰減，導(dǎo)致固相顆粒沉積，出現(xiàn)水與顆粒分離，即出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。在裂隙腔體內(nèi)，漿液在傾向方向的析水速度要大于走向方向，尤其是越靠近邊界處速度越小，也即距離鉆孔越遠(yuǎn)，漿液的固結(jié)程度越大。

高壓注漿作用下，注入地層中的漿液將發(fā)生泌水固結(jié)，并轉(zhuǎn)化為壓實體，起減沉作用的正是這一部分充填物。前期的鉆孔取芯探測已經(jīng)得到了證實[44]。根據(jù)漿液在覆巖裂隙所處的封閉環(huán)境，類比充填漿體在巖層中的受力情況對其固結(jié)特性進(jìn)行了實驗研究[50-51]。實驗得出，充填漿液出現(xiàn)了泌水固結(jié)，最終形成了壓實體。12 MPa壓力條件下形成的典型粉煤灰壓實體如圖12所示。為了表征漿液的壓實特性，定義了當(dāng)量壓實系數(shù)，并將其引入到注采比計算中，更加符合工程實際[50]。由于充填漿體最終轉(zhuǎn)換成壓實灰體，因此覆巖隔離注漿充填后地表能夠保持長期穩(wěn)定。

圖12 粉煤灰漿液壓實體Fig.12 Fly ash slurry compaction

漿液泌出水將向圍巖滲流，研究表明，隔離層飽和度對充填漿液泌出水向工作面的流動產(chǎn)生影響。在非飽和覆巖條件下，漿液泌出水被注漿層位圍巖孔隙儲存，由于圍巖水平方向的滲透率明顯大于垂直方向，導(dǎo)致泌出水以水平方向擴(kuò)散為主，多數(shù)在透過隔離層之前已被圍巖充分吸收，無法在工作面涌出。在飽和覆巖條件下，圍巖孔隙無法繼續(xù)儲存漿液泌出水，使其具備向工作面滲流的條件，可能會造成工作面涌水穩(wěn)定增加。該研究結(jié)論在淮北礦區(qū)注漿充填工作面得到了驗證：非飽和覆巖條件下，工作面涌水無變化；飽和覆巖條件下，工作面涌水有少量增加(圖13)。

圖13 淮北礦區(qū)覆巖飽和度實測Fig.13 Measurement of strata saturation for Huaibei mining area

4 實踐及效果

覆巖隔離注漿充填技術(shù)主要應(yīng)用于地表沉陷控制、建(構(gòu))筑物壓煤開采、固廢減排領(lǐng)域中，在減震防沖與保水采煤也具有潛在應(yīng)用價值。目前已在安徽、山西、山東、河南、河北、內(nèi)蒙古等地多個礦區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，采出壓覆煤炭資源3 000萬t以上。

覆巖隔離注漿充填技術(shù)最廣泛應(yīng)用于建(構(gòu))筑物壓煤開采，以東部礦區(qū)為典型代表。在保護(hù)對象方面，包括村莊、窯體、垃圾處理站、鐵路隧道、工業(yè)場地。工作面的最大采寬達(dá)260 m，最大采高9.0 m，單工作面年產(chǎn)量可達(dá)300萬t/a，地表保護(hù)區(qū)域下沉系數(shù)控制在0.10以內(nèi)，噸煤充填成本40～60元。

地質(zhì)開采條件方面，在單一煤層與多煤層開采中均得到了成功應(yīng)用，并針對各種復(fù)雜條件形成了針對性的設(shè)計與控制方法(圖14)。在單一煤層開采中，涉及到工作面間留設(shè)隔離煤柱、工作面之間無隔離煤柱、相鄰采空區(qū)側(cè)開采(包括一側(cè)采空區(qū)與兩側(cè)采空區(qū))等多種類型。在多煤層開采中，涉及到采空區(qū)下伏煤層覆巖隔離注漿充填、多煤層開采覆巖隔離注漿充填等類型，均得到了成功應(yīng)用。

圖14 覆巖隔離注漿充填技術(shù)已應(yīng)用范圍Fig.14 Application ranges of overburden isolated grouting

在單一煤層開采中，各工作面間留隔離煤柱、相鄰采空區(qū)側(cè)等條件下的實例見文獻(xiàn)[2,5]。

以淮北某煤礦82采區(qū)為例，介紹覆巖隔離注漿充填在建筑物下多煤層開采中的應(yīng)用。82采區(qū)開采72與10煤層，其中72煤層包括5個工作面，10煤層包括2個工作面。采區(qū)內(nèi)5個工作面被2個地面村莊所壓覆，其中72煤層4個、10煤層1個(圖15)。

圖15 82采區(qū)井上下對照Fig.15 Plan of surface-underground contrast for the 82 mining area

72煤層厚度平均4.3～5.0 m，10煤層厚度4.1 m，煤層傾角平均9°。72煤層上覆巖松散層厚度260 m，基巖厚度113～234 m，10煤層上覆基巖厚度273～295 m，與72煤層間距平均約90 m。工作面寬度平均為161 m，最大204 m。項目自2013年開始，至2020年結(jié)束，共充填粉煤灰47.4萬t，采出村莊壓煤量163萬t。通過實施覆巖隔離注漿充填，村莊最大下沉控制在266 mm，建筑物沒有出現(xiàn)損壞。

以淮北某煤礦II3采區(qū)為例，介紹覆巖隔離注漿充填在建筑物下無煤柱開采中的應(yīng)用(圖16)。II3采區(qū)3個工作面累計采寬502 m，平均采深625 m(表土層厚度240 m)，煤層厚度3.0～3.5 m，工作面采寬最大228 m。通過實施覆巖隔離注漿充填，安全采出壓煤130萬t，地表最大下沉335.1 mm，建筑物最大下沉156 mm，未出現(xiàn)任何損壞，無害化處理固廢38萬t，環(huán)境經(jīng)濟(jì)社會效益顯著。

圖16 II3采區(qū)井上下對照Fig.16 Plan of surface-underground contrast for the II3 mining area

覆巖隔離注漿充填能夠防止堅硬巖層破斷，減小其能量釋放，減緩實體煤應(yīng)力集中，從而實現(xiàn)減少動力災(zāi)害目的，已在淮北某煤礦II102采區(qū)巨厚巖層下動力災(zāi)害控制中得到應(yīng)用(圖17)[52]。通過實施覆巖隔離注漿充填，成功避免了井下動力災(zāi)害，保護(hù)了地面建筑物，為巨厚巖層下采動災(zāi)害防控提供了有效技術(shù)途徑。

圖17 II102采區(qū)井上下對照Fig.17 Plan of surface-underground contrast for the II102 mining area

5 結(jié) 論

(1)覆巖隔離注漿充填與離層注漿的減沉作用原理不同。覆巖隔離注漿充填技術(shù)的理論基礎(chǔ)是關(guān)鍵層理論與覆巖卸荷膨脹累積效應(yīng)，采用壓實注漿新方法，通過在選定關(guān)鍵層下的主層位實施高壓注漿，將覆巖卸荷膨脹量重新轉(zhuǎn)化為可充填空間，大幅提高了注采比；通過在采空區(qū)形成壓實承載結(jié)構(gòu)，有效支撐關(guān)鍵層，控制地表沉陷。

(2)覆巖隔離注漿充填采用煤基固廢作為充填材料，實現(xiàn)固廢減排目的。介紹了不同固廢的制漿工藝及特點，論述了充填漿液從固體-漿體-壓實體的轉(zhuǎn)變過程，以及漿液流動泌水固結(jié)特征，注漿充填后形成的壓實體保證了地表沉陷控制的長期效果。

(3)覆巖隔離注漿充填廣泛應(yīng)用于沉陷控制、建(構(gòu))筑物壓煤開采、固廢減排，已在多種復(fù)雜地質(zhì)開采條件中得到了成功應(yīng)用。其適用條件是工作面具有一定的基巖厚度，能夠找出可作為注漿層位的關(guān)鍵層。該技術(shù)在減震防沖、保水采煤中具有潛在應(yīng)用價值，仍需開展進(jìn)一步現(xiàn)場試驗研究。