采动覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术201312.ppt

1、采动覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术许家林 教授,中 国 矿 业 大 学,提 纲,一、技术背景二、技术原理三、关键技术四、同类技术对比五、推广应用效果,一、技术背景,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。,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3050%；工作面短，巷

2、道掘进率高，效率低。,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。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。,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,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

3、”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,40m,140m,140m,压实区40m,压实区40m,60m,充填层位为1个主层位，2个辅层位；主层位充填厚度1.50m，辅层位充填厚度分别为0.05m，0.07m；充填体总厚度1.62m。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余碎胀系数为1.05，与实践相符。,钻孔冲洗液漏失量,16.2m,垮落带,钻孔柱状,含粉煤灰岩芯实照,主充填层,辅充填层,辅充填层,隔离注浆充填技术原理钻孔探查验证,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

4、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,q,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,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,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。,b(lm+2H/Tanq)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,q,承载区宽度c,充填工作面宽度a,q,承载区宽度c,承载区宽度：,式中：h，注浆层位距

5、煤层高度；q，充分采动角,h,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：,隔离煤柱宽b45m,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a150,70,c48,1042宽度a145,70,c48,90140m,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,注浆充填钻孔布置方法,形成了双孔错层钻孔布置技术。,I-I剖面图,平面图,多层位注浆充

6、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,注浆充填材料和配比,粉煤灰浆压缩特性曲线,粉煤灰密度：0.60.7 t/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。,采煤速度：,压实注采比：,注浆充填与采

7、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。,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/d,3m/d,a为压实注采比；为单位质量干灰转变成压实灰体的压缩系数；mh为每天注入的干灰质量，t；r为粉煤灰密度；v为采煤速度，m/d；a为工作面采宽；M为采高。,800t/d,5.9m/d,四、同类技术对比,技术经济指标及与同类技术对比,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”、“因断层影响储量小的压煤采区”等条件下不迁村采煤。,五、推广应用效果,“采动覆

8、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2010129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201396号）。,推广应用情况,推广应用情况,在淮北矿区6个煤矿的9个压煤采区得到了推广应用。,推广应用情况,已实施注浆充填采区的基本条件,28,亳州煤业股份公司104采区应用效果,采高3.0 3.2m。倾角

9、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298 mm，下沉系数0.1。,亳州煤业股份公司103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292 mm，下沉系数0.1。,海孜煤矿1031工作面应用效果

10、,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176 mm。,祁南煤矿36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42292 m，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

11、大下沉68mm。,亳州煤业股份公司76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156 m，推进长度1300 m，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。,亳州煤业股份公司101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154 m，推进长度500 m，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。,1018,1016,注1,注2,注3,注4,袁店二井煤矿82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180 m，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1,注2,注3,注4,7223,村庄线,走向线,压煤线,已产生的经济效益,36,谢谢各位领导！,不隔离注浆充填沉陷失控原因示意（动画）,