復雜地質條件下地面注漿充填減沉試驗研究

梁永東，王守峰

（淮北礦業集團亳州煤業，安徽 亳州233600）

煤炭是我國最主要的能源之一，在我國的能源消費結構中占74%左右。為了尋找一條礦區的可持續發展之路，實現礦山的綠色開采，提高開采的實際效益，在復雜地質條件礦井開采中減少地表沉陷，合理解放地表構建筑物下壓覆的煤炭資源是非常有必要的。

1 概況

某礦是一座設計1.50Mt／a的機械化礦井。在井田區域內村莊密布，人口云集，壓煤量大。其103采區第四系覆土層平均厚度320m，煤層埋深在－550m～－640m之間，地質條件復雜，大斷層及其次生小斷層呈網狀，地表村莊壓煤，按正常地表塌陷開采其經濟效益不高，對采區巷道布置帶來困難。在103采區通過探查能形成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采區工作面布置

2 設計方案

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，根據斷層的走向對工作面不再劃分矩形塊段，采用“Z”型布置，1035工作面Ⅰ、Ⅱ兩面布置在斷層網之中。

2.2 注漿設計

（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的注漿管注入地層，填充地層中的空洞、裂隙，達到減少地表沉陷的目的。

（2）設計方案。在1035工作面對應地表設計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，根據注漿量調整開采速度。

3 實施情況

3.1 注漿實施情況

在1035工作面Ⅰ回采時，對1號鉆孔進行注漿；在1035工作面Ⅱ開采時對2號鉆孔進行注漿；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開采速度調整；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 地表沉降數據結果分析

在103采區工作面地表進行注漿的同時，對所布設的監控測點的監控測量也在進行。現已進行了連續觀測測量，并根據測量結果對地表注漿效果進行分析。

村莊內所布工作面傾向監控線2條，部分測點沉陷數據分析結果如圖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

通過測量結果分析，測線Ⅰ上（圖3）Z4測點累計下沉量達到最大，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測點的累計沉量達到最大，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測點下沉量已趨于穩定，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采區通過地面注漿的方式來減少地面沉降的試驗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計對照

（1）103采區通過注漿減沉開采方案的設定，成功在復雜地質環境中設計出一個綜采面，并解決了村莊壓煤問題，1037工作面實際采出原煤量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，共實現利潤為1.61億元。

（2）根據相關部門測算預計，村莊征遷費用8000萬元，而103采區注漿工程總價2900萬元。可見，采用注漿充填開采，能夠取得顯著的經濟效益。

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

4 結語

通過注漿工程的實施，使地表沉降量減少到Ⅰ級破壞，房屋既無需搬遷，煤礦又實現了合理開采。實踐證明，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新出一條綠色開采之路，為礦區發展提供了一條可持續發展之路。

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