注漿充填采煤技術在楊柳煤礦的應用

梁繼忠

（淮北礦業（集團）有限責任公司楊柳煤礦，安徽 淮北 235000）

1 工程概況

楊柳煤礦位于安徽省淮北市濉溪縣境內，1074工作面開采的10 煤層為突出煤層，是107 采區第5 個綜采工作面，位于107 采區右翼，南為大侯家斷層保護煤柱，北靠1076 工作面（未準備），南鄰1072 工作面采空區，西至北翼軌道大巷，東鄰DF356 斷層保護煤柱。10 煤煤層穩定，原生結構簡單，煤層總厚0.8～4.2 m，平均3 m。煤層傾角2°～18°，平均10°。煤層頂板以灰黑色泥巖為主，底板以深灰色粉砂巖為主。1074 工作面傾向寬200 m，走向長度636 m，資源儲量53.4 萬t。工作面開采深度-590～ -670 m，上覆松散層厚度135 m，基巖厚度478～561 m。

巷道主要充水水源系10 煤層頂底板砂巖裂隙水，預計本面正常涌水量為13 m3/h，最大涌水量為19 m3/h。1074 工作面沿傾向方向后退式回采，采用傾向長壁采煤法，綜合機械化開采工藝，全部垮落法管理頂板。設備選型采用MG650/1540-WD 型采煤機、ZZ8800-20/40D 型液壓支架、SGZ-800/1400型刮板運輸機等設備。

大辛家村莊壓覆107 采區右翼1072 工作面以深資源，壓覆10 煤層資源量291.5 萬t。1074 工作面對應地面位置為大辛家村莊南側約220 m，工作面里段走向長度320 m 的三角塊段被大辛家村莊壓覆，儲量約11 萬t。大辛家村莊面積0.32 km2，有村民290 戶計1250 人，多數房屋為磚混結構，少數為二層樓房，搬遷難度大，搬遷成本高，直接開采造成大量的土地資源破壞，加劇地礦矛盾。

2 注漿充填設計方案

2.1 注漿充填基本原理

利用采動覆巖結構的自承載能力，通過設計合理的工作面開采寬度并留設一定寬度的隔離煤柱控制相鄰工作面均處于非充分采動狀態，采用采動覆巖注漿充填控制覆巖結構的彎曲下沉量，形成“離層區及垮落區充填體+關鍵層+分區隔離煤柱”構成共同承載體，減緩地表沉陷，達到不遷村采煤的目的。

2.2 注漿充填參數設計

根據井上下對照圖，確定1074 工作面的注漿鉆孔布置方案。共布置4 個注漿充填鉆孔，編號分別為注1、注2、注3、注4。

2.3 鉆孔結構

一開Φ216 mm 孔徑，下Φ177.8 mm 石油套管；二開為Φ152 mm 孔徑，下Φ139.7 mm 花管；三開為Φ110 mm 裸孔。

2.4 注漿層位

注1、注2、注3、注4 鉆孔注漿層位設計在煤層頂板上方110 m，見表1。

表1 1074 工作面各鉆孔注漿層位設計

2.5 注漿壓力

注漿壓力必須保證平衡地層的自重，并考慮到實際注漿過程中發生堵孔或者由于注漿不及時導致離層裂隙閉合，所需要的注漿壓力取8.0 MPa。

2.6 注漿充填與采煤速度匹配控制

注漿充填與采煤速度匹配是工程成敗的關鍵。注漿期間，應以注采比作為衡量注漿充填質量的主要考核指標，保證注漿充填量與井下采煤速度合理匹配。注采匹配應同時滿足條件：

（1）當日注灰量≮前三天平均產量的30%；

（2）注漿鉆孔孔口壓力≮注漿地層深度（m）/100 MPa。

特殊情況下，當回采工作面需快速推進時，應適當縮小注漿鉆孔間距或提高單孔注漿能力，并對注漿站造漿、注漿能力進行驗算。

2.7 注漿結束標準

終止注漿時應同時滿足以下條件：

（1）注入壓實粉煤灰體積（即注入干粉煤灰量）≮采出體積的35%～50%或達到設計量；

（2）注漿終壓=注漿層位地層自然壓力的1.2～1.5 倍；

（3）連續3 d 的單孔注灰量＜50 t/d。

2.8 注漿材料

粉煤灰選擇干粉煤灰（若采用儲灰場的粉煤灰時應進行篩分，保證45 μm 方孔篩，篩余量＜40%，造漿出碴率≯5%），質量要求為Ⅱ級以上。從保證注漿系統可靠性及注漿連續性的角度出發，要求選擇罐裝粉煤灰作為灰源，漿液采用粉煤灰摻水配制而成。設計漿液水灰質量比為1.3，具體數值可在注漿工程中根據注漿難易程度進行適當調整，但應以上述設計值為主要標準。要求地面注漿站配制的漿液，其沉淀濃度最小為70%。

3 施工情況

3.1 地面注漿情況

1074 工 作 面 注 漿 工 程 從2019 年11 月1 日 開始至2020 年8 月12 日結束，累計鉆孔4 個，鉆進2235 m，下Ф177.8 mm×8.05 mm 石油管808.97 m，下Ф139.7 mm×9.17 mm 石油管1 729.46 m，下Ф73.02 mm×5.51 mm 注 漿 鉆 桿2 201.88 m。累計充填粉煤灰99 851 t，水泥2 809.1 t，注采比37.9%。工程投資總費用1746 萬元。

3.2 井下回采安全措施

（1）工作面受注漿次生水威脅，回采期間應安排人員對巷道涌水和采空區頂板垮落情況進行巡查，發現跑漿、頂板淋水增大、巷道變形等現象立即與地面聯系，采取應急措施，回采期間應加強工作面排水系統和泄水孔管理與維護工作。

（2）綜合煤厚及安全因素考慮，確定工作面最小采高為2.5 m。煤層較薄時，跟頂破底，采高不得低于2.5 m；煤層厚度在2.5～3.8 m 之間時，跟頂跟底一次采全高；煤層厚度超過3.8 m 時，跟頂丟底回采，采高不得超過3.8 m。

（3）通過集中控制操作臺、支架遙控器、支架控制器及支架操作按鈕操作支架。工作面采用ZE0704 型綜采自動化控制系統時，回采期間自動跟機移架，滯后煤機前滾筒2 架進行移架。人工移架時，可以本架移架、鄰架移架和成組支架移架，滯后煤機后滾筒8～10 架追機順序移架。

（4）確保回采過程中連續勻速開采，平均日產5 刀煤，平均每日回采4 m。

4 效果

（1）1074 工作面采用離層注漿充填開采，實現大辛家村莊壓覆范圍內10 煤層工作面的不遷村開采，很好地保證了受護建（構）筑物的安全。1074 工作面地面注漿充填開采地表沉降觀測共布置140 個測點，據2020 年9 月1 日觀測數據，大辛家西南側距工作面220 m 處測點J77 下沉32 mm，處于I 級變形范圍以內。

（2）1074 工作面注漿充填保護區域實際采出煤量78萬t。根據礦井統計資料，注漿投資1746萬元，噸煤成本增加22.4 元/t，加上噸煤開采成本390 元/t，則1074 工作面回采噸煤費用為412.4 元。除去成本后，噸煤利潤297.6 元，獲得總利潤23 212.8 萬元，經濟效益顯著。

（3）充填開采具有明顯的環境效益，能夠減少煤炭開采對環境的影響，最大限度地實現資源開采與保護環境的統一。