密集村庄下应力集中区域覆岩离层注浆加固绿色开采技术研究应用

摘要：村庄下采煤一直是困扰义煤公司安全高效发展的重大问题。由于部分矿区村庄分布密集，搬迁费用过高，且地表塌陷也会给当地自然生态环境造成一定破坏，违背当今环保发展方向，也是步履维艰，逐渐村庄下采煤注浆减沉绿色开采技术受到关注和不断探索研究。村庄下压煤的成功开采，对提高煤炭资源利用率，缓解矿井资源紧张局面具有重大意义。特别是对义煤公司东部矿井村庄密集，环保压力大的地区而言，随着土地资源的紧张和征迁费用的提高，不搬迁开采村庄下压煤势在必行。经过不断的外出学习调研和探索研究，最终找出适宜义煤公司东部矿井地质条件的注浆减沉开采技术，并在新义矿业成功应用。

关键词：密集，绿色，覆岩，离层，关键层，注浆

随着煤矿绿色开采的提出，充填开采作为地表沉陷控制和“三下”压煤开采的重要手段，得到了较大发展，形成了以固体、膏体、高水材料等为代表性的多种充填采煤技术。这些采空区充填技术的最显著区别特征在于所用的充填材料，造成充填工艺和装备均有所不同，以及机械化水平和效率也有所差别，但本质上，这些方法均是在工作面推进过程中顶板垮落之前及时充填后方采空区，充填难度大，耗费人力物力较大，且填充效果不佳，因此探索研究行之有效，经济高效的注浆减沉绿色开采技术成为当今煤炭领域的迫切需求。

1.项目实施背景

义煤公司普遍存在村庄压煤的问题，尤其是新义矿业，面临的村庄压煤问题十分严峻，已成为制约矿井生产的关键因素。目前新义矿业矿井一水平上山地表存在多个村庄，通过无人机航测和实地调查共统计村庄8个、居民2564户;另外一水平下山部分也有零星村庄分布，居民约160户;村庄合计3728户，压煤合计约2547万t。

2.项目技术原理

通过地面钻孔对采动覆岩离层区进行高压注浆充填，离层区内因注浆充填产生的液压作用，向上托举离层的上部岩层，向下进一步压弯下覆岩层、压实冒落带，使其在工作面中部形成一定宽度的压实支撑区，利用压实区与隔离煤柱联合控制覆岩关键层结构的稳定性，从而减小地表下沉，保护地表因采煤影响范围内农田及其村庄的破坏。

3.项目实施及效益分析

3.1 工作面的适用情况

结合工作面基本开采技术条件和村庄的分布情况，对覆岩离层注浆加固减沉的实施条件进行分析。

3.1.1 单一煤层开采

工作面仅开采二1煤层，煤厚平均5.5m，符合覆岩离层注浆加固开采技术的单一煤层开采条件。

3.1.2 基岩厚度充足

11090工作面埋深大，达640～650m，基岩厚度充足，为596.5～606.5m，具备实施注浆充填的关键层条件。在煤系岩层中，由于成岩时间和矿物成份等不同，使各岩层在厚度和力学性质等方面总存在着不同程度的差别。实践发现，由于各坚硬岩层的层位和特性不同，因而并不是每一层坚硬岩层在采动岩体运动中起主要控制作用，有时仅仅有一层或几层。

3.1.3 配套设施齐全

要具有实施注浆充填所需的场地、水电、粉煤灰等。

注浆钻孔施工条件：工作面注浆充填区域对应地面地势总体平坦，多为田地，具备地面注浆钻孔施工条件。

泵站建设：工作面地面为田地，可根据实际情况选择泵站地点。

供水：由于该区域相对缺水，但距离工广较近，矿井排水量达到130m3/h，且能排水持续稳定，可以满足注浆工程用水要求。

供电：注浆区域距离工广较近，仅需架设较短供电线路即可满足供电要求。

综上：通过对国内外建村庄下采煤现状的对比分析，覆岩离层注浆注浆充填开采技术无论是从技术上还是从经济效益、社会效益上，均能够满足矿井安全、高效可持续发展的需求，是新型的村庄下采煤不迁村技术。

3.2 技术应用分析

新义矿业11090工作面共施工注浆钻孔6个，钻探工程量2868.61米，注入粉煤灰13.3万吨，综合注采比26.7%。通过地表岩移观测，项目实施完成后，经过近一年的观测，地表最大下沉量仅210mm，达到了预期设计效果。

4.效益分析

4.1 经济效益分析

11090 工作面注浆充填项目经费概算及效益分析。注浆充填工程费用概算6520 万元，以煤量 135 万t计，合吨煤 48.3 元;其中，钻探费用 636 万元，注浆施工费用为 3479 万元，粉煤灰材料费用 1960 万元。项目预期效益 33980 万元 ，经济效益显著;其中，可新增销售收入总计 81000 万元，注浆充填开采总成本约 47020 万元（其中生产成本约 40500 万元）。

4.2 社会效益分析

覆岩离层注浆加固技术能够有效保护地面村庄，实现不迁村开采，可以解决矿井压煤开采困局，有效延长矿井服务年限，同时保护了矿区内耕地资源。该项目的社会效益体现在：

4.2.1 保护建筑物与耕地资源

采用该项技术后可保护地面村庄，解放压煤资源，为矿井可持续发展提供新的技术路径。同时能够减少耕地损失，减少失地农民近万人，使近千人免于迁村之累，实现资源开采和地方地方经济的协调发展，能取得巨大的社会效益。

4.2.2 缓解接替紧张，促进矿井发展

注浆充填技术在几十对矿井进行的工业性试验和应用研究表明，工作面单产最大达到120万t/a，能够保障矿井正常采掘接替与生产稳定，以及煤矿职工的生活安定，为矿区经济、社会的稳定作出巨大贡献。

4.2.3 處理电厂粉煤灰，避免环境污染事故

该项技术还能无害化处理了电厂粉煤灰，实现真正意义上的循环经济、绿色开采。同时，可以保护当地水资源的安全，能够取得显著的环境保护成效。

综上，覆岩离层注浆加固技术具有显著的社会与环境效益，具有良好的工业前景。

参考文献

[1]汪理全，徐金海等.矿业工程概论[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[2]钱鸣高，石平武，许家林.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

作者简介：杨楠（1987—），男，河南省义马市人，2009年毕业于中国矿业大学，土木工程专业，现在河南大有能源股份有限公司生产技术处从事采掘技术管理工作。