以覆岩离层注浆为主的保水采煤技术研究

榆神矿区地域辽阔、煤炭资源丰富,是国家重点建设的陕北煤炭基地的重要组成部分。持续高强度的煤炭开采对下水资源造成了破坏,损害了当地脆弱的生态环境。针对榆神矿区干旱半干旱地区水资源贫乏、生态环境脆弱等特点,以区内郭家滩煤矿为重点研究对象,通过研究煤矿开采条件、地质及水文地质特征,提出了在分层开采、限制导水裂隙带发育高度的基础上,以覆岩离层注浆充填控制上部含(隔)水层稳定为主,结合顶板隔水层再造(加固)、冒落带和导水裂隙带注浆封堵、保水采煤效果动态监测等技术的保水采煤一体化技术体系,并对试验示范区保水采煤效果进行了预计。

特殊地质条件下覆岩离层注浆钻孔疏通及工作面跑浆防治技术研究

为了有效解决建筑物下压煤与矿井开采之间的矛盾,近些年采动覆岩离层注浆技术得到广泛的推广及应用,并产生了良好的经济效益。但在覆岩离层注浆工程中经常会出现各类跑浆事故,影响矿井生产和安全。分析了采动覆岩离层注浆工程钻孔压水p-t曲线,针对性的采用了高压气-液联动通孔技术成功疏通已下入注浆管的ZK-2钻孔,并结合采矿情况合理确定了钻孔注浆时机。在此基础上,以工作面跑浆事件为案例,从地质构造、采动影响裂隙发育、支承压力等方面对跑浆原因进行了详细分析,从封堵浆液压入量计算经验公式、堵漏时机、浆液材料及配比、具体实施方法四个层面制定了跑浆综合处置方案,经检验封堵效果良好、处置方案科学有效,后续注浆过程中未出现类似事故。

葫芦素煤矿离层注浆矸石充填浆液制备工艺技术特点

阐述了现有矸石离层注浆充填存在的问题,介绍了葫芦素煤矿离层注浆中采取的改进措施和特点,对矸石浆液的制备工艺、出料矸石粒度的确定、破碎机的选型、球磨机型式和驱动方式的选择、球磨机的检修、设计中应注意的问题进行了有益的探讨,分析了葫芦素煤矿离层注浆矸石充填项目运行后的经济效益和社会效益。

断层影响下覆岩离层注浆技术研究及应用

“双碳”目标下煤炭仍然发挥着战略资源的重要作用,但当前诸多矿区村庄下压煤量大,限制部分矿井采煤工作。以大社矿921103工作面为对象,分析了工作面开展覆岩离层注浆技术的可行性,计算出921103工作面导水裂隙带高度,并结合矿井实际情况确定了工作面离层注浆层位。研究并确定了工作面钻孔间距、钻孔结构以及注浆压力。根据921103工作面地质情况,在断层影响下对钻孔进行了优化设计,最终注浆量达19.87万t,注采比45.8%。地表变形监测结果表明,最大下沉值811 mm,平均下沉值331 mm,减沉效果显著,经济效益明显。

煤矸石覆岩离层注浆充填绿色开采技术研究

为了解决葫芦素煤矿煤矸石量过大以及地表沉陷问题,采用煤矸石覆岩离层注浆充填绿色开采技术对关键层进行充填。基于关键层判别理论,确定了21404综采工作面上覆亚关键层1为注浆目标区域,通过14个间距为160 m的注浆钻孔,有效控制地表最大下沉量至85.89 mm。地表下沉稳定的同时,实现了对煤矸石的大量消耗,是平衡煤矸石产出消耗的重要手段。

离层注浆开采关键层变形特征及地表沉陷控制效应

为研究覆岩离层注浆开采条件下关键层变形特征及地表沉陷控制效应,准确预计地表移动变形值,对离层注浆开采关键层变形进行了力学分析,将关键层下方离层注浆充填体和煤岩体的组合视为弹性地基,并将之划分为压实区、欠压实区和实体煤区3种不同的区段,基于弹性地基梁理论,给出了关键层挠度方程和弹性地基系数计算方法;采用“两步法”,通过分层模拟的方式开展了离层注浆开采关键层变形与地表沉陷数值模拟,研究了不同工作面宽度条件下离层发育和关键层破断特征,以及不同注采比条件下地表移动变形特征;借鉴等价采高理论,将离层注浆开采条件下关键层弯曲下沉空间等效视为开采空间,结合概率积分法,建立了适用于离层注浆开采的地表沉陷预计模型。以淮北矿区袁店二矿7221离层注浆开采工作面为例进行了验证,结果表明:该地质条件下,离层注浆开采工作面宽度宜设计在90~120 m;采用提出的预计模型和方法能够对离层注浆开采条件下的地表沉陷进行有效预计,预计值与实测值平均误差9 mm,在允许误差范围内;离层注浆开采地表沉陷控制效果显著,减沉率约83%。

基于条带式充填开采的离层注浆减沉技术研究

在浅部资源渐趋枯竭的背景下,针对大量“三下”压覆煤炭,离层注浆减沉技术越来越受到广泛应用。不过目前条带式充填开采基础上的离层注浆工艺研究还比较欠缺,结合邢台某矿条带式充填开采+离层注浆减沉实践,通过充填后采高等效换算,条带开采工作面注浆关键层优化、邻空工作面注浆孔位确定和注浆压力持续控制等关键技术,实现了条带式充填开采回收以往煤柱的地表沉降控制,地表沉降幅度在30mm以内,补充了不同条件的离层注浆工艺研究,对以往条带式开采矿井剩余煤柱的绿色回收有重要意义。

采动覆岩离层注浆地表沉陷“四区”控制模型及应用

覆岩离层注浆技术已被证实是一种能够满足矿井无损开采与固废减排的新方法。为了有效控制采动引起的地面构筑物沉降,以关键层理论为基础对离层注浆开采全过程进行稳态分析。首次提出了采动覆岩离层注浆地表沉陷“四区”控制模型,分别为常规区、过渡区、注浆区和控制区,并推导出“四区”范围的计算公式。以3501工作面控制地面焦化厂沉降为工程背景,结合相似模拟与现场实测的沉陷观测数据对提出的“四区”模型进行验证,结果表明:相似模拟离层注浆地表沉陷曲线呈不规则的“V”字形,工作面地表下沉量先快速增大,到达最大下沉点后,地表下沉量先快速减小,随后减小速率逐渐变缓,沉陷曲线表现出明显的“四区”分布,最大下沉量为1589 mm,出现在常规区与过渡区的接触边界,过渡区与注浆区接触边界下沉量为497.94 mm,控制区内基本无下沉;基于概率积分法预测的注浆条件下采动引起的地表下沉量、水平变形、倾斜和曲率与现场实测结果相符,但明显小于未注浆条件下的预测值,确定了注浆条件下地表变形满足构筑物Ⅰ级损坏等级的要求;结合矿井的实际工程地质及实际观测数据,得到常规区范围为261.19 m,过渡区范围为246.09 m,注浆区范围为655.25 m,控制区范围为199.53 m。提出的“四区”控制模型为研究离层注浆开采沉陷问题提供了基础理论依据。

覆岩离层注浆充填技术可行性初判方法研究

覆岩离层注浆是一个系统工程,一般有可行性研究、设计、施工三个阶段,可行性研究阶段是项目开展的前提与基础。通过分析煤矿的煤田地质资料,可以初步筛选出可能适用覆岩离层注浆充填技术的采煤工作面。对此提出了覆岩离层注浆充填技术可行性初判方法——研究地质资料确定注浆充填层位范围,再判断此范围内是否具有厚层硬岩。以郭庄煤矿3310工作面、三元煤矿4326工作面为例,详述了初判步骤,确定了离层注浆低位距3^(#)煤顶板至少为25倍煤厚,注浆高位取基岩风化带底板埋深与0.3倍煤层埋深二者的较大值,分析了注浆目标关键层一般为层厚6m以上的砂岩或砂岩组,介绍了利用EXCEL进行成果整理的方法,形成了初判成果图。研究可为类似项目提供参考。

覆岩离层注浆工艺的改进与优化

覆岩离层注浆是有效解决“三下”采煤的方法之一,其注浆工艺随着采煤工艺的进步也在不断地改进与优化,特别是针对目前大采高、大采宽走向长壁综合机械化采煤工艺单面产煤效率高的特点,为达到设计的下沉值,满足建(构)筑物Ⅰ级保护标准等级的规定,实现采煤不破坏建(构)筑物的绿色开采理念,给以减沉为目的的离层注浆技术提出了更高的要求,使以减沉为目的的注浆工艺在制浆、注浆系统等多方面得到改进与优化,为同类工程提供了技术支撑。

基于绿色开采理念的覆岩离层注浆充填技术研究

通过分析覆岩离层注浆机理,建立了覆岩离层注浆关键层阶段破断基本模型,揭示了覆岩离层空间动态运移特征,从充填材料、浆液浓度、离层空间、主关键层等4方面论述了覆岩离层注浆可行性,提出了特殊地层条件覆岩离层注浆时机为滞后工作面距离时段,简称“滞后距”。研究表明,注浆技术关键因素为注浆层位确定、注浆压力的计算、注浆时机的掌握,覆岩主关键层厚而坚硬,且与下位岩层互层是离层形成的关键,也是注浆最有利因素。通过石拉乌素煤矿的工程应用分析,验证了判断注浆时机“滞后距”为依据的可靠性。

深井离层注浆区段煤柱稳定性分析

为了评估五阳煤矿深部离层注浆工作面大区段煤柱的稳定性,分析“煤柱-离层注浆围岩-采空区”形成的T型覆岩结构特征,提出考虑煤柱内部承载强度和外部支承应力等因素的煤柱稳定性判据。研究表明:深部离层注浆条件下80采区遗留40 m煤柱承载强度与支承应力比f=1.5,煤柱及其控制的覆岩结构稳定性良好。

覆岩离层注浆技术在赵庄煤矿采面中的应用

针对赵庄煤矿二号井2307工作面地表构筑物压煤问题,为提高煤炭资源回收率,应用覆岩离层注浆技术,通过减少覆岩离层量达到控制地表变形目的。依据现场条件合理确定采面覆岩离层注浆层位、注浆钻孔布置以及注浆参数,并进行工程应用。现场应用后,2307工作面开采影响区内地表得以较好控制,实现了构筑物压煤区域原煤安全回采,取得较好的经济及社会效益。

3501工作面采动覆岩离层注浆控制地面降沉技术

霍尔辛赫煤业是山西焦煤动力煤重要保供矿井。该矿井开采范围内约一半煤炭资源上方存在构筑物和村庄,拆迁工作量大、难度大、费用高,对矿井的安全高效煤炭开采很不利。针对构筑物和村庄下覆压煤炭资源的这一难点,以长子焦化厂及陈家庄村覆压下的五采区3501工作面为试点,应用覆岩离层注浆技术,控制地层沉降,解放出覆压区域的煤炭资源,以提高煤炭回收率,保护地表建筑及地表环境。实践表明,应用注浆技术后,3501工作面回采率由75%提升至89%,有效延长了矿井的服务年限。

离层注浆控制冲击矿压危险机理探讨

煤层上覆坚硬厚层岩层组成的主关键层对冲击矿压的发生具有强烈的影响.主关键层岩层的剧烈活动是冲击矿压发生的集中区域,而且震级也高;冲击矿压的发生需要煤层及其周围岩层中聚集大量的弹性能外,还需要主关键层破裂等释放的外部能量;该外部能量与岩层厚度的平方、抗拉强度的2.5次方成正比;破断中心距巷道工作面越近、释放的能量越大,传播到巷道工作面处的能量越大,越容易引发冲击矿压.因此,可采用覆岩离层注浆等技术手段保证覆岩主关键层的长期稳定,消除主关键层岩层破断引发的冲击矿压危险.

煤矿覆岩离层注浆减缓地表沉降机理与应用探讨

对采动覆岩离层发展的时空规律、离层带注浆减沉效果评价方法和离层带注浆减缓地表下沉在建（构）筑物下采煤中的应用等问题进行了探讨．认为：在相同地质采矿条件下，离层带高度随采空区尺寸变化而变化，当采空区尺寸达到充分采动尺寸后，离层带高度达到该条件下的最大值；

离层注浆条件下覆岩变形破坏特征的连续探测

覆岩破坏的发育高度及其分布形态是合理确定开采边界及留设防水煤岩柱的基础。为了探讨覆岩离层注浆条件对导水裂隙带形态的影响,采用前端泄露式多回路注(放)水系统,应用井下仰孔分段注水法对东滩煤矿14308工作面覆岩离层带实施注浆充填条件下综采放顶煤导水裂隙带的破坏特征进行了连续探测。探测结果表明:厚煤层综采放顶煤条件下覆岩离层带注浆时的覆岩采动导水裂隙带高度略高于正常条件下的覆岩采动导水裂隙带高度,走向方向的采动导水裂隙带高度低于倾向方向的采动导水裂隙带高度;离层带注浆时的覆岩破坏形态和范围向工作面外侧突出较大。

覆岩离层注浆充填效果的综合评价

为了获得覆岩离层充填后地表沉陷与覆岩破坏的效果,采用点、线结合的办法建立地表移动变形观测站监测地表移动与房屋变形规律,在井下采用仰孔分段注水法及前端泄露式多回路注(放)水系统对东滩煤矿14 308工作面覆岩离层注浆条件下采动导水裂隙带的破坏特征进行了连续探测。结果表明:离层注浆条件下地表的减沉率达到了38.5%,离层注浆时的采动导水裂隙带高度值略高于正常条件下的高度值。综合评价效果为类似矿井的安全开采提供了科学依据。

离层注浆技术在冲击地压防治中的应用

针对华丰煤矿巨厚砾岩覆岩运动引起的冲击地压灾害现状,分析了离层注浆控制覆岩运动的作用机理,并结合矿井离层注浆工程实例,探讨了离层注浆技术在冲击危险矿井中防灾减沉的作用效果。覆岩离层通过注浆充填,可使地表减沉率达50%以上,能有效地控制离层上覆岩层的垮落运动,大大减轻了因巨厚砾岩断裂引起的冲击地压危险。作为一种积极主动治理矿井灾害的方法,离层注浆技术实现了煤矿安全绿色开采,取得了明显的经济效益和社会效益。