梁繼忠

（淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)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(nèi)，1074工作面開采的10 煤層為突出煤層，是107 采區(qū)第5 個(gè)綜采工作面，位于107 采區(qū)右翼，南為大侯家斷層保護(hù)煤柱，北靠1076 工作面（未準(zhǔn)備），南鄰1072 工作面采空區(qū)，西至北翼軌道大巷，東鄰DF356 斷層保護(hù)煤柱。10 煤煤層穩(wěn)定，原生結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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?qū)?00 m，走向長度636 m，資源儲(chǔ)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?shù)装迳皫r裂隙水，預(yù)計(jì)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(jī)械化開采工藝，全部垮落法管理頂板。設(shè)備選型采用MG650/1540-WD 型采煤機(jī)、ZZ8800-20/40D 型液壓支架、SGZ-800/1400型刮板運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備。

大辛家村莊壓覆107 采區(qū)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(duì)應(yīng)地面位置為大辛家村莊南側(cè)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(chǔ)量約11 萬t。大辛家村莊面積0.32 km2，有村民290 戶計(jì)1250 人，多數(shù)房屋為磚混結(jié)構(gòu)，少數(shù)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(shè)計(jì)方案

2.1 注漿充填基本原理

利用采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)的自承載能力，通過設(shè)計(jì)合理的工作面開采寬度并留設(shè)一定寬度的隔離煤柱控制相鄰工作面均處于非充分采動(dòng)狀態(tài)，采用采動(dòng)覆巖注漿充填控制覆巖結(jié)構(gòu)的彎曲下沉量，形成“離層區(qū)及垮落區(qū)充填體+關(guān)鍵層+分區(qū)隔離煤柱”構(gòu)成共同承載體，減緩地表沉陷，達(dá)到不遷村采煤的目的。

2.2 注漿充填參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)井上下對(duì)照?qǐng)D，確定1074 工作面的注漿鉆孔布置方案。共布置4 個(gè)注漿充填鉆孔，編號(hào)分別為注1、注2、注3、注4。

2.3 鉆孔結(jié)構(gòu)

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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

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(shí)際注漿過程中發(fā)生堵孔或者由于注漿不及時(shí)導(dǎo)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(guān)鍵。注漿期間，應(yīng)以注采比作為衡量注漿充填質(zhì)量的主要考核指標(biāo)，保證注漿充填量與井下采煤速度合理匹配。注采匹配應(yīng)同時(shí)滿足條件：

（1）當(dāng)日注灰量≮前三天平均產(chǎn)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(dāng)回采工作面需快速推進(jìn)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)縮小注漿鉆孔間距或提高單孔注漿能力，并對(duì)注漿站造漿、注漿能力進(jìn)行驗(yàn)算。

2.7 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

終止注漿時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足以下條件：

（1）注入壓實(shí)粉煤灰體積（即注入干粉煤灰量）≮采出體積的35%～50%或達(dá)到設(shè)計(jì)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(xù)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(chǔ)灰場(chǎng)的粉煤灰時(shí)應(yīng)進(jìn)行篩分，保證45 μm 方孔篩，篩余量＜40%，造漿出碴率≯5%），質(zhì)量要求為Ⅱ級(jí)以上。從保證注漿系統(tǒng)可靠性及注漿連續(xù)性的角度出發(fā)，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(shè)計(jì)漿液水灰質(zhì)量比為1.3，具體數(shù)值可在注漿工程中根據(jù)注漿難易程度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，但應(yīng)以上述設(shè)計(jì)值為主要標(biāo)準(zhǔn)。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(jié)束，累計(jì)鉆孔4 個(gè)，鉆進(jìn)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(jì)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(fèi)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(yīng)安排人員對(duì)巷道涌水和采空區(qū)頂板垮落情況進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)跑漿、頂板淋水增大、巷道變形等現(xiàn)象立即與地面聯(lián)系，采取應(yīng)急措施，回采期間應(yīng)加強(qiáng)工作面排水系統(tǒng)和泄水孔管理與維護(hù)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(shí)，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(shí)，跟頂跟底一次采全高；煤層厚度超過3.8 m 時(shí)，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(tái)、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(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，回采期間自動(dòng)跟機(jī)移架，滯后煤機(jī)前滾筒2 架進(jìn)行移架。人工移架時(shí)，可以本架移架、鄰架移架和成組支架移架，滯后煤機(jī)后滾筒8～10 架追機(jī)順序移架。

（4）確?；夭蛇^程中連續(xù)勻速開采，平均日產(chǎn)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(shí)現(xiàn)大辛家村莊壓覆范圍內(nèi)10 煤層工作面的不遷村開采，很好地保證了受護(hù)建（構(gòu)）筑物的安全。1074 工作面地面注漿充填開采地表沉降觀測(cè)共布置140 個(gè)測(cè)點(diǎn)，據(jù)2020 年9 月1 日觀測(cè)數(shù)據(jù)，大辛家西南側(cè)距工作面220 m 處測(cè)點(diǎn)J77 下沉32 mm，處于I 級(jí)變形范圍以內(nèi)。

（2）1074 工作面注漿充填保護(hù)區(qū)域?qū)嶋H采出煤量78萬t。根據(jù)礦井統(tǒng)計(jì)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(fèi)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(jīng)濟(jì)效益顯著。

（3）充填開采具有明顯的環(huán)境效益，能夠減少煤炭開采對(duì)環(huán)境的影響，最大限度地實(shí)現(xiàn)資源開采與保護(hù)環(huán)境的統(tǒng)一。