摘要：村莊下采煤一直是困擾義煤公司安全高效發(fā)展的重大問題。由于部分礦區(qū)村莊分布密集，搬遷費(fèi)用過高，且地表塌陷也會(huì)給當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境造成一定破壞，違背當(dāng)今環(huán)保發(fā)展方向，也是步履維艱，逐漸村莊下采煤注漿減沉綠色開采技術(shù)受到關(guān)注和不斷探索研究。村莊下壓煤的成功開采，對(duì)提高煤炭資源利用率，緩解礦井資源緊張局面具有重大意義。特別是對(duì)義煤公司東部礦井村莊密集，環(huán)保壓力大的地區(qū)而言，隨著土地資源的緊張和征遷費(fèi)用的提高，不搬遷開采村莊下壓煤勢(shì)在必行。經(jīng)過不斷的外出學(xué)習(xí)調(diào)研和探索研究，最終找出適宜義煤公司東部礦井地質(zhì)條件的注漿減沉開采技術(shù)，并在新義礦業(yè)成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：密集，綠色，覆巖，離層，關(guān)鍵層，注漿

隨著煤礦綠色開采的提出，充填開采作為地表沉陷控制和“三下”壓煤開采的重要手段，得到了較大發(fā)展，形成了以固體、膏體、高水材料等為代表性的多種充填采煤技術(shù)。這些采空區(qū)充填技術(shù)的最顯著區(qū)別特征在于所用的充填材料，造成充填工藝和裝備均有所不同，以及機(jī)械化水平和效率也有所差別，但本質(zhì)上，這些方法均是在工作面推進(jìn)過程中頂板垮落之前及時(shí)充填后方采空區(qū)，充填難度大，耗費(fèi)人力物力較大，且填充效果不佳，因此探索研究行之有效，經(jīng)濟(jì)高效的注漿減沉綠色開采技術(shù)成為當(dāng)今煤炭領(lǐng)域的迫切需求。

1.項(xiàng)目實(shí)施背景

義煤公司普遍存在村莊壓煤的問題，尤其是新義礦業(yè)，面臨的村莊壓煤?jiǎn)栴}十分嚴(yán)峻，已成為制約礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。目前新義礦業(yè)礦井一水平上山地表存在多個(gè)村莊，通過無人機(jī)航測(cè)和實(shí)地調(diào)查共統(tǒng)計(jì)村莊8個(gè)、居民2564戶;另外一水平下山部分也有零星村莊分布，居民約160戶;村莊合計(jì)3728戶，壓煤合計(jì)約2547萬t。

2.項(xiàng)目技術(shù)原理

通過地面鉆孔對(duì)采動(dòng)覆巖離層區(qū)進(jìn)行高壓注漿充填，離層區(qū)內(nèi)因注漿充填產(chǎn)生的液壓作用，向上托舉離層的上部巖層，向下進(jìn)一步壓彎下覆巖層、壓實(shí)冒落帶，使其在工作面中部形成一定寬度的壓實(shí)支撐區(qū)，利用壓實(shí)區(qū)與隔離煤柱聯(lián)合控制覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而減小地表下沉，保護(hù)地表因采煤影響范圍內(nèi)農(nóng)田及其村莊的破壞。

3.項(xiàng)目實(shí)施及效益分析

3.1 工作面的適用情況

結(jié)合工作面基本開采技術(shù)條件和村莊的分布情況，對(duì)覆巖離層注漿加固減沉的實(shí)施條件進(jìn)行分析。

3.1.1 單一煤層開采

工作面僅開采二1煤層，煤厚平均5.5m，符合覆巖離層注漿加固開采技術(shù)的單一煤層開采條件。

3.1.2 基巖厚度充足

11090工作面埋深大，達(dá)640～650m，基巖厚度充足，為596.5～606.5m，具備實(shí)施注漿充填的關(guān)鍵層條件。在煤系巖層中，由于成巖時(shí)間和礦物成份等不同，使各巖層在厚度和力學(xué)性質(zhì)等方面總存在著不同程度的差別。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，由于各堅(jiān)硬巖層的層位和特性不同，因而并不是每一層堅(jiān)硬巖層在采動(dòng)巖體運(yùn)動(dòng)中起主要控制作用，有時(shí)僅僅有一層或幾層。

3.1.3 配套設(shè)施齊全

要具有實(shí)施注漿充填所需的場(chǎng)地、水電、粉煤灰等。

注漿鉆孔施工條件：工作面注漿充填區(qū)域?qū)?yīng)地面地勢(shì)總體平坦，多為田地，具備地面注漿鉆孔施工條件。

泵站建設(shè)：工作面地面為田地，可根據(jù)實(shí)際情況選擇泵站地點(diǎn)。

供水：由于該區(qū)域相對(duì)缺水，但距離工廣較近，礦井排水量達(dá)到130m3/h，且能排水持續(xù)穩(wěn)定，可以滿足注漿工程用水要求。

供電：注漿區(qū)域距離工廣較近，僅需架設(shè)較短供電線路即可滿足供電要求。

綜上：通過對(duì)國(guó)內(nèi)外建村莊下采煤現(xiàn)狀的對(duì)比分析，覆巖離層注漿注漿充填開采技術(shù)無論是從技術(shù)上還是從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益上，均能夠滿足礦井安全、高效可持續(xù)發(fā)展的需求，是新型的村莊下采煤不遷村技術(shù)。

3.2 技術(shù)應(yīng)用分析

新義礦業(yè)11090工作面共施工注漿鉆孔6個(gè)，鉆探工程量2868.61米，注入粉煤灰13.3萬噸，綜合注采比26.7%。通過地表巖移觀測(cè)，項(xiàng)目實(shí)施完成后，經(jīng)過近一年的觀測(cè)，地表最大下沉量?jī)H210mm，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)效果。

4.效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

11090 工作面注漿充填項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)概算及效益分析。注漿充填工程費(fèi)用概算6520 萬元，以煤量 135 萬t計(jì)，合噸煤 48.3 元;其中，鉆探費(fèi)用 636 萬元，注漿施工費(fèi)用為 3479 萬元，粉煤灰材料費(fèi)用 1960 萬元。項(xiàng)目預(yù)期效益 33980 萬元 ，經(jīng)濟(jì)效益顯著;其中，可新增銷售收入總計(jì) 81000 萬元，注漿充填開采總成本約 47020 萬元（其中生產(chǎn)成本約 40500 萬元）。

4.2 社會(huì)效益分析

覆巖離層注漿加固技術(shù)能夠有效保護(hù)地面村莊，實(shí)現(xiàn)不遷村開采，可以解決礦井壓煤開采困局，有效延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，同時(shí)保護(hù)了礦區(qū)內(nèi)耕地資源。該項(xiàng)目的社會(huì)效益體現(xiàn)在：

4.2.1 保護(hù)建筑物與耕地資源

采用該項(xiàng)技術(shù)后可保護(hù)地面村莊，解放壓煤資源，為礦井可持續(xù)發(fā)展提供新的技術(shù)路徑。同時(shí)能夠減少耕地?fù)p失，減少失地農(nóng)民近萬人，使近千人免于遷村之累，實(shí)現(xiàn)資源開采和地方地方經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，能取得巨大的社會(huì)效益。

4.2.2 緩解接替緊張，促進(jìn)礦井發(fā)展

注漿充填技術(shù)在幾十對(duì)礦井進(jìn)行的工業(yè)性試驗(yàn)和應(yīng)用研究表明，工作面單產(chǎn)最大達(dá)到120萬t/a，能夠保障礦井正常采掘接替與生產(chǎn)穩(wěn)定，以及煤礦職工的生活安定，為礦區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的穩(wěn)定作出巨大貢獻(xiàn)。

4.2.3 處理電廠粉煤灰，避免環(huán)境污染事故

該項(xiàng)技術(shù)還能無害化處理了電廠粉煤灰，實(shí)現(xiàn)真正意義上的循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色開采。同時(shí)，可以保護(hù)當(dāng)?shù)厮Y源的安全，能夠取得顯著的環(huán)境保護(hù)成效。

綜上，覆巖離層注漿加固技術(shù)具有顯著的社會(huì)與環(huán)境效益，具有良好的工業(yè)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]汪理全，徐金海等.礦業(yè)工程概論[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

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作者簡(jiǎn)介：楊楠（1987—），男，河南省義馬市人，2009年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，土木工程專業(yè)，現(xiàn)在河南大有能源股份有限公司生產(chǎn)技術(shù)處從事采掘技術(shù)管理工作。