2-6-部分充填開采技術(shù)

2減沉開采技術(shù)2-1開采引起的地表沉陷規(guī)律2-2開采沉陷對(duì)地面建筑物的影響2-3減少開采沉陷影響的技術(shù)措施2-4條帶開采技術(shù)2-5充填開采技術(shù)2-6部分充填開采技術(shù)2-6部分充填開采技術(shù)一、部分充填開采概述二、部分充填開采的分類三、部分充填開采工程實(shí)例部分充填開采，是相對(duì)全部充填開采而言的，其充填量和充填范圍僅是采出煤量的一部分，它僅對(duì)采空區(qū)的局部或離層區(qū)與冒落區(qū)進(jìn)行充填，靠覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)、充填體及部分煤柱共同支撐覆巖控制開采沉陷。全部充填的位置只能是采空區(qū)，而部分充填的位置可以是采空區(qū)、離層區(qū)或冒落區(qū)。一、部分充填開采概述1、部分充填開采的概念部分充填采煤法與全部充填采煤法本質(zhì)區(qū)別是：前者完全靠采空區(qū)充填體支撐上覆巖層控制開采沉陷，而后者靠覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)、充填體及部分煤柱共同支撐覆巖控制開采沉陷。其特點(diǎn)在于，可以采取垮落法的回采方案，創(chuàng)造一些與其他開采技術(shù)相結(jié)合的新型充填開采技術(shù)。部分充填開采技術(shù)的研究必須結(jié)合采動(dòng)巖層移動(dòng)規(guī)律。一、部分充填開采概述1、部分充填開采的實(shí)質(zhì)按部分充填的位置與充填時(shí)機(jī)不同二、部分充填開采的分類采空區(qū)條帶充填技術(shù)冒落區(qū)注漿充填技術(shù)離層區(qū)注漿充填技術(shù)部分充填分區(qū)隔離注漿充填技術(shù)1、采空區(qū)條帶充填二、部分充填開采的分類采空區(qū)條帶充填技術(shù)原理是：采用條帶充填體置換條帶開采留設(shè)的煤柱，只要保證未充填采空區(qū)的寬度小于覆巖主關(guān)鍵層的初次破斷跨距，覆巖主關(guān)鍵層保持穩(wěn)定不破斷，且充填條帶能保持長期穩(wěn)定，就可有效控制地表沉陷。1、采空區(qū)條帶充填二、部分充填開采的分類長壁條帶充填開采短壁間隔條帶充填開采2、冒落區(qū)注漿充填二、部分充填開采的分類長壁冒落區(qū)注漿充填技術(shù)條帶冒落區(qū)注漿充填技術(shù)房柱冒落區(qū)注漿充填技術(shù)冒落區(qū)注漿充填條帶開采冒落區(qū)注漿充填二、部分充填開采的分類在建筑物壓煤條帶開采情況下，通過地面或井下鉆孔對(duì)采出條帶已冒落采空區(qū)實(shí)施注漿充填，充填破碎矸石空隙，加固破碎巖石，使得采出條帶冒落區(qū)重新發(fā)揮承載作用，有效減輕留設(shè)煤柱及其上方一定范圍內(nèi)巖柱上所承受的載荷，使得煤巖柱的壓縮變形減小，從而減緩覆巖移動(dòng)往地表的傳播，減小地表移動(dòng)變形值；同時(shí)利用充填材料與冒落區(qū)內(nèi)矸石形成的共同承載體來縮短留設(shè)條帶的寬度，以達(dá)到提高資源回采率和降低充填成本的目的。條帶開采冒落區(qū)注漿充填——隨冒隨充二、部分充填開采的分類隨冒隨充工藝的方案：（1）把充填管道布置到采煤工作面冒落區(qū)底板，充填管隨工作面推進(jìn)拖動(dòng)前移，在頂板冒落矸石未壓實(shí)之前把非膠結(jié)性粉煤灰充填料漿壓入矸石空隙。（2）在相鄰工作面巷道布置鉆孔，在工作面后方冒落區(qū)注漿。條帶開采冒落區(qū)注漿充填——隨冒隨充二、部分充填開采的分類（1）優(yōu)點(diǎn)：充填工作面不需布置專用充填巷道和鉆孔，工程量較小，充填工藝簡(jiǎn)單，冒落區(qū)易于充填，充填效果好。（2）缺點(diǎn)：工作面必須采用仰采，充填與采煤相互干擾，工作面脫水隔離設(shè)施復(fù)雜。條帶開采冒落區(qū)注漿充填——冒落條帶一次集中充填二、部分充填開采的分類冒落條帶一次集中充填工藝的方案：條帶開采順序由低向高開采，先采完較低條帶，對(duì)較低條帶進(jìn)行封閉；利用較高的相鄰條帶機(jī)巷施工充填鉆孔向已開采條帶冒落區(qū)進(jìn)行注漿充填。Grouting(flow)condition:

FlowofSlurry

ThroughtheRoof

FallMaterialsinLongwall–Vertical

Cross-Section

POLITECHNIKA?L?SKAWGLIWICACH

PROF.JANPALARSKI(1)(2)

SystemforPneumaticInjectionofFlyAshintheCoalMine

SilesianTechnicalUniversity–Gliwice

Prof.J.PALARSKI

PumpinganddisposalofminewaterJ.PalarskiInstituteofMiningTechnologyDep.of

MiningandGeologyTU,GliwiceBore-holeslocationalongtherailways

J.PalarskiInstituteofMiningTechnologyDep.of

MiningandGeologyTU,Gliwice3、離層區(qū)注漿充填二、部分充填開采的分類覆巖離層注漿的基本原理是：利用巖層移動(dòng)過程中覆巖內(nèi)形成的離層空間，從地面布置鉆孔將充填料漿液高壓注入離層空間，使?jié){液與裂隙帶巖體黏結(jié)成整體，對(duì)離層空間的上覆巖層形成支撐從而減緩它的移動(dòng)往地表傳播。試驗(yàn)地點(diǎn)工作面尺寸/m采深/m煤厚/m傾角/(°)預(yù)計(jì)的最大下沉/mm注漿后實(shí)測(cè)下沉/mm采礦方法長寬淮北劉店礦1044面5001506002.8151000130垮落法撫順老虎臺(tái)礦512面42712060225.7262046712老虎臺(tái)礦518面3458261936.63032401118傾斜分層老虎臺(tái)礦511面4158562127.3282254843水沙充填大屯徐莊礦7215面9601105292.620-231170576冒落法新汶華豐礦14065751126862723101483分層綜華豐礦140711002927872.230采注選華豐礦140811002927872.230礦尾礦水開灤唐山礦3654面4251357342.815綜采冒落兗州東灘礦14307東92617956061～4綜放冒落法東灘礦14308西8541795455.42～3177611593、離層區(qū)注漿充填實(shí)例二、部分充填開采的分類3、分區(qū)隔離注漿充填二、部分充填開采的分類該方法僅在不充分開采時(shí)減沉效果較好；若開采區(qū)域達(dá)到充分采動(dòng)狀態(tài)，在充填效果較好情況下減沉率可達(dá)到50%左右，有時(shí)候仍無法滿足減沉要求。提出分區(qū)隔離注漿充填開采技術(shù)。離層區(qū)充填體+關(guān)鍵層+分區(qū)隔離煤柱二、主要研究工作與成果采寬確定方法：3、分區(qū)隔離注漿充填——基本原理3、分區(qū)隔離注漿充填——關(guān)鍵層破斷對(duì)離層發(fā)育的影響二、部分充填開采的分類關(guān)鍵層理論研究結(jié)果表明，關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)對(duì)離層的產(chǎn)生、發(fā)展與時(shí)空分布起控制作用。關(guān)鍵層下離層的動(dòng)態(tài)分布呈現(xiàn)兩階段發(fā)展規(guī)律。分區(qū)隔離注漿充填——適用條件二、部分充填開采的分類覆巖中存在典型主關(guān)鍵層分區(qū)隔離注漿充填——關(guān)鍵問題合理采寬確定合理留寬確定1、長壁開采冒落區(qū)注漿充填——波蘭上西里西亞煤田三、部分充填開采工程實(shí)例上西里西亞煤田開采地質(zhì)條件較復(fù)雜：煤層厚度不穩(wěn)定，有煤和瓦斯突出危險(xiǎn)，煤層埋藏深，地?zé)釛l件復(fù)雜。開采煤層平均厚2.3m，平均開采深度為550m，最大開采深度超過1000m。多數(shù)煤層瓦斯含量高，易自然發(fā)火，深部開采常出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象。自1975年在采空區(qū)水沙充填基礎(chǔ)上，上西里西亞煤田成功試驗(yàn)長壁開采冒落區(qū)注漿充填采煤法，對(duì)波蘭煤礦的開采實(shí)踐產(chǎn)生了重大的影響。1、長壁開采冒落區(qū)注漿充填——充填系統(tǒng)三、部分充填開采工程實(shí)例1、長壁開采冒落區(qū)注漿充填——地面充填站三、部分充填開采工程實(shí)例1、長壁開采冒落區(qū)注漿充填——充填工藝三、部分充填開采工程實(shí)例1、長壁開采冒落區(qū)注漿充填——評(píng)價(jià)三、部分充填開采工程實(shí)例與垮落法相比，上西里西亞長壁開采冒落區(qū)注漿充填采煤法充填率一般為30%~40%，可以減少地面沉陷50%左右；而傳統(tǒng)的采空區(qū)水沙充填采煤法充填率一般大于70%，其地表變形的參數(shù)比垮落法減少約70%-80%。采用長壁開采冒落區(qū)注漿充填采煤法的采空區(qū)內(nèi)一般不會(huì)出現(xiàn)自然發(fā)火，很少發(fā)生沖擊地壓，改善了通風(fēng)問題。缺點(diǎn)是需要建立井下和地表的充填系統(tǒng)，需要一定水泥作為黏結(jié)劑，因此提高了注漿充填成本。1、長壁開采冒落區(qū)注漿充填——適用條件三、部分充填開采工程實(shí)例長壁冒落區(qū)注漿充填適用條件為：①煤層或開采分層傾角為5°~10°，厚度2m~3m。②頂板巖層具有良好的破碎特性和規(guī)則的垮落性。③長壁工作面長100m~300m，仰斜作業(yè)。2、離層區(qū)注漿充填——淮北劉店煤礦1044工作面三、部分充填開采工程實(shí)例劉店煤礦1044工作面為該礦首采面。工作面沿走向布置，俯斜開采。1044工作面長150m，推進(jìn)總長500m，儲(chǔ)量約為45萬t。煤層傾角9～20o，平均采高3.0m，平均采深618m，松散層厚度350m。1044工作面對(duì)應(yīng)地表位置為侯樓村和礦區(qū)鐵路，村莊內(nèi)總戶數(shù)約410戶，總?cè)丝诩s1660人。磚木結(jié)構(gòu)房屋約占58%。遷村費(fèi)用測(cè)算約為8000萬元。2、離層區(qū)注漿充填——井上下對(duì)照三、部分充填開采工程實(shí)例工作面采后地表下沉等值線圖三、部分充填開采工程實(shí)例工作面地面村莊下沉/mm傾斜/mm·m-1曲率/mm·m-2水平移動(dòng)/mm水平變形/mm·m-1走向傾向走向傾向走向傾向走向傾向1044地面10003.54.50.0240.0523005002.25村莊100034.50.0220.052250350251044工作面采后地面村莊水平變形值超過Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)損壞的區(qū)域注：圖中實(shí)線區(qū)域?yàn)槌^Ⅰ級(jí)破壞的地面村莊區(qū)域圖中虛線區(qū)域?yàn)槌^Ⅱ級(jí)破壞的地面村莊區(qū)域三、部分充填開采工程實(shí)例地面注漿鉆孔平面位置三、部分充填開采工程實(shí)例地面注漿鉆孔沿煤層傾向位置三、部分充填開采工程實(shí)例劉店礦地面鉆孔注漿充填系統(tǒng)圖三、部分充填開采工程實(shí)例劉店礦地面鉆孔注漿充填系統(tǒng)簡(jiǎn)圖三、部分充填開采工程實(shí)例應(yīng)用效果實(shí)例淮北劉店煤礦村莊下分區(qū)隔離注漿充填地表移動(dòng)預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)平均采深618m工作面長度150m工作面推進(jìn)長500m煤層采高3.0m

采出煤量45萬t注漿充填前后地表下沉曲線對(duì)比圖

比較項(xiàng)目不注漿充填開采預(yù)計(jì)注漿充填預(yù)計(jì)注漿充填實(shí)測(cè)最大下沉量/mm1050500133建筑物破壞等級(jí)ⅡⅠⅠ三、部分充填開采工程實(shí)例（3）海孜煤礦巨厚火成巖下注漿減災(zāi)試驗(yàn)

巨厚火成巖巖走向分布示意圖

三、部分充填開采工程實(shí)例海孜礦巨厚火成巖沿5-6勘探線剖面圖三、部分充填開采工程實(shí)例Ⅱ102采區(qū)各煤層厚度及距巨厚火成巖距離一覽表

巖層名稱巨厚火成巖7煤層8煤層9煤層10煤層厚度/m117～1361230～31.640.9～31.861.1～3.32.221.5～4.02.67距巨厚火成巖距離/m44～9661.376～968680～10090161～185174抗壓強(qiáng)度/MPa變形模量/GPa泊松比抗拉強(qiáng)度/MPa凝聚力/MPa內(nèi)摩擦角／(°)剪應(yīng)力/MPa96.432.40.2567.917.240.533.8海孜礦火成巖巖石力學(xué)性質(zhì)測(cè)試結(jié)果

三、部分充填開采工程實(shí)例

FillingbodysTheprimarykeystratumPermanentisolatedpillarssurfacesoilAllofthemconstitutetheload-carryingbody.

Theisolatedsection-groutingtechnologyinbedseparationspace三、部分充填開采工程實(shí)例傳統(tǒng)開采模式

矸石山火成巖下形成離層區(qū)火成巖大面積破斷并波及地表采煤污染環(huán)境沖擊地壓村莊搬遷突水事故五大關(guān)鍵問題占用耕地三、部分充填開采工程實(shí)例綠色開采模式消除了大規(guī)模動(dòng)壓

矸石山火成巖下形成的離層區(qū)減緩了地表下沉