2-6-部分充填开采技术

2减沉开采技术2-1开采引起的地表沉陷规律2-2开采沉陷对地面建筑物的影响2-3减少开采沉陷影响的技术措施2-4条带开采技术2-5充填开采技术2-6部分充填开采技术2-6部分充填开采技术一、部分充填开采概述二、部分充填开采的分类三、部分充填开采工程实例部分充填开采，是相对全部充填开采而言的，其充填量和充填范围仅是采出煤量的一部分，它仅对采空区的局部或离层区与冒落区进行充填，靠覆岩关键层结构、充填体及部分煤柱共同支撑覆岩控制开采沉陷。全部充填的位置只能是采空区，而部分充填的位置可以是采空区、离层区或冒落区。一、部分充填开采概述1、部分充填开采的概念部分充填采煤法与全部充填采煤法本质区别是：前者完全靠采空区充填体支撑上覆岩层控制开采沉陷，而后者靠覆岩关键层结构、充填体及部分煤柱共同支撑覆岩控制开采沉陷。其特点在于，可以采取垮落法的回采方案，创造一些与其他开采技术相结合的新型充填开采技术。部分充填开采技术的研究必须结合采动岩层移动规律。一、部分充填开采概述1、部分充填开采的实质按部分充填的位置与充填时机不同二、部分充填开采的分类采空区条带充填技术冒落区注浆充填技术离层区注浆充填技术部分充填分区隔离注浆充填技术1、采空区条带充填二、部分充填开采的分类采空区条带充填技术原理是：采用条带充填体置换条带开采留设的煤柱，只要保证未充填采空区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断跨距，覆岩主关键层保持稳定不破断，且充填条带能保持长期稳定，就可有效控制地表沉陷。1、采空区条带充填二、部分充填开采的分类长壁条带充填开采短壁间隔条带充填开采2、冒落区注浆充填二、部分充填开采的分类长壁冒落区注浆充填技术条带冒落区注浆充填技术房柱冒落区注浆充填技术冒落区注浆充填条带开采冒落区注浆充填二、部分充填开采的分类在建筑物压煤条带开采情况下，通过地面或井下钻孔对采出条带已冒落采空区实施注浆充填，充填破碎矸石空隙，加固破碎岩石，使得采出条带冒落区重新发挥承载作用，有效减轻留设煤柱及其上方一定范围内岩柱上所承受的载荷，使得煤岩柱的压缩变形减小，从而减缓覆岩移动往地表的传播，减小地表移动变形值；同时利用充填材料与冒落区内矸石形成的共同承载体来缩短留设条带的宽度，以达到提高资源回采率和降低充填成本的目的。条带开采冒落区注浆充填——随冒随充二、部分充填开采的分类随冒随充工艺的方案：（1）把充填管道布置到采煤工作面冒落区底板，充填管随工作面推进拖动前移，在顶板冒落矸石未压实之前把非胶结性粉煤灰充填料浆压入矸石空隙。（2）在相邻工作面巷道布置钻孔，在工作面后方冒落区注浆。条带开采冒落区注浆充填——随冒随充二、部分充填开采的分类（1）优点：充填工作面不需布置专用充填巷道和钻孔，工程量较小，充填工艺简单，冒落区易于充填，充填效果好。（2）缺点：工作面必须采用仰采，充填与采煤相互干扰，工作面脱水隔离设施复杂。条带开采冒落区注浆充填——冒落条带一次集中充填二、部分充填开采的分类冒落条带一次集中充填工艺的方案：条带开采顺序由低向高开采，先采完较低条带，对较低条带进行封闭；利用较高的相邻条带机巷施工充填钻孔向已开采条带冒落区进行注浆充填。Grouting(flow)condition:

FlowofSlurry

ThroughtheRoof

FallMaterialsinLongwall–Vertical

Cross-Section

POLITECHNIKAŚLĄSKAWGLIWICACH

PROF.JANPALARSKI(1)(2)

SystemforPneumaticInjectionofFlyAshintheCoalMine

SilesianTechnicalUniversity–Gliwice

Prof.J.PALARSKI

PumpinganddisposalofminewaterJ.PalarskiInstituteofMiningTechnologyDep.of

MiningandGeologyTU,GliwiceBore-holeslocationalongtherailways

J.PalarskiInstituteofMiningTechnologyDep.of

MiningandGeologyTU,Gliwice3、离层区注浆充填二、部分充填开采的分类覆岩离层注浆的基本原理是：利用岩层移动过程中覆岩内形成的离层空间，从地面布置钻孔将充填料浆液高压注入离层空间，使浆液与裂隙带岩体黏结成整体，对离层空间的上覆岩层形成支撑从而减缓它的移动往地表传播。试验地点工作面尺寸/m采深/m煤厚/m倾角/(°)预计的最大下沉/mm注浆后实测下沉/mm采矿方法长宽淮北刘店矿1044面5001506002.8151000130垮落法抚顺老虎台矿512面42712060225.7262046712老虎台矿518面3458261936.63032401118倾斜分层老虎台矿511面4158562127.3282254843水沙充填大屯徐庄矿7215面9601105292.620-231170576冒落法新汶华丰矿14065751126862723101483分层综华丰矿140711002927872.230采注选华丰矿140811002927872.230矿尾矿水开滦唐山矿3654面4251357342.815综采冒落兖州东滩矿14307东92617956061～4综放冒落法东滩矿14308西8541795455.42～3177611593、离层区注浆充填实例二、部分充填开采的分类3、分区隔离注浆充填二、部分充填开采的分类该方法仅在不充分开采时减沉效果较好；若开采区域达到充分采动状态，在充填效果较好情况下减沉率可达到50%左右，有时候仍无法满足减沉要求。提出分区隔离注浆充填开采技术。离层区充填体+关键层+分区隔离煤柱二、主要研究工作与成果采宽确定方法：3、分区隔离注浆充填——基本原理3、分区隔离注浆充填——关键层破断对离层发育的影响二、部分充填开采的分类关键层理论研究结果表明，关键层运动对离层的产生、发展与时空分布起控制作用。关键层下离层的动态分布呈现两阶段发展规律。分区隔离注浆充填——适用条件二、部分充填开采的分类覆岩中存在典型主关键层分区隔离注浆充填——关键问题合理采宽确定合理留宽确定1、长壁开采冒落区注浆充填——波兰上西里西亚煤田三、部分充填开采工程实例上西里西亚煤田开采地质条件较复杂：煤层厚度不稳定，有煤和瓦斯突出危险，煤层埋藏深，地热条件复杂。开采煤层平均厚2.3m，平均开采深度为550m，最大开采深度超过1000m。多数煤层瓦斯含量高，易自然发火，深部开采常出现冲击地压现象。自1975年在采空区水沙充填基础上，上西里西亚煤田成功试验长壁开采冒落区注浆充填采煤法，对波兰煤矿的开采实践产生了重大的影响。1、长壁开采冒落区注浆充填——充填系统三、部分充填开采工程实例1、长壁开采冒落区注浆充填——地面充填站三、部分充填开采工程实例1、长壁开采冒落区注浆充填——充填工艺三、部分充填开采工程实例1、长壁开采冒落区注浆充填——评价三、部分充填开采工程实例与垮落法相比，上西里西亚长壁开采冒落区注浆充填采煤法充填率一般为30%~40%，可以减少地面沉陷50%左右；而传统的采空区水沙充填采煤法充填率一般大于70%，其地表变形的参数比垮落法减少约70%-80%。采用长壁开采冒落区注浆充填采煤法的采空区内一般不会出现自然发火，很少发生冲击地压，改善了通风问题。缺点是需要建立井下和地表的充填系统，需要一定水泥作为黏结剂，因此提高了注浆充填成本。1、长壁开采冒落区注浆充填——适用条件三、部分充填开采工程实例长壁冒落区注浆充填适用条件为：①煤层或开采分层倾角为5°~10°，厚度2m~3m。②顶板岩层具有良好的破碎特性和规则的垮落性。③长壁工作面长100m~300m，仰斜作业。2、离层区注浆充填——淮北刘店煤矿1044工作面三、部分充填开采工程实例刘店煤矿1044工作面为该矿首采面。工作面沿走向布置，俯斜开采。1044工作面长150m，推进总长500m，储量约为45万t。煤层倾角9～20º，平均采高3.0m，平均采深618m，松散层厚度350m。1044工作面对应地表位置为侯楼村和矿区铁路，村庄内总户数约410户，总人口约1660人。砖木结构房屋约占58%。迁村费用测算约为8000万元。2、离层区注浆充填——井上下对照三、部分充填开采工程实例工作面采后地表下沉等值线图三、部分充填开采工程实例工作面地面村庄下沉/mm倾斜/mm·m-1曲率/mm·m-2水平移动/mm水平变形/mm·m-1走向倾向走向倾向走向倾向走向倾向1044地面10003.54.50.0240.0523005002.25村庄100034.50.0220.052250350251044工作面采后地面村庄水平变形值超过Ⅰ级与Ⅱ级损坏的区域注：图中实线区域为超过Ⅰ级破坏的地面村庄区域图中虚线区域为超过Ⅱ级破坏的地面村庄区域三、部分充填开采工程实例地面注浆钻孔平面位置三、部分充填开采工程实例地面注浆钻孔沿煤层倾向位置三、部分充填开采工程实例刘店矿地面钻孔注浆充填系统图三、部分充填开采工程实例刘店矿地面钻孔注浆充填系统简图三、部分充填开采工程实例应用效果实例淮北刘店煤矿村庄下分区隔离注浆充填地表移动预计与实测平均采深618m工作面长度150m工作面推进长500m煤层采高3.0m

采出煤量45万t注浆充填前后地表下沉曲线对比图

比较项目不注浆充填开采预计注浆充填预计注浆充填实测最大下沉量/mm1050500133建筑物破坏等级ⅡⅠⅠ三、部分充填开采工程实例（3）海孜煤矿巨厚火成岩下注浆减灾试验

巨厚火成岩岩走向分布示意图

三、部分充填开采工程实例海孜矿巨厚火成岩沿5-6勘探线剖面图三、部分充填开采工程实例Ⅱ102采区各煤层厚度及距巨厚火成岩距离一览表

岩层名称巨厚火成岩7煤层8煤层9煤层10煤层厚度/m117～1361230～31.640.9～31.861.1～3.32.221.5～4.02.67距巨厚火成岩距离/m44～9661.376～968680～10090161～185174抗压强度/MPa变形模量/GPa泊松比抗拉强度/MPa凝聚力/MPa内摩擦角／(°)剪应力/MPa96.432.40.2567.917.240.533.8海孜矿火成岩岩石力学性质测试结果

三、部分充填开采工程实例

FillingbodysTheprimarykeystratumPermanentisolatedpillarssurfacesoilAllofthemconstitutetheload-carryingbody.

Theisolatedsection-groutingtechnologyinbedseparationspace三、部分充填开采工程实例传统开采模式

矸石山火成岩下形成离层区火成岩大面积破断并波及地表采煤污染环境冲击地压村庄搬迁突水事故五大关键问题占用耕地三、部分充填开采工程实例绿色开采模式消除了大规模动压

矸石山火成岩下形成的离层区减缓了地表下沉