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1、皖北煤電WANBEICOAL-ELECTRICITY煤礦開采覆巖離層注漿減沉技術2014年12月6日一、技術背景1二、覆巖離層注漿減沉關鍵理論1（一）采空區(qū)上方離層形成與發(fā)展過程研宄1（二）注漿壓力控制2（三）漿液在離層空間內(nèi)的流動形態(tài)3三、覆巖離層注漿減沉關鍵技術與設備5（一）工作面減沉注漿技術5（二）注漿系統(tǒng)及設備5（三）注漿施工6四、上覆巖離層注漿減沉實例7（一）開灤唐山煤礦在回采工作面利用粉煤灰覆巖注漿減沉7（二）開灤范各莊礦在公路、鐵路橋下放頂煤開采注漿減沉7（三）山東陽光礦業(yè)有限公司崖頭煤礦采動覆巖離層注漿減沉7（四）淮北礦務局注漿工程應用實例7五、附件8
2、附件1:利用粉煤灰覆巖注漿減沉8附件2:唐山礦覆巖注漿減沉的工程實踐8附件3:崖頭煤礦采動覆巖離層注漿減沉技術8附件4:橋下放頂煤開采減沉注漿技術8煤礦開采覆巖離層注漿減沉技術一、技術背景地下采礦形成地下空洞并逐步發(fā)展至地表，致使地面塌陷，形成地表塌陷，可造成環(huán)境破壞、農(nóng)田絕產(chǎn)、道路交通受阻、地面建筑設施損壞，甚至危及人身安全。在地下采礦的同時如果采取適當措施，及時充填采空區(qū)可減少或避免這種危害的影響，例如目前經(jīng)常采用的水砂充填法、干式充填法和膠結充填法等等。覆巖離層注漿充填則是一種正在研宄和有待于進一步完善的技術手段。該項技術的核心是在采空區(qū)上方地表適當位置打鉆，通
3、過鉆孔高壓將電廠粉煤灰與水按照一定的比例（粉煤灰濃度30-70%）配成漿液注入到導水裂隙帶以上的彎沉帶地層中，達到控制與減緩地表沉降的目的。在實施該項技術中，掌握覆巖破壞及離層的形成位置、發(fā)展規(guī)律、注漿時機、壓力控制和漿液在離層空間的流動形式是技術的關鍵。二、覆巖離層注漿減沉關鍵理論（一）采空區(qū)上方離層形成與發(fā)展過程研宄實施覆巖離層注漿充填方法，必須有效控制注漿層位、注漿時機和注漿壓力，這些因素與采空區(qū)上方離層形成與發(fā)展過程密切相關。用相似材料模擬實驗方法，對長壁式采煤全部垮落法管理頂板采動過程中覆巖塌陷與沉降規(guī)律進行模擬，實驗結果表明，在工作面推進過程中，隨著采空區(qū)
4、面積的不斷擴大，煤層上方的巖層按著一定的垮落步距順序垮落。根據(jù)覆巖破壞形式，一般將破壞區(qū)劃分為三帶，即冒落帶、斷裂帶和彎曲帶。在離層注漿工程中，為防止?jié){液潰入井下，注漿層位應選擇在導水裂隙帶以上的彎曲沉降帶內(nèi)。采動過程中覆巖的沉降、變形與斷裂過程如圖1，圖中h,為離層帶的位置；Hm為冒落帶高度；氏,為斷裂帶高度；氏為整體彎沉帶；hb為保護層厚度；W（x）為地表下沉曲線。圖1覆巖破壞與離層發(fā)展示意圖由圖1覆巖沉降與離層發(fā)展過程可以看出，隨著采場范圍的擴大，離層帶逐漸向上發(fā)展，如果在設計位置實施注漿，及時充填離層空間，可阻止其沉降和離層進一步向上發(fā)展，達到減緩上覆巖層及地
5、表沉降，減少和消除其危害的目的。離層空問內(nèi)的邊界條件較為復雜，漿液的流動與注漿壓力、離層空間的幾何尺寸、位置、巖層的滲透性能有直接關系。離層空間內(nèi)任意點的沉降量可用連續(xù)函數(shù)來描述，設其沉量為w、x，y），則mqcosa式中，m為開采礦層厚度；q為下沉系數(shù)；a為煤層傾角。各參數(shù)由實測資料用綜合分析方法求得。（二）注漿壓力控制在采動過程中，及時高壓充填己形成的離層空間對減緩和阻止沉降和離層向上發(fā)展至關重要，關系到整個注漿減沉工程的成敗。在開采超前影響線到達離層帶位置前，應實施高達lOMpa以上壓力注漿使其在預定位置及早形成離層。在形成離層前泵壓相對較高，在高壓力作用下，于
6、巖層內(nèi)部可形成劈裂水楔，促使離層在設計位置及早地形成并保證不至于過早地閉合。一旦形成離層空間，泵壓將急劇下降，此時應提高漿液濃度，加大注漿量并持續(xù)注入，以保證及時地充填離層空間。（三）漿液在離層空間內(nèi)的流動形態(tài)由于離層空間形成的大小、時間、位置、圍巖的滲流流量、地下采礦工作面的推進速度、停止位置等因素與注漿能力及流量有直接關系，可將注漿液體在離層空間內(nèi)的流動分為以下三種形式1.以鉆孔為中心的徑向流動。離層帶內(nèi)充填介質(zhì)首先在以鉆孔為中心的一定半徑內(nèi)沉積，鉆孔至周圍，流速由大到小分布，如圖2。圖2以鉆孔為中心的徑向流動與沉淀隨著開采范圍的增大，在一定的時問段內(nèi)離層空問達到
7、最人值，如果注漿量達不到設計要求，泵壓可能接近零，甚至降為負壓而產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，此時應加大注漿量和注漿濃度，以提高注漿效果。2.以明渠“挾質(zhì)”形式流動。由相似材料模擬實驗可知，在離層空問足夠大的情況下（離層空間未充滿漿液），充填漿液在離層空間內(nèi)將以非恒定明渠流的方式從注漿孔位置開始向遠處流動，水流挾帶粉煤灰并將其輸送到離層空問的邊緣，如圖3。圖3離層空間內(nèi)未充滿漿液時的流動狀態(tài)此時，根據(jù)臨界流速的大小，可將水流對灰質(zhì)的運移輸送分為推移質(zhì)流動、懸移質(zhì)流動和垂直于流動方向的橫向擴散運動三種形式。對于懸移質(zhì)流動，臨界流速和水流的挾質(zhì)能力是兩個重要的參數(shù)，與漿
