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1、煤礦開采覆巖離層注漿減沉技術(shù)2014年12月6日8目錄一、技術(shù)背景1二、覆巖離層注漿減沉關(guān)鍵理論1（一）采空區(qū)上方離層形成與發(fā)展過程研究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(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備5（一）工作面減沉注漿技術(shù)5（二）注漿系統(tǒng)及設(shè)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(wù)局注漿工程應(yīng)用實例7五、附件8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
2、工程實踐8附件3：崖頭煤礦采動覆巖離層注漿減沉技術(shù)8附件4：橋下放頂煤開采減沉注漿技術(shù)88煤礦開采覆巖離層注漿減沉技術(shù)一、技術(shù)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(shè)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(dāng)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(jié)充填法等等。覆巖離層注漿充填則是一種正在研究和有待于進(jìn)一步完善的技術(shù)手段。該項技術(shù)的核心是在采空區(qū)上方地表適當(dāng)位置打鉆，通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
3、液注入到導(dǎo)水裂隙帶以上的彎沉帶地層中，達(dá)到控制與減緩地表沉降的目的。在實施該項技術(shù)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(jī)、壓力控制和漿液在離層空間的流動形式是技術(shù)的關(guān)鍵。二、覆巖離層注漿減沉關(guān)鍵理論（一）采空區(qū)上方離層形成與發(fā)展過程研究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(jī)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(guān)。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(jìn)行模擬，實驗結(jié)果表明，在工作面推進(jìn)過程中，隨著采空區(qū)面積的不斷擴(kuò)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
4、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(yīng)選擇在導(dǎo)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hi為離層帶的位置；Hm為冒落帶高度；Hd為斷裂帶高度；Hz為整體彎沉帶；hb為保護(hù)層厚度；W（x）為地表下沉曲線。8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(kuò)大，離層帶逐漸向上發(fā)展，如果在設(shè)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(jìn)一步向上發(fā)展，達(dá)到減緩上覆巖層及地表沉降，減少和消除其危害的目的。離層空間內(nèi)的邊界條件較為復(fù)雜，漿液的流動與注漿壓力、離層空間的幾
5、何尺寸、位置、巖層的滲透性能有直接關(guān)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(shè)其沉量為W（x，y），則，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，及時高壓充填已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(guān)重要，關(guān)系到整個注漿減沉工程的成敗。在開采超前影響線到達(dá)離層帶位置前，應(yīng)實施高達(dá)10Mpa以上壓力注漿使其在預(yù)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，于巖層內(nèi)部可形成劈裂水楔，促使離層在設(shè)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(yīng)提高
6、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。8（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(jìn)速度、停止位置等因素與注漿能力及流量有直接關(guān)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，在一定的時間段內(nèi)離層空間達(dá)到最大值，如果注漿量達(dá)不到設(shè)計要求，泵壓可能接近零，甚至降為負(fù)壓而產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，此時應(yīng)加大注漿量和注漿濃度，以提高注漿效果。2.以明渠
7、“挾質(zhì)”形式流動。由相似材料模擬實驗可知，在離層空間足夠大的情況下(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(yuǎn)處流動，水流挾帶粉煤灰并將其輸送到離層空間的邊緣，如圖3。8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(kuò)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)，與漿液的配置濃度、灰沙含量、比重、流道斷面的形態(tài)、
