(最新整理)煤礦開(kāi)采覆巖離層注漿減沉技術(shù)

1、(完整)煤礦開(kāi)采覆巖離層注漿減沉技術(shù)(完整)煤礦開(kāi)采覆巖離層注漿減沉技術(shù) 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對(duì)文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對(duì)，但是難免會(huì)有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)煤礦開(kāi)采覆巖離層注漿減沉技術(shù)）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來(lái)便利。同時(shí)也真誠(chéng)的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進(jìn)步的源泉，前進(jìn)的動(dòng)力。本文可編輯可修改，如果覺(jué)得對(duì)您有幫助請(qǐng)收藏以便隨時(shí)查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績(jī)進(jìn)步，以下為(完整)煤礦開(kāi)采覆巖離層注漿減沉技術(shù)的全部?jī)?nèi)容。9煤礦開(kāi)采覆巖離層注漿減沉技術(shù)2014年12月6日目 錄一、技術(shù)背景1

2、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(guò)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(dòng)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(shí)例7（一）開(kāi)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(kāi)灤范各莊礦在公路、鐵路橋下放頂煤開(kāi)采注漿減沉7(三)山東陽(yáng)光礦業(yè)有限公司崖頭煤礦采動(dòng)覆巖離層注漿減沉7（四)淮北礦務(wù)局注漿工程應(yīng)用實(shí)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工程實(shí)踐8附件3：崖頭煤礦采動(dòng)覆巖離層注漿減沉技術(shù)8附件4：橋下放頂煤開(kāi)采減沉注

3、漿技術(shù)8煤礦開(kāi)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(shí)如果采取適當(dāng)措施,及時(shí)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(xiàng)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(guò)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(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(shí)施該項(xiàng)技術(shù)中,掌握覆巖

4、破壞及離層的形成位置、發(fā)展規(guī)律、注漿時(shí)機(jī)、壓力控制和漿液在離層空間的流動(dòng)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(guò)程研究 實(shí)施覆巖離層注漿充填方法，必須有效控制注漿層位、注漿時(shí)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(guò)程密切相關(guān)。用相似材料模擬實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)長(zhǎng)壁式采煤全部垮落法管理頂板采動(dòng)過(guò)程中覆巖塌陷與沉降規(guī)律進(jìn)行模擬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在工作面推進(jìn)過(guò)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

5、帶以上的彎曲沉降帶內(nèi)。采動(dòng)過(guò)程中覆巖的沉降、變形與斷裂過(guò)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. 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(guò)程可以看出，隨著采場(chǎng)范圍的擴(kuò)大，離層帶逐漸向上發(fā)展,如果在設(shè)計(jì)位置實(shí)施注漿，及時(shí)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(dòng)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(guān)系。離層空間內(nèi)任意點(diǎn)的沉降量可用連續(xù)函數(shù)來(lái)描述，設(shè)其沉量為w（x，y）,則,

6、式中，m為開(kāi)采礦層厚度;q為下沉系數(shù);a為煤層傾角.各參數(shù)由實(shí)測(cè)資料用綜合分析方法求得。(二）注漿壓力控制在采動(dòng)過(guò)程中，及時(shí)高壓充填已形成的離層空間對(duì)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(gè)注漿減沉工程的成敗。在開(kāi)采超前影響線到達(dá)離層帶位置前，應(yīng)實(shí)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(duì)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(jì)位置及早地形成并保證不至于過(guò)早地閉合。一旦形成離層空間，泵壓將急劇下降，此時(shí)應(yīng)提高漿液濃度，加大注漿量并持續(xù)注入，以保證及時(shí)地充填離層空間。（三)漿液在離層空間內(nèi)的流動(dòng)形態(tài)由于離層空間形成的大小、時(shí)間、位置

7、、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(dòng)分為以下三種形式1。以鉆孔為中心的徑向流動(dòng)。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?chē)?，流速由大到小分布，如圖2。圖2 以鉆孔為中心的徑向流動(dòng)與沉淀隨著開(kāi)采范圍的增大,在一定的時(shí)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(jì)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(shí)應(yīng)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(dòng)。由相似材料模擬實(shí)驗(yàn)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

8、注漿孔位置開(kāi)始向遠(yuǎn)處流動(dòng)，水流挾帶粉煤灰并將其輸送到離層空 間的邊緣,如圖3。圖3 離層空間內(nèi)未充滿漿液時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)此時(shí)，根據(jù)臨界流速的大小，可將水流對(duì)灰質(zhì)的運(yùn)移輸送分為推移質(zhì)流動(dòng)、懸移質(zhì)流動(dòng)和垂直于流動(dòng)方向的橫向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)三種形式。對(duì)于懸移質(zhì)流動(dòng),臨界流速和水流的挾質(zhì)能力是兩個(gè)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)、水深和水力坡度等因素有關(guān)。對(duì)于所配置的不同濃度或重度的灰漿,使其達(dá)到懸移質(zhì)輸送狀態(tài)，其臨界流速是不同的，可用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式求得。3.飽和密實(shí)擠壓注漿充填.當(dāng)?shù)叵鹿ぷ髅嫱七M(jìn)已停止，地面尚未達(dá)到充分采動(dòng)影響，離層空間已被漿液充滿且范圍不再擴(kuò)大,此時(shí)所進(jìn)行的高壓

9、注漿稱為密實(shí)擠壓充填注漿，如圖4。 圖4 飽和密實(shí)擠壓注漿充填由于注入在離層空間內(nèi)的高壓漿液作用于四周的圍巖,擠壓其下部巖層， 使巖層移動(dòng)過(guò)程中所形成的裂隙和碎裂空間被壓實(shí)。此時(shí)的巖體可視為多孔介質(zhì)，在滲透力的作用下,通過(guò)圍巖水被滲流擴(kuò)散，固體充填物脫水沉淀。在不斷注入的漿液及水的作用下，充填質(zhì)體積和密實(shí)程度不斷增加，進(jìn)而支撐了上覆巖層，阻止或減小其彎曲下沉。三、覆巖離層注漿減沉關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備（一)工作面減沉注漿技術(shù)1.工作面離層注漿減沉可行性技術(shù)分析。影響離層發(fā)育過(guò)程的主要因素：采動(dòng)充分程度；上位與下位巖層的抗彎剛度比.2。鉆孔數(shù)量與位置。根據(jù)充填流體在離層裂隙內(nèi)徑向運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定，通常鉆孔間

10、距為60120m。3。導(dǎo)水裂隙帶的確定。確定導(dǎo)水裂隙帶高度有兩個(gè)方法：一是按 “三下”開(kāi)采規(guī)程算得，通常為30-160m;二是工程類(lèi)比法。4。離層層位的判別、注漿段的選擇和終孔深度的確定.離層層位應(yīng)具備上硬下軟、且硬巖較厚的條件,通常判斷離層層位為上位與下位巖層抗彎剛度相差較大層位,終孔深度為離層層位深度。5。成孔結(jié)構(gòu)。沖擊層井徑通常為214mm，下2 l 9mm套管,基巖面至離層底板井徑190mm,下168mm套管。水泥固井至井口,注漿管為89mm鋼管，在注漿段鉆成篩管。（二）注漿系統(tǒng)及設(shè)備注漿系統(tǒng)及設(shè)備由供灰系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、加壓裝置、輸將系統(tǒng)等組成，如圖5。1.供灰系統(tǒng)利用電廠的排灰系統(tǒng),

11、漿液直接流入中轉(zhuǎn)蓄漿池，再經(jīng)泥漿泵送人注漿站或灰罐（2個(gè)，100t/罐）.2.注漿設(shè)備高（中)壓注漿泵，泵量1050m3/h，泵壓5mpampa以上；蓄水?dāng)嚢璩?容積不小于20m3；泥漿泵，轉(zhuǎn)速640r/h以上。3。輸將管路輸將管建議采用4ps-35mpa76mm型耐壓鋼管。圖5 注漿系統(tǒng)示意圖（三）注漿施工1.漿液處理粉煤灰因煤質(zhì)不同，會(huì)出現(xiàn)一定量的焦渣，必須在入泵前處理掉直徑大于3mm的焦渣，可采取二級(jí)過(guò)濾除渣措施:一是在電廠排漿管的出口安裝斜坡過(guò)濾篩；二是在注漿站攪拌池上安裝振動(dòng)篩。完成兩次過(guò)濾。 2。濃度控制注漿減沉的關(guān)鍵是注入離層的粉煤灰的多少.漿液濃度低，不但達(dá)不到預(yù)期效果，而且增

12、加無(wú)效的投資；濃度過(guò)大，則增加輸漿阻力,不利于連續(xù)注漿 所以，把保證漿液濃度做為一順重要措施。通常水灰比為3：77：3，根據(jù)粉煤灰特質(zhì)考察確定.四、上覆巖離層注漿減沉實(shí)例(一）開(kāi)灤唐山煤礦在回采工作面利用粉煤灰覆巖注漿減沉開(kāi)灤唐山煤礦從1998年4月開(kāi)始利用粉煤灰回填礦井，經(jīng)過(guò)7個(gè)多月的工作取得了較好的效果。一是利用了大量的粉煤灰,二是有效地減少了地面的下沉。為檢驗(yàn)注漿的效果,在注漿工作面上方的地面埋設(shè)了55個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在走 向方向1000m的距離內(nèi)埋了32個(gè)點(diǎn)，傾斜方向埋了23個(gè)點(diǎn).按推進(jìn)度算，在工作面推進(jìn)到檢測(cè)點(diǎn)3.45m 前,每推進(jìn)1m，減沉值由之前類(lèi)似條件未注漿時(shí)地表下沉2。13mm，注

13、漿后下沉0。23mm。注漿減沉條件下，采后8個(gè)月零10d，地表沉陷穩(wěn)定后，實(shí)測(cè)地表最大下沉值為187mm.（二）開(kāi)灤范各莊礦在公路、鐵路橋下放頂煤開(kāi)采注漿減沉范各莊礦利用廢棄粉煤灰作為充填材料，對(duì)橋下采后產(chǎn)生的冒落帶、裂隙帶、離層帶和沖積層及時(shí)進(jìn)行注漿充填，最大程度地減少地表沉降幅度，其中鐵路橋下開(kāi)采煤厚達(dá)6.5米,地表最大下沉僅0。135米，達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，有效地保護(hù)了橋梁，創(chuàng)造了比較好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。(三）山東陽(yáng)光礦業(yè)有限公司崖頭煤礦采動(dòng)覆巖離層注漿減沉崖頭煤礦設(shè)計(jì)能力30萬(wàn)t/a，儲(chǔ)量2160萬(wàn)t，礦區(qū)范圍內(nèi)公路總里程7。5km，占?jí)好毫考s500萬(wàn)t。 預(yù)計(jì)成效：注漿充填后，地面下

14、沉量不足200mm，新增經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值200億元（實(shí)際效果正在考察）.（四）淮北礦務(wù)局注漿工程應(yīng)用實(shí)例淮北礦務(wù)局在企業(yè)內(nèi)部16個(gè)工作面成功應(yīng)用注漿減沉技術(shù)，達(dá)到 “三下一上”安全回采效果，地面建筑不搬遷目標(biāo).工作面回采后破壞范圍在i級(jí)范圍內(nèi)，沉降值在200mm以內(nèi)，并實(shí)現(xiàn)淮礦集團(tuán)大樓在采空區(qū)內(nèi)地基加固成功建設(shè)，樓層高度達(dá)30層.現(xiàn)注漿技術(shù)可實(shí)現(xiàn)隨采隨注減沉、采后注漿充填減沉和采后注漿加固。淮北礦務(wù)局歷年注漿工程如表1（具體沉降效果正在考察）。序號(hào)工程名稱施工時(shí)間注漿鉆孔總數(shù)類(lèi)別1劉店104采區(qū)注漿2009年8月5日2012年8月6日6減沉2劉店103采區(qū)注漿2010年1月30日2012年3月18日5

15、減沉3劉店1018工作面注漿2012年6月20日2013年11月25日4減沉4劉店766工作面注漿2012年4月1日2013年5月13日2減沉5劉店768工作面注漿2014年1月1日至今3減沉6海孜1022工作面注漿2009年10月18日2011年8月24日6減沉7海孜1031工作面注漿2010年1月22日2010年11月3日4減沉8海孜1033工作面注漿2010年12月20日2011年12月31日2減沉9海孜1026工作面注漿2013年9月26日至今6減沉10祁南366工作面注漿2012年3月22日2013年1月28日6減沉11楊莊644工作面注漿2013年4月2日至今1（輸)+5（注）減沉12楊莊513工作面注漿2014年9月1日至今4