煤礦綠色開采(許家林XXXX06)

1、煤礦綠色開采技術煤礦綠色開采技術許家林許家林 中中 國國 礦礦 業(yè)業(yè) 大大 學學2013年年5月月30日日許家林教授簡介 1984年入中國礦業(yè)大學采礦系學習，分別于1991年和1999年獲采礦工程碩士和博士學位，師從錢鳴高院士。 主要從事煤礦巖層控制與綠色開采技術方向研究與教學，出版礦山壓力與巖層控制、煤礦綠色開采等著作4部，發(fā)表論文150余篇。 曾獲煤炭青年科技獎、江蘇省“青藍工程”中青年學術帶頭人、教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”。 聯系方式：聯系方式 江蘇徐州，中國礦業(yè)大學 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室提提 綱綱 第一講第一講 綠色開采的概念與技術框架綠色開

2、采的概念與技術框架 第二講第二講 導水裂隙帶高度預計新方法導水裂隙帶高度預計新方法 第三講第三講 隔離注漿充填不遷村采煤技術隔離注漿充填不遷村采煤技術第一講第一講 綠色開采的概念與技術框架綠色開采的概念與技術框架一、煤炭開采損害與環(huán)境問題二、綠色開采的概念與內涵三、綠色開采的技術框架 矸石排矸石排放放 巖層運巖層運動動 地表沉地表沉陷陷 頂板事故頂板事故 突水事故突水事故 瓦斯事故瓦斯事故 破壞土地與建筑破壞土地與建筑 破壞地下水資源破壞地下水資源 矸石占地與污染矸石占地與污染 排放瓦斯污染大氣排放瓦斯污染大氣 土地破壞與土地破壞與“三下三下”壓煤問壓煤問題題p 我國的煤炭資源回收率僅為40%

3、左右，“三下”（村莊下、道路下、水體下）壓煤是重要根源。p 平均每采萬噸原煤造成塌陷土地0.2-0.3公頃，平均每年新增塌陷地約3-4萬公頃。 煤矸石的露天排放問題煤矸石的露天排放問題p 我國現有矸石山1600余座，堆積量超過45億t，占地超過15000hm2。目前每年產矸量超過3.5億t。p 矸石山嚴重污染空氣和地下水，甚至存在爆炸危險。 煤礦突水災害與水資源破壞問題煤礦突水災害與水資源破壞問題p 我國60%的礦區(qū)為石二疊系含煤地層，其中80%受到嚴重的突水威脅。p 現在，我國每年排出礦井水60億m3左右，只利用25%左右，造成礦區(qū)水源枯竭、水與生態(tài)環(huán)境的破壞。 煤礦瓦斯災害與瓦斯排放煤礦瓦

4、斯災害與瓦斯排放中國在地下2000 m范圍內具有3035萬億m3煤層氣資源,每年排放煤礦瓦斯70190億m3。煤礦瓦斯災害嚴重。二、煤礦綠色開采的概念 煤礦綠色開采以及相應的綠色開采技術,在基本概念上是從廣義資源的角度上來認識和對待煤、瓦斯、水、土地、矸石等一切可以利用的各種資源；基本出發(fā)點是從開采的角度防止或盡可能減輕開采煤炭對環(huán)境和其他資源的不良影響；基本手段是控制或利用采動巖層破斷運動；目標是在取得經濟效益的同時,實現最佳的環(huán)境效益和社會效益。煤礦綠色開采的特點之一 從廣義資源的角度論，在礦區(qū)范圍內的從廣義資源的角度論，在礦區(qū)范圍內的煤炭；地下水；煤層內所涵的瓦斯；土地以至于煤矸石以及在

5、煤層附近的其他礦床都應該是經營這個礦區(qū)都應該是經營這個礦區(qū)的開發(fā)對象而加以利用。的開發(fā)對象而加以利用。 礦井瓦斯定義：礦井中主要由甲烷為主的有害氣體。-煤層氣 瓦斯抽放-煤層氣開采（抽采） 礦井水文地質類型：根據礦井水文地質條件、涌水量、水害情況和防治水難易程度，類型。煤礦綠色開采的特點之二 從開采的角度采取措施，從源頭消除或減少采礦對環(huán)境的破壞；而不是先破壞后治理。因而，矸石的井上處理與土地復墾是屬于環(huán)境治理問題，而不屬于綠色開采問題。煤礦綠色開采的特點之三開采引起環(huán)境與主要安全問題的發(fā)生都與開采后造開采引起環(huán)境與主要安全問題的發(fā)生都與開采后造成的巖層運動有關（巖體不破壞上述問題都不會成的巖

6、層運動有關（巖體不破壞上述問題都不會發(fā)生），因而，綠色開采的重大基礎理論為：發(fā)生），因而，綠色開采的重大基礎理論為：1 1）采礦后巖層內的）采礦后巖層內的“裂隙場裂隙場”分布以及離層規(guī)律。分布以及離層規(guī)律。2 2）開采對巖層與地表移動的影響規(guī)律。）開采對巖層與地表移動的影響規(guī)律。3）水與瓦斯在裂隙巖體中的滲流規(guī)律；）水與瓦斯在裂隙巖體中的滲流規(guī)律；4）巖體應力場分布規(guī)律及巖層控制技術）巖體應力場分布規(guī)律及巖層控制技術因而，一定程度上綠色開采技術可叫做因而，一定程度上綠色開采技術可叫做“基于巖層基于巖層控制的綠色開采技術控制的綠色開采技術”。煤炭開采煤炭開采巖層移動巖層移動排放矸石排放矸石地下水

7、流失地下水流失與突水事故與突水事故瓦斯卸壓流動、瓦斯事瓦斯卸壓流動、瓦斯事故與排放瓦斯污染環(huán)境故與排放瓦斯污染環(huán)境地表塌陷、土地地表塌陷、土地與建筑物損害與建筑物損害占用土地占用土地污染環(huán)境污染環(huán)境保水開采保水開采煤與瓦斯共采煤與瓦斯共采減沉開采減沉開采矸石減排矸石減排地下氣化開采地下氣化開采綠色開采綠色開采關關鍵鍵層層理理論論三、煤礦綠色開采的技術框架部分開采充填開采協(xié)調開采條帶開采房柱式開采部分充填全部充填減緩地表沉陷、保護土地資源、回收建筑物下壓煤減沉開采減沉開采技術體系減沉開采技術體系二、減沉開采技術體系二、減沉開采技術體系 三、保水開采技術體系三、保水開采技術體系 保護地下水資源井下

8、排水的凈化與循環(huán)利用技術含水層不破壞或破壞后能恢復的采煤技術保水開采保水開采技術體系保水開采技術體系四、煤與瓦斯共采技術體系四、煤與瓦斯共采技術體系 煤與瓦斯共采技術體系煤與瓦斯共采技術體系第二講第二講 導水裂隙帶高度預計新方法導水裂隙帶高度預計新方法一、頂板異常突水案例 二、關鍵層位置對導高的影響規(guī)律三、基于關鍵層位置的導高預計新方法四、在頂板突水災害防治中的應用五、簡要結論松散含水層下采煤示意圖松散含水層下采煤示意圖工作面風巷表土層松散含水層基 巖地 面導水裂隙帶高度1. 問題的提出問題的提出建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)

9、程頂板導水裂隙高度預計公式頂板導水裂隙高度預計公式 注：M累計采厚；公式應用范圍：單層采厚13 m，累計采厚不超過15 m；號項為中誤差。 1. 問題的提出問題的提出工作面煤層采厚 /m基巖厚度 /m頂板導水裂隙高度 /m突水情況計算實測補連塔煤礦314014.44.412012036365252140140154154突水祁東煤礦32222.52.5636327274242突水祁東煤礦71143.03.07070303045456262102102突水松散含水層下采煤異常突水案例松散含水層下采煤異常突水案例 1. 問題的提出問題的提出S21鉆孔沖洗液漏失量變化曲線鉆孔沖洗液漏失量變化曲線 S

10、19鉆孔沖洗液漏失量變化曲線鉆孔沖洗液漏失量變化曲線 補連塔煤礦補連塔煤礦3140131401工作面頂板導水裂隙高度工程探測鉆孔布置圖工作面頂板導水裂隙高度工程探測鉆孔布置圖2. 關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響補連塔煤礦 31401面頂板導水裂隙高度實測結果孔號觀測孔滯后工作面距離/m采厚/m導水裂隙高度 /m基巖柱垂高 /m實測規(guī)程預計S199314.4153.9552122.5S2110194.4140.5052119.6(a)(a)突水區(qū)域覆巖柱狀突水區(qū)域覆巖柱狀33.81m95.16m（b b）未突水區(qū)域覆巖柱狀）未突水區(qū)域覆巖柱狀2. 關鍵層位置

11、對導水裂隙發(fā)育高度的影響關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響地面松散層砂礫含水層基巖規(guī)程預測導水裂隙31401工作面煤層運輸順槽回風順槽S19(S21)55m140154m實測導水裂隙祁東煤礦祁東煤礦7114工作面導水裂隙高度探測結果工作面導水裂隙高度探測結果 孔號孔號觀測孔滯觀測孔滯后工作面后工作面推進推進速度速度m/m/月月采厚采厚/m/m導水裂隙高度導水裂隙高度 /m/m距離距離/m/m時間時間 /d/d實測實測規(guī)程規(guī)程預計預計D1D1100100787850503.03.062.062.04545D2D2167167898950503.03.0102.3102.345457114工作面導

12、水裂隙高度探測方案工作面導水裂隙高度探測方案 7114工作面導水裂隙探測結果工作面導水裂隙探測結果 風巷表土層松散承壓含水層基 巖地 面機巷7114工作面D1D262m102.3m規(guī)程預計導水裂隙實測導水裂隙45m2. 關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響D5D67130工作面第塊段7130工作面機巷7130工作面風巷切眼跳壓切眼斷層斷層高9130329-3027130工作面第塊段7130工作面第塊段采區(qū)運輸上山采區(qū)回風上山兩帶高度探測孔位置D 5兩帶探測孔柱狀 3553603653703753803856090120150180鉆孔水位深度（鉆孔水位深度（m）

13、鉆孔深度（鉆孔深度（m）29.512. 關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響D5D67130工作面第塊段7130工作面機巷7130工作面風巷切眼跳壓切眼斷層斷層高9130329-3027130工作面第塊段7130工作面第塊段采區(qū)運輸上山采區(qū)回風上山兩帶高度探測孔位置D 6兩帶探測孔柱狀3503553603653703753803080130180鉆孔水位深度（鉆孔水位深度（m）鉆孔深度（鉆孔深度（m）28.512. 關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響主關鍵層亞關鍵層2亞關鍵層1煤層亞關鍵層3導高45m主關鍵層亞關鍵層2亞關鍵層1

14、煤層亞關鍵層3導高65m導高45m主關鍵層亞關鍵層2亞關鍵層1煤層亞關鍵層3亞關鍵層位置影響導水裂隙發(fā)育高度的實驗方案與結果KS1KS2KS3PKSKS1KS2KS3PKSKS1KS2KS3PKS模型I模型II模型III2. 關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響H，關鍵層破斷裂縫貫通的臨界高度，關鍵層破斷裂縫貫通的臨界高度，m；L，第，第i層關鍵層破斷塊體長度，層關鍵層破斷塊體長度，m；h，第，第i層關鍵層厚度，層關鍵層厚度，m；K，第，第i層關鍵層破斷裂縫貫通時的張開度，層關鍵層破斷裂縫貫通時的張開度，m； ，第，第i層關鍵層破斷塊體回轉角，度；層關鍵層破斷塊

15、體回轉角，度； ，第，第i層關鍵層破斷裂縫張開角，度；層關鍵層破斷裂縫張開角，度； S，第，第i層關鍵層破斷塊體回轉下沉量，層關鍵層破斷塊體回轉下沉量，m；m，煤層采厚，煤層采厚，m；kp，第，第i層關鍵層破斷后下部巖層綜合碎脹系數。層關鍵層破斷后下部巖層綜合碎脹系數。mhLS第i層關鍵層煤 層第1層關鍵層hK 關鍵層破斷裂縫貫通的臨界高度結構模型1pkKhLmHm)107(H2. 關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響3. 3. 基于關鍵層位置的導水裂隙帶高度預計方法基于關鍵層位置的導水裂隙帶高度預計方法基巖基巖頂界面頂界面基巖基巖頂界面頂界面導高基巖厚度主關鍵

16、層位于 （7 10）M 以內？收集工作面鉆孔柱狀資料判別覆巖關鍵層位置計算關鍵層距煤層高度否是導高（710）M以外最近的關鍵層距煤層高度 導導水水裂裂隙隙帶帶高高度度導導水水裂裂隙隙帶帶高高度度主關鍵層亞關鍵層1亞關鍵層3主關鍵層亞關鍵層1亞關鍵層21主關鍵層亞關鍵層1亞關鍵層3主關鍵層亞關鍵層1亞關鍵層21（7 10）MM（7 10）MM基于關鍵層位置的導水裂隙帶高度預計方法流程工作面鉆孔采高/m主關鍵層高度/m基巖厚/m按規(guī)程預計結果 /m按關鍵層預計結果/m實測結果/m按規(guī)程預計結果誤差/m按關鍵層預計結果的誤差/m補連塔31401S214.433.8119.651.9119.6140.

17、5088.623.23補連塔31401S194.433.8122.551.9122.5153.95102.0536.68祁東7114D13.03.4878.044.678.0062.0017.4-16祁東7114D23.03.48116.044.6116.00102.3057.7-13.7祁東7130D52.8531.8858.3343.731.8829.51-14.19-2.37祁東7130D62.8330.4663.3143.730.4628.51-15.19-1.95祁東6130D81.931.9767.5237.531.9732.22-5.280.25祁東7121D92.37.4989

18、.1640.389.1666.4826.18-22.68祁東7121D102.33.4580.8540.380.8566.8126.51-14.0443.576.3572.128.6-4.25 導水裂隙帶高度不同預計方法的結果對比 3. 3. 基于關鍵層位置的導水裂隙帶高度預計方法基于關鍵層位置的導水裂隙帶高度預計方法與我國現有規(guī)程中的統(tǒng)計經驗公式相比:l新的預計方法充分體現了覆巖關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響規(guī)律，彌補了將頂板巖性統(tǒng)計均化為堅硬、中硬、軟弱進行導水裂隙帶高度預計的不足。l尤其是當覆巖主關鍵層位于臨界高度（710）M以內時，新預計方法可以對導水裂隙帶高度發(fā)育至基巖頂部的異常

19、情況作出判別，避免頂板突水事故的發(fā)生。l新預計方法能適應不同采厚條件下的導水裂隙帶高度預計。3. 3. 基于關鍵層位置的導水裂隙帶高度預計方法基于關鍵層位置的導水裂隙帶高度預計方法4. 4. 在頂板突水災害防治中的應用在頂板突水災害防治中的應用利用提出的新預計方法，合理解釋了補連塔煤礦和祁利用提出的新預計方法，合理解釋了補連塔煤礦和祁東煤礦異常頂板突水災害發(fā)生機理，都是由于主關鍵層位東煤礦異常頂板突水災害發(fā)生機理，都是由于主關鍵層位置處于臨界高度（置處于臨界高度（710）M以內而導致導水裂隙帶發(fā)育至以內而導致導水裂隙帶發(fā)育至基巖頂部，遠大于按基巖頂部，遠大于按規(guī)程規(guī)程中的經驗公式預計結果。中的

20、經驗公式預計結果。補連塔煤礦四盤區(qū)補連塔煤礦四盤區(qū)3140131401綜采面出水位置與出水量綜采面出水位置與出水量序號序號出水時間出水時間距開切眼距離距開切眼距離/m兩次出水間距兩次出水間距/m出水量出水量m3/h兩次出水間兩次出水間隔時間隔時間/d推進速度推進速度m/d12月月18日日165020023月月2日日175810830012933月月7日日18085025051044月月8日日21643564003211.1354月月30日日24202562002211.6465月月4日日248565200416.2575月月7日日255267120322.334. 4. 在頂板突水災害防治中的

21、應用在頂板突水災害防治中的應用補連塔煤礦四盤區(qū)內各鉆孔主關鍵層位置與突水危險性評價 補連塔煤礦四盤區(qū)補連塔煤礦四盤區(qū)1-2煤突水危險區(qū)域預測結果煤突水危險區(qū)域預測結果l突水危險區(qū)域預測結果指導了四盤區(qū)突水災害防治實踐。l31401工作面避免了一次拆面搬家，不僅節(jié)約了搬家費用，消除了跳采煤柱損失，保證了工作面正?；夭?，取得了顯著的經濟效益。4. 4. 在頂板突水災害防治中的應用在頂板突水災害防治中的應用工作面風巷表土層松散含水層基 巖地 面鄰近松散含水層開采示意圖鄰近松散含水層開采示意圖四 含-線地質剖面圖7114采空區(qū)7114機 巷芯無采 前 孔比例 1：2000F9-1:6570H=05mF

22、9:6542H=525m祁東礦基巖頂部松散承壓含水層（俗稱“四含”，厚40m，水壓3.8MPa)松散承壓含水層鄰近松散承壓含水層采煤壓架突水機理鄰近松散承壓含水層采煤壓架突水機理4. 4. 在頂板突水災害防治中的應用在頂板突水災害防治中的應用案例案例1 1：祁東煤礦：祁東煤礦3 32 22222工作面壓架突水工作面壓架突水 3222工作面寬150 m，工作面推進42 m時，老頂來壓強烈，工作面中部5060架支柱活塞被壓死，卡環(huán)壓裂，3個半小時內水量由10 m3/h增大到80 m3/h ，最大水量達1 670 m3/h，終因礦井排水能力不足，水泵房進水，礦井被淹。由此造成直接經濟損失3648.5

23、6萬元，礦井恢復生產費用近1億。150m42m工作面壓壓架架突突水水位位置置風巷機巷3222煤層厚度 平 均2.5 m，最小防水煤巖柱厚度63m，預計導水裂隙高度為42m。4. 4. 在頂板突水災害防治中的應用在頂板突水災害防治中的應用案例案例2 2：祁東煤礦：祁東煤礦71147114工作面壓架突水事故工作面壓架突水事故 7114工作面寬176m，煤層厚度平均2.8m，最小防水煤巖柱厚度為70m，預計導水裂隙高度45m。工作面推進44m時，頂板來壓強烈，壓死支架 74 架，頂板涌水量由15 m3/h逐步增大到60 m3/h 。此次采場壓架突水事故造成了近千萬元的直接經濟損失，嚴重影響了礦井的正

24、常生產計劃。176m44m工作面壓壓架架突突水水位位置置風巷機巷7114 最 小防 水 煤 巖柱厚度70m， 預 計 導水 裂 隙 高度為45m。4. 4. 在頂板突水災害防治中的應用在頂板突水災害防治中的應用主關鍵層亞關鍵層主關鍵層松散承壓含水層載荷傳遞作用下關鍵層復合破斷機理松散承壓含水層載荷傳遞作用下關鍵層復合破斷機理 由于松散承壓含水層的載荷傳遞作用，導致一定覆巖條件下關鍵層易產生復合破斷，使得主關鍵層位置下移至臨界高度（710M）以下，頂板導水裂隙發(fā)育到基巖頂部 ，溝通松散含水層，引發(fā)突水災害 。高水壓作用無水壓作用4. 4. 在頂板突水災害防治中的應用在頂板突水災害防治中的應用突水

25、祁東煤礦祁東煤礦71煤開采壓架突水危險區(qū)域預測圖煤開采壓架突水危險區(qū)域預測圖 4. 4. 在頂板突水災害防治中的應用在頂板突水災害防治中的應用預爆破鉆孔設計祁東煤礦7121工作面壓架突水災害防治A1A224m25m13.76m中砂巖粉砂巖中砂巖粉砂巖71煤層405010頂板覆巖柱狀 p頂板預裂爆破p長觀孔水位預警p工作面支護質量監(jiān)測p推進速度調控 實現了7121工作面的安全開采，回收煤炭資源約28.8萬t，實現直接經濟效益約7748萬元?；陂L觀孔水位突水預警4. 4. 在頂板突水災害防治中的應用在頂板突水災害防治中的應用（1）揭示了覆巖關鍵層位置對導水裂隙發(fā)育高度的影響規(guī)律。只有當關鍵層距開

26、采煤層小于某一臨界高度時，關鍵層破斷裂縫才會貫通成為導水裂隙，且受其控制而同步破斷的上覆巖層的破斷裂縫也貫通成為導水裂隙。關鍵層破斷裂縫貫通的臨界高度可以粗略按710倍采厚估算。5. 簡要結論簡要結論（2）提出了基于關鍵層位置的導水裂隙帶高度預計方法。與我國現有的規(guī)程中的統(tǒng)計經驗公式相比，新的預計方法充分體現了具體開采條件下特定的覆巖關鍵層結構對導水裂隙發(fā)育高度的影響規(guī)律，彌補了將頂板巖性統(tǒng)計均化為堅硬、中硬、軟弱進行導水裂隙帶高度預計的不足，能適應不同采厚條件下的導水裂隙帶高度預計，是對現有方法的重要補充和發(fā)展。5. 簡要結論簡要結論第三講第三講 隔離注漿充填不遷村采煤技術隔離注漿充填不遷村

27、采煤技術一、技術背景一、技術背景二、技術原理二、技術原理三、關鍵技術三、關鍵技術四、同類技術對比四、同類技術對比五、推廣應用效果五、推廣應用效果一、技術背景一、技術背景l(fā)我國煤礦建筑物壓煤開采問題嚴重我國煤礦建筑物壓煤開采問題嚴重n建筑物（村莊）下壓煤開采問題一直是困擾我國煤礦的重大技術難題。對我國東部礦區(qū)而言，這一問題尤為突出。壓煤村莊壓煤村莊壓煤量占總儲量比例壓煤量占總儲量比例年征遷費用年征遷費用噸煤提取征遷費用噸煤提取征遷費用300處處47%810億元億元2030元元/t淮北礦業(yè)集團村莊壓煤與搬遷費用淮北礦業(yè)集團村莊壓煤與搬遷費用n淮北礦區(qū)遷村采煤難度大、費用高、地礦關系復雜，因此，研究

28、適合淮北礦區(qū)條件的不遷村采煤技術必要而緊迫。n不遷村采煤技術主要有：條帶開采、充填開采。采空區(qū)充填冒落區(qū)充填離層區(qū)充填按充填位置分類l充填開采主要類型充填開采主要類型u充填開采控制沉陷的機理是通過充填來阻止煤層采出后的空洞傳遞到地表。充填開采控制沉陷的機理是通過充填來阻止煤層采出后的空洞傳遞到地表。u煤層采出空洞是隨覆巖破斷下沉由下往上逐步傳到地表的。煤層采出空洞是隨覆巖破斷下沉由下往上逐步傳到地表的。u既可以在采出空洞出現后及時充填，也可以在采出空洞往上傳遞的過程中進行既可以在采出空洞出現后及時充填，也可以在采出空洞往上傳遞的過程中進行充填，以達到阻止采出空洞傳到地表的目的。充填，以達到阻止

29、采出空洞傳到地表的目的。矸石直接充填膏體充填高水材料充填注漿充填l煤礦充填的目的是為了控制巖層運動，因此，應深入研究煤礦充填的目的是為了控制巖層運動，因此，應深入研究充填開采巖層破斷運動與地表沉陷規(guī)律，形成基于巖層移動充填開采巖層破斷運動與地表沉陷規(guī)律，形成基于巖層移動和地表沉陷控制要求的充填采煤設計理論和方法。和地表沉陷控制要求的充填采煤設計理論和方法。l從目前充填采煤實踐來看，制約從目前充填采煤實踐來看，制約充填充填開采技術推廣應用的開采技術推廣應用的主要因素之一是充填采煤能力較低，與煤礦高產高效生產模主要因素之一是充填采煤能力較低，與煤礦高產高效生產模式不匹配。因此，應著重研究如何提高充

30、填采煤生產能力式不匹配。因此，應著重研究如何提高充填采煤生產能力。l制約煤礦開采技術推廣應用的制約煤礦開采技術推廣應用的另一關鍵另一關鍵因素是充填采煤因素是充填采煤成成本相對煤炭售價而言仍然較高。因此，應重點研究如何降低本相對煤炭售價而言仍然較高。因此，應重點研究如何降低充填采煤成本的技術途徑。充填采煤成本的技術途徑。l充填采煤需要研究的關鍵問題充填采煤需要研究的關鍵問題二、技術原理二、技術原理l 采動覆巖隔離注漿充填不遷村采煤技術示意（動畫）采動覆巖隔離注漿充填不遷村采煤技術示意（動畫）通過分區(qū)隔離控制工作面處于非充分采動狀態(tài)，并通過鉆孔高壓注漿充填離層區(qū)，形成“覆巖結構隔離煤柱充填壓實區(qū)”

31、承載結構，控制地表沉陷，實現不遷村采煤。三、關鍵技術三、關鍵技術關鍵技術之一：采動覆巖分區(qū)隔離參數設計方法l注漿充填工作面采寬設計方法l隔離煤柱寬度設計方法關鍵技術之二：采動覆巖分區(qū)隔離注漿充填工藝l注漿充填鉆孔布置方法l注漿充填系統(tǒng)與工藝參數l注漿充填與采煤速度匹配l關鍵技術關鍵技術q q地表主關鍵層亞關鍵層2亞關鍵層1開采煤層主關鍵層破斷距主關鍵層確定的采寬充填工作面采寬設計方法充填工作面采寬設計方法主關鍵層不破斷失穩(wěn)工作面處于非充分采動狀態(tài)充填工作面采寬設計算例充填工作面采寬設計算例q q主關鍵層煤層關鍵層破斷步距準數lm關鍵層不斷對應的極限采寬b關鍵層與煤層間距H地表l主關鍵層不斷的工

32、作面極限采寬為180m；l確定104采區(qū)工作面合理采寬為150m左右。 qhltm212b(lm+2H/Tanq)時關鍵層穩(wěn)定不垮落 亳州煤業(yè)股份公司104采區(qū)地 表主關鍵層開采煤層充填工作面寬度a隔離煤柱寬度bq q承載區(qū)寬度c2 /tancahq充填工作面寬度aq q承載區(qū)寬度c承載區(qū)寬度：式中：h，注漿層位距煤層高度；q，充分采動角h隔離煤柱寬度設計方法隔離煤柱寬度設計方法按條帶開采煤柱穩(wěn)定性評價方法設計隔離煤柱保持穩(wěn)定性極限強度理論：()/2()pbF H acF H/0.9(0.640.36 /)npcDb M采寬a/m150基巖厚度/m268采高M/m3煤體試件強度/Mpa15注漿

33、段距煤層垂高/m140煤體試樣直徑D/m0.05充分采動角/70系數n1.4表土層厚度/m350安全系數1.5隔離煤柱寬b45m隔離煤柱寬度設計方法算例隔離煤柱寬度設計方法算例煤柱b地表主關鍵層開采煤層1044寬度a15070c481042寬度a14570c4890140m亳州煤業(yè)股份公司104采區(qū)關鍵技術之一：采動覆巖分區(qū)隔離參數設計方法l注漿充填工作面采寬設計方法l隔離煤柱寬度設計方法關鍵技術之二：采動覆巖分區(qū)隔離注漿充填工藝l注漿充填鉆孔布置方法l注漿充填系統(tǒng)與工藝參數l注漿充填與采煤速度匹配l關鍵技術關鍵技術注漿充填鉆孔布置方法注漿充填鉆孔布置方法注漿段度90120m隔離段高90140

34、m松散層護壁段基巖裸孔注漿段f216f91n形成了形成了雙孔錯層鉆孔布置雙孔錯層鉆孔布置技術技術。I-I剖面圖平面圖l多層位注漿充填，注漿充填層位上限為主關鍵層下，下限為裂隙帶上。l鉆孔平面間距100200m。l組內鉆孔間距：3050m。注漿充填系統(tǒng)與工藝參數注漿充填系統(tǒng)與工藝參數n注漿充填系統(tǒng)與流程注漿充填系統(tǒng)及工藝流程l建設周期短（23個月）；l投資少（200萬400萬元）；l系統(tǒng)靈活、簡便、機動 。注漿充填系統(tǒng)與工藝參數注漿充填系統(tǒng)與工藝參數n注漿充填材料和配比粉煤灰漿壓縮特性曲線l粉煤灰密度：0.60.7 t/m3。l漿體水灰質量比：1.32.0。l漿體水灰體積比：0.781.2。l漿

35、體容重：1.281.41t/m3。n此外，對注漿充填泵選型、注漿充填壓力、采注匹配、注漿充填時機和終止判據等工藝參數，均形成了相應設計方法。采煤速度：壓實注采比：注漿充填與采煤速度匹配注漿充填與采煤速度匹配 n按照地表沉陷控制要求確定的壓實注采比和每天粉煤灰充填量確定井下采煤速度。/hcmVhmvaM亳州煤業(yè)股份公司1044工作面注漿充填與采煤速度匹配實例400t/d3m/d為壓實注采比；為單位質量干灰轉變成壓實灰體的壓縮系數；mh為每天注入的干灰質量，t；為粉煤灰密度；v為采煤速度，m/d；a為工作面采寬；M為采高。800t/d5.9m/d四、同類技術對比四、同類技術對比技術經濟指標工作面寬

36、度采出率減沉率充填系統(tǒng)充填與采煤干擾程度噸煤充填成本采動覆巖分區(qū)采動覆巖分區(qū)隔離注漿充填隔離注漿充填長壁面，長壁面，100200m80%80%建設周期短、建設周期短、投資少投資少較小較小年產量年產量60-100萬萬t30元元/t傳統(tǒng)條帶開采短壁面，2050 m80%年產量年產量30-50萬萬t傳統(tǒng)的離層區(qū)注漿充填長壁面，100200 m90%90%80%建設周期長、投資大很大年產量年產量30-50萬萬t60元元/tl技術經濟指標及與同類技術對比技術經濟指標及與同類技術對比l適用條件適用條件u單一煤層u基巖厚度較大（100m）u粉煤灰來源可靠且運價合適u地面具備鉆孔施工與注漿充填條件尤其適合“村

37、莊局部壓煤采區(qū)村莊局部壓煤采區(qū)”、“因斷因斷層影響儲量小的壓煤采區(qū)層影響儲量小的壓煤采區(qū)”等條件下不遷村采煤。五、推廣應用效果五、推廣應用效果淮北礦區(qū)村莊壓煤采區(qū)特點淮北礦區(qū)村莊壓煤采區(qū)特點（1）村莊局部壓煤采區(qū)注3注注5注2注4注6注11注15注17注19注14注16注18注9注12注7注10注13注8祁北新城保護煤柱村莊保護煤柱上山保護保護煤柱-280m防砂煤柱-310m防水煤柱-330m防水煤柱-550368工作面366工作面364工作面362工作面呂大莊呂圩子廟前注20對于上述2類村莊壓煤采區(qū)，目前仍缺少高效、經濟、便捷的不遷村采煤技術。（2）受斷層影響儲量小的壓煤采區(qū)10441042

38、侯樓楊子營1044風巷1044機巷1042機巷1042風巷注1注2注3注4注5祁南煤礦36采區(qū)亳州煤業(yè)股份公司104采區(qū)“采動覆巖分區(qū)隔離注漿充填不遷村采煤技術” 為淮北礦區(qū)不遷村采煤提供了一條新的技術途徑，尤其為“村莊局部壓煤采村莊局部壓煤采區(qū)區(qū)”、“因斷層影響儲量小的壓煤采區(qū)因斷層影響儲量小的壓煤采區(qū)”等條件下不遷村采煤提供了一條高效、經濟、便捷的技術途徑，解決了長期困擾淮北礦區(qū)村莊壓煤開采問題。該項技術已在淮北礦業(yè)集團全面推廣應用，出臺并印發(fā)了淮北礦業(yè)分區(qū)隔離注漿充填技術應用的若干規(guī)定（暫行）（淮（淮礦地測礦地測201396號）。號）。推廣應用情況推廣應用情況推廣應用情況推廣應用情況序號

39、序號礦礦 井井壓煤采區(qū)壓煤采區(qū)類型類型進行程度進行程度1 1亳州煤業(yè)公司亳州煤業(yè)公司104104采區(qū)采區(qū)村莊下采煤村莊下采煤完成完成2 2亳州煤業(yè)公司亳州煤業(yè)公司103103采區(qū)采區(qū)村莊下采煤村莊下采煤完成完成3 3海孜煤礦海孜煤礦I3I3采區(qū)采區(qū)村莊下采煤村莊下采煤完成完成4 4祁南煤礦祁南煤礦3636采區(qū)采區(qū)村莊下采煤村莊下采煤完成完成5 5亳州煤業(yè)公司亳州煤業(yè)公司7676采區(qū)采區(qū)村莊下采煤村莊下采煤完成完成6 6亳州煤業(yè)公司亳州煤業(yè)公司101101采區(qū)采區(qū)村莊下采煤村莊下采煤實施中實施中7 7桃園煤礦桃園煤礦八采區(qū)八采區(qū)宿州開發(fā)區(qū)下采煤宿州開發(fā)區(qū)下采煤實施中實施中8 8岱河礦業(yè)公司岱河礦

40、業(yè)公司3 3采區(qū)采區(qū)村莊下采煤村莊下采煤實施中實施中9 9袁店二礦袁店二礦8282采區(qū)采區(qū)村莊下采煤村莊下采煤實施中實施中 在淮北礦區(qū)6個煤礦的個煤礦的9個壓煤采區(qū)個壓煤采區(qū)得到了推廣應用。亳州煤業(yè)股份公司亳州煤業(yè)股份公司104采區(qū)應用效果采區(qū)應用效果n采高3.0 3.2m。傾角平均9。平均采深620m。松散層350m，基巖平均270m。1044長150m，1042長145m，隔煤柱3254m。n采出煤量85萬t，采出率90%以上；充填粉煤灰17萬 t；壓實注采比43.6%。采后實測地表最大下沉298 mm，下沉系數0.1。亳州煤業(yè)股份公司亳州煤業(yè)股份公司103采區(qū)應用效果采區(qū)應用效果n采高3.03.2m；傾角12；采深620m；松散層厚度350m；基巖厚度270m；1037