复杂地质条件下地面注浆充填减沉试验研究

2013-07-09梁永东王守峰

江西煤炭科技 2013年3期

梁永东，王守峰

（淮北矿业集团亳州煤业，安徽亳州233600）

煤炭是我国最主要的能源之一，在我国的能源消费结构中占74%左右。为了寻找一条矿区的可持续发展之路，实现矿山的绿色开采，提高开采的实际效益，在复杂地质条件矿井开采中减少地表沉陷，合理解放地表构建筑物下压覆的煤炭资源是非常有必要的。

1 概况

某矿是一座设计1.50Mt／a的机械化矿井。在井田区域内村庄密布，人口云集，压煤量大。其103采区第四系覆土层平均厚度320m，煤层埋深在－550m～－640m之间，地质条件复杂，大断层及其次生小断层呈网状，地表村庄压煤，按正常地表塌陷开采其经济效益不高，对采区巷道布置带来困难。在103采区通过探查能形成1035工作面Ⅰ、Ⅱ两个炮采面，1037综采面。1037工作面走向长620m，倾向长150m，平均埋深为－560m，开采平均厚度为2.5m，地表有一村庄（如图1所示）。为尽可能地多增加效益，就要求工作面布置合理和解决村庄压煤问题。

图1 103采区工作面布置

2 设计方案

2.1 工作面布置

1037工作面选择布置在DF08－41与DF08－39断层之间，根据断层的走向对工作面不再划分矩形块段，采用“Z”型布置，1035工作面Ⅰ、Ⅱ两面布置在断层网之中。

2.2 注浆设计

（1）基本原理。井工开采使地表基岩层失去支撑力，地表表现为沉陷。注浆法将水泥、粉煤灰等及水的混合悬浮浆液用泥浆泵通过已埋设的注浆管注入地层，填充地层中的空洞、裂隙，达到减少地表沉陷的目的。

（2）设计方案。在1035工作面对应地表设计2个注浆孔（3号、4号孔），两钻孔间距200m，每个钻孔的注浆有效半径为150m；在1035工作面Ⅰ、Ⅱ各布置1个孔（1号、2号孔），为确保注浆的有效性、减少浆液对地下水系及对井下工作面开采的影响，终孔位于距工作面煤顶140m处的覆岩中，注浆压力保持在4～5MPa之间，浆液的水灰比保持在1～2之间，工作面停采后将钻孔下延至冒落带并注浆，巩固注浆效果。在工作面正常开采期间，根据注浆量调整开采速度。

3 实施情况

3.1 注浆实施情况

在1035工作面Ⅰ回采时，对1号钻孔进行注浆；在1035工作面Ⅱ开采时对2号钻孔进行注浆；在1037综采面回采至距3号孔100m时开始后对3号钻孔注浆，在工作面推过3号孔120m时开始对4号孔进行注浆。在1035工作面开采期间，由于开采速度较慢，注浆速度及注浆量根据开采速度调整；在对1037工作面注浆时，工作面开采使用综采，开采速度较快，则根据注浆的速度控制井下的开采速度，同时加大对工作面的矿压及淋水量的观测。

3.2 地表沉降数据结果分析

在103采区工作面地表进行注浆的同时，对所布设的监控测点的监控测量也在进行。现已进行了连续观测测量，并根据测量结果对地表注浆效果进行分析。

村庄内所布工作面倾向监控线2条，部分测点沉陷数据分析结果如图2、图3所示。

图2 村庄测线Ⅱ下沉曲线

图3 村庄测线Ⅰ下沉曲线

通过测量结果分析，测线Ⅰ上（图3）Z4测点累计下沉量达到最大，其值为92mm；其下沉速度仅为0.07mm／d。而工作面村庄测线Ⅱ（图2）C12测点的累计沉量达到最大，其值为145mm；其下沉速度为0.08mm／d。由此可看出，在村庄所布工作面倾向线上监测点下沉量已趋于稳定，测定最大下降值为145mm，建筑物损坏等级为Ⅰ级。