关键词:不迁村采煤;部分充填;注浆充填;关键层;绿色开采
淮北矿区位于安徽省北部,总面积9 600平方公里,主要分布在闸河、临涣、宿州和涡阳四个矿区,现有24对生产矿井。淮北矿区地处华东经济较发达区,井田范围内人口密集,地面村庄、城镇建设及交通、水利设施等成为主要压煤因素,总共压煤约21.4亿吨,约占总储量的54.8%(见表1)。表1淮北矿区地面建筑物压煤情况
1基本原理和方法
1.1技术原理
该技术是部分充填采煤技术中的一种,是离层区注浆充填技术与宽条带开采的组合。其原理是:设计工作面宽度并留设隔离煤柱,从而实现了回采工作面开采后处于非充分采动状态,并通过地面钻孔对采动覆岩离层区进行高压注浆充填,在采空区中产生一定宽度的注浆充填压实区,最终形成“覆岩结构-隔离煤柱-充填压实区”的承载结构,维持采动后覆岩关键层的稳定,限制采动覆岩结构的弯曲量,从而达到控制并减小采动引起的地表沉陷量,进而实现了经济的不迁村采煤(见图1)。图1采动覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术原理
“采动覆岩隔离注浆充填技术”的关键是如何设计合理的注浆充填工作面采宽和隔离煤柱宽度。
1.3注浆充填的工程控制
1) 地表沉降预测、采动后建筑物保护等级设定及充填率设计。首先进行地面建筑物现状调查,根据建筑物结构、用途设定保护级别,确定允许地表变形量;然后通过数值模拟或概率积分等方法,对采动后地面建筑物的破坏程度进行预测。根据设定的允许地表变形量,确定煤层开采后的离层区充填率。以刘店煤矿1044工作面为例,利用概率积分法对采后的地表下沉进行了预计(见图4)。
2工业性试验
图51044工作面巷道布置及村庄压覆图
表21044工作面注浆充填情况
3结语
截止2013年底,淮北矿业集团已累计在6个矿井14个工作面17个村庄下实现了注浆充填不迁村采煤,安全采出煤量500万t,注浆充填费用为30元/(t煤),节省迁村费用约10.9亿元,地表沉降控制在0.3 m以下,地面建筑物未出现任何破坏,摸索出了一种简单易行、投资少、成本低的“三下”采煤的新方法,对类似条件下的不迁村采煤具有重要的推广价值。