梁继忠

（淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳煤矿，安徽 淮北 235000）

1 工程概况

杨柳煤矿位于安徽省淮北市濉溪县境内，1074工作面开采的10 煤层为突出煤层，是107 采区第5 个综采工作面，位于107 采区右翼，南为大侯家断层保护煤柱，北靠1076 工作面（未准备），南邻1072 工作面采空区，西至北翼轨道大巷，东邻DF356 断层保护煤柱。10 煤煤层稳定，原生结构简单，煤层总厚0.8～4.2 m，平均3 m。煤层倾角2°～18°，平均10°。煤层顶板以灰黑色泥岩为主，底板以深灰色粉砂岩为主。1074 工作面倾向宽200 m，走向长度636 m，资源储量53.4 万t。工作面开采深度-590～ -670 m，上覆松散层厚度135 m，基岩厚度478～561 m。

巷道主要充水水源系10 煤层顶底板砂岩裂隙水，预计本面正常涌水量为13 m3/h，最大涌水量为19 m3/h。1074 工作面沿倾向方向后退式回采，采用倾向长壁采煤法，综合机械化开采工艺，全部垮落法管理顶板。设备选型采用MG650/1540-WD 型采煤机、ZZ8800-20/40D 型液压支架、SGZ-800/1400型刮板运输机等设备。

大辛家村庄压覆107 采区右翼1072 工作面以深资源，压覆10 煤层资源量291.5 万t。1074 工作面对应地面位置为大辛家村庄南侧约220 m，工作面里段走向长度320 m 的三角块段被大辛家村庄压覆，储量约11 万t。大辛家村庄面积0.32 km2，有村民290 户计1250 人，多数房屋为砖混结构，少数为二层楼房，搬迁难度大，搬迁成本高，直接开采造成大量的土地资源破坏，加剧地矿矛盾。

2 注浆充填设计方案

2.1 注浆充填基本原理

利用采动覆岩结构的自承载能力，通过设计合理的工作面开采宽度并留设一定宽度的隔离煤柱控制相邻工作面均处于非充分采动状态，采用采动覆岩注浆充填控制覆岩结构的弯曲下沉量，形成“离层区及垮落区充填体+关键层+分区隔离煤柱”构成共同承载体，减缓地表沉陷，达到不迁村采煤的目的。

2.2 注浆充填参数设计

根据井上下对照图，确定1074 工作面的注浆钻孔布置方案。共布置4 个注浆充填钻孔，编号分别为注1、注2、注3、注4。

2.3 钻孔结构

一开Φ216 mm 孔径，下Φ177.8 mm 石油套管；二开为Φ152 mm 孔径，下Φ139.7 mm 花管；三开为Φ110 mm 裸孔。

2.4 注浆层位

注1、注2、注3、注4 钻孔注浆层位设计在煤层顶板上方110 m，见表1。

表1 1074 工作面各钻孔注浆层位设计

2.5 注浆压力

注浆压力必须保证平衡地层的自重，并考虑到实际注浆过程中发生堵孔或者由于注浆不及时导致离层裂隙闭合，所需要的注浆压力取8.0 MPa。

2.6 注浆充填与采煤速度匹配控制

注浆充填与采煤速度匹配是工程成败的关键。注浆期间，应以注采比作为衡量注浆充填质量的主要考核指标，保证注浆充填量与井下采煤速度合理匹配。注采匹配应同时满足条件：

（1）当日注灰量≮前三天平均产量的30%；

（2）注浆钻孔孔口压力≮注浆地层深度（m）/100 MPa。

特殊情况下，当回采工作面需快速推进时，应适当缩小注浆钻孔间距或提高单孔注浆能力，并对注浆站造浆、注浆能力进行验算。

2.7 注浆结束标准

终止注浆时应同时满足以下条件：

（1）注入压实粉煤灰体积（即注入干粉煤灰量）≮采出体积的35%～50%或达到设计量；

（2）注浆终压=注浆层位地层自然压力的1.2～1.5 倍；

（3）连续3 d 的单孔注灰量＜50 t/d。

2.8 注浆材料

粉煤灰选择干粉煤灰（若采用储灰场的粉煤灰时应进行筛分，保证45 μm 方孔筛，筛余量＜40%，造浆出碴率≯5%），质量要求为Ⅱ级以上。从保证注浆系统可靠性及注浆连续性的角度出发，要求选择罐装粉煤灰作为灰源，浆液采用粉煤灰掺水配制而成。设计浆液水灰质量比为1.3，具体数值可在注浆工程中根据注浆难易程度进行适当调整，但应以上述设计值为主要标准。要求地面注浆站配制的浆液，其沉淀浓度最小为70%。

3 施工情况

3.1 地面注浆情况

1074 工 作 面 注 浆 工 程 从2019 年11 月1 日 开始至2020 年8 月12 日结束，累计钻孔4 个，钻进2235 m，下Ф177.8 mm×8.05 mm 石油管808.97 m，下Ф139.7 mm×9.17 mm 石油管1 729.46 m，下Ф73.02 mm×5.51 mm 注 浆 钻 杆2 201.88 m。累计充填粉煤灰99 851 t，水泥2 809.1 t，注采比37.9%。工程投资总费用1746 万元。

3.2 井下回采安全措施

（1）工作面受注浆次生水威胁，回采期间应安排人员对巷道涌水和采空区顶板垮落情况进行巡查，发现跑浆、顶板淋水增大、巷道变形等现象立即与地面联系，采取应急措施，回采期间应加强工作面排水系统和泄水孔管理与维护工作。

（2）综合煤厚及安全因素考虑，确定工作面最小采高为2.5 m。煤层较薄时，跟顶破底，采高不得低于2.5 m；煤层厚度在2.5～3.8 m 之间时，跟顶跟底一次采全高；煤层厚度超过3.8 m 时，跟顶丢底回采，采高不得超过3.8 m。

（3）通过集中控制操作台、支架遥控器、支架控制器及支架操作按钮操作支架。工作面采用ZE0704 型综采自动化控制系统时，回采期间自动跟机移架，滞后煤机前滚筒2 架进行移架。人工移架时，可以本架移架、邻架移架和成组支架移架，滞后煤机后滚筒8～10 架追机顺序移架。

（4）确保回采过程中连续匀速开采，平均日产5 刀煤，平均每日回采4 m。

4 效果

（1）1074 工作面采用离层注浆充填开采，实现大辛家村庄压覆范围内10 煤层工作面的不迁村开采，很好地保证了受护建（构）筑物的安全。1074 工作面地面注浆充填开采地表沉降观测共布置140 个测点，据2020 年9 月1 日观测数据，大辛家西南侧距工作面220 m 处测点J77 下沉32 mm，处于I 级变形范围以内。

（2）1074 工作面注浆充填保护区域实际采出煤量78万t。根据矿井统计资料，注浆投资1746万元，吨煤成本增加22.4 元/t，加上吨煤开采成本390 元/t，则1074 工作面回采吨煤费用为412.4 元。除去成本后，吨煤利润297.6 元，获得总利润23 212.8 万元，经济效益显著。

（3）充填开采具有明显的环境效益，能够减少煤炭开采对环境的影响，最大限度地实现资源开采与保护环境的统一。