重复采动覆岩离层井下钻孔注浆充填减沉技术
Underground borehole-based grouting and filling technology to overburden separation induced by repeated mining for ground subsidence control
-
摘要: 覆岩离层注浆充填减沉技术是煤矿绿色开采体系中的重要组成部分，以焦作矿区古汉山矿16032下分层工作面覆岩离层注浆充填为工程背景，从综合考虑覆岩结构和地表沉降规律的研究思路出发，提出了根据最大下沉角确定缓斜煤层重复采动覆岩离层水平位置的方法；建立了利用井下已有注浆管路系统、在井下大巷布置钻场和斜上钻孔对工作面覆岩离层进行注浆充填的方法；沿工作面走向布置5个钻场，每个钻场布置3个仰斜钻孔，由下至上分别指向亚关键层下方离层区、亚关键层与主关键层间的软硬岩交互区、主关键层下方离层区，终孔位置位于最大下沉线附近。现场监测结果表明：注浆后地表最大下沉量仅0.3 m左右，有效控制了地面沉降状况。受地层产状稳定性、岩体结构以及岩石物理力学性质测试准确性等的影响，关键层位置及离层靶区的准确识别较为困难；在实施井下覆岩离层注浆时，不仅应参考覆岩关键层位判别结果，还应根据覆岩柱状分阶段多次“钻进-注浆”交替进行的方式探索最合理的离层注浆层位。Abstract: Overburden separation layer filling technology for ground surface subsidence control is an important part in the system of coal mine green mining. In this study, by considering the overburden structure and ground surface subsidence law, we propose a method for predicting the horizontal position of overburden separation layer over repeated mining inclined panel according to the maximum subsidence angle. The method of using the underground existing grouting pipeline system, drilling sites in main roadway, and inclined boreholes to fill overburden separation layer is proposed. Five drilling sites are arranged for the panel; in each drilling site, there are three inclined boreholes pointing to the separation layer under the sub-key layer, the soft and hard rock alternating zone between the sub-key layer and the main key layer, and the main key layer, respectively. The end hole is located near the maximum subsidence line. Field monitoring result shows that the maximum subsidence is 0.3 m after filling, indicating the filling technology proposed in this study is effective. Usually, it is difficult to identify the accurate locations of the key layers and the target areas of the separation layer due to the uncertainty of rock occurrence, the complexity of rock mass structure, and the testing accuracy of rock’s physical and mechanical properties. Therefore, when underground borehole-based grouting and filling technology is carried out, reasonable filling targets should be explored by the test processes of alternating drilling and grouting. The study is of significant to provide a reference for other underground borehole-based filling design under similar engineering geological conditions.
-
-
[1] 钱鸣高，石平五．矿山压力与岩层控制[Ｍ]．徐州：中国矿业大学出版社，2003. [2] 黄旭．唐山矿铁路煤柱覆岩离层注浆减沉开采方案分析[J]．煤炭科学技术，2009，37（2）：25－28. HUANG Xu. Analysis on ground subsidence control mining plan with grouting in overburden separated strata above coal pillar under railway line in Tangshan mine[J]. Coal Science and Technology, 2009, 37（2）: 25-28.
[3] 钟亚平．建筑物下综放开采特厚煤层覆岩离层注浆[J]．煤炭科学技术，2001（1）：5－6. ZHONG Yaping. Practices on fully mechanized caving mining in special thick seam under building structures with grouting in overburdens[J]. Coal Science and Technology, 2001（1）: 5-6.
[4] 马荷雯．祁南煤矿采动履岩离层注浆地表沉陷控制研究[D]．西安：西安科技大学，2017. [5] 倪建明．淮北矿区巨厚火成岩下隔离注浆充填减灾机理研究[J]．煤炭科学技术，2017，45（8）：55－59. NI Jianming. Study on mechanism of disaster reduction under extremely-thick igneous rock by isolated grouting in Huaibei Mining Area[J]. Coal Science and Technology, 2017, 45（8）: 55-59.
[6] 钱鸣高，缪协兴，许家林．资源与环境协调（绿色）开采及其技术体系[J]．采矿与安全工程学报，2006（1）：1. QIAN Minggao, MIAO Xiexing, XU Jialin. Resources and environment harmonics（green） mining and its technological system[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2006（1）: 1-5.
[7] 钱鸣高，缪协兴，许家林．资源与环境协调（绿色）开采[J]．煤炭学报，2007（1）：1－7. QIAN Minggao, MIAO Xiexing, XU Jialin. Green mining of coal resources harmonizing with environment[J]. Journal of China Coal Society, 2007（1）: 1-7.
[8] 许家林，朱卫兵，李兴尚，等控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究[J]．采矿与安全工程学报，2006（1）：6－11. XU Jialin, ZHU Weibing, LI Xingshang, et al. Study of the technology of partial-filling to control coal mining subsidence[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2006（1）: 6-11.
[9] 朱卫兵，许家林，赖文奇，等．覆岩离层分区隔离注浆充填减沉技术的理论研究[J]．煤炭学报，2007（5）：458－462. ZHU Weibing, XU Jialin, LAI Wenqi, et al. Research of isolated section-grouting technology for overburden bed separation space to reduce subsidence[J]. Journal of China Coal Society, 2007（5）: 458-462.
[10] 郭惟嘉.覆岩沉陷离层发育的解析特征[J].煤炭学报,2000（S1）:49-53. GUO Weijia. Analytic method of overburden subsidence bed-separation[J]. Journal of China Coal Society, 2000（S1）: 49-53.
[11] 郭惟嘉．覆岩离层带注浆充填基本参数研究[J]．煤炭学报，2000（6）：602－606. GUO Weijia. Study on the parameters of grouting bed-separation in mining-affected overburden[J]. Journal of China Coal Society, 2000（6）: 602-606.
[12] 姜岩．煤矿开采上覆岩层内部离层分布研究[J]．矿山测量，1996（4）：23－25. JIANG Yan. A study of distribution of so separation in overlying strata due to coal mining[J]. Mine Surveying, 1996（4）: 23-25.
[13] 滕永海，阎振斌．采动过程中覆岩离层发育规律的研究[J]．煤炭学报，1999（1）：25-28. TENG Yonghai, YAN Zhenbin. Study on law of overburden split developing in mining process[J]. Journal of China Coal Society, 1999（1）: 25-28.
[14] 高延法，牛学良，钟亚平，等．覆岩离层带多层位注浆减沉技术研究[J]．煤矿现代化，1999（5）：23-25. GAO Yanfa, NIU Xueliang, ZHONG Yaping, et al. Research for the technology of reducing the subsidence by grouting in multiple layer positions in overburden rock seperating layers strips[J]. Coal Mine Modernization, 1999（5）: 23-25.
[15] 王金庄，康建荣，吴立新．煤矿覆岩离层注浆减缓地表沉降机理与应用探讨[J]．中国矿业大学学报，1999（4）：331-334. WANG Jinzhuang, KANG Jianrong, WU Lixin. Discussion on mechanism and application of grouting in separatedbed to reduce surface subsidence induced by coal mining[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 1999（4）: 331-334.
[16] 王成真，冯光明．超高水材料覆岩离层及冒落断裂带注浆充填技术[J]．煤炭科学技术，2011，39（3）：32. WANG Chengzhen, FENG Guangming. Grouting backfill technology with super high water material for overburden bed-separation and falling fractured zone[J]. Coal Science and Technology, 2011, 39（3）: 32-35.
[17] 苏南丁，李少本，李楠．浅埋深大采高工作面条带离层注浆地表减沉技术[J]．煤矿安全，2015，46（2）：68－71. SU Nanding, LI Shaoben, LI Nan. Reducing surface subsidence by strip separated layer grouting at shallow-buried working face with great mining height[J]. Safety in Coal Mines, 2015, 46（2）: 68-71.
[18] 李涛．阳泉矿区铁路隧道下覆岩隔离注浆充填开采实践[J]．煤矿安全，2020，51（2）：155－158. LI Tao. Mining practice of isolated grouting and filling under railway tunnel in Yangquan mining area[J]. Safety in Coal Mines, 2020, 51（2）: 155-158.
[19] 王志强，郭晓菲，高运，等．岩离层注浆减沉技术研究[J]．岩石力学与工程学报，2014，33（Ｓ1）：3249. WANG Zhiqiang, GUO Xiaofei, GAO Yun, et al. Study of grouting technology of overburden-separation to reduce ground subsidence in huafeng coal mine[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2014, 33（S1）: 3249.
[20] 骆祥均．基于采动覆岩离层注浆技术的采煤塌陷控制方法[J]．矿山测量，2018，46（2）：52－54. LUO Xiangjun. Method of coal mining subsidence control based on mining overburden separation grouting filling technology[J]. Mine Surveying, 2018, 46（2）: 52-54.
[21] 郭文兵．煤矿开采损害与保护[Ｍ]．北京：煤炭工业出版社，2013. [22] 国家安全监管总局．建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范[Ｍ]．北京：煤炭工业出版社，2017． -
期刊类型引用(37)
1. 高翔，吕士磊，陆春辉，罗勇，余国锋，肖殿才，任帅. 复合顶板煤层采空区自燃“三带”划分技术研究. 煤炭技术. 2025(01): 131-134 . 
百度学术
2. 孟刚，武向强. 邹庄煤矿7401工作面采空区动态自燃“三带”变化规律研究. 采矿技术. 2024(02): 165-172 . 百度学术
3. 崔崇斌，孙丽荣，李伟刚，郑立，郝朝瑜，邓宇鹏. 基于正交试验的采空区自燃防治多点注氮研究. 煤炭技术. 2024(05): 241-245 . 百度学术
4. 田富超，贾东旭，陈明义，梁运涛，朱红青，张同浩. 采空区复合灾害环境下含瓦斯煤自燃特征研究进展. 煤炭学报. 2024(06): 2711-2727 . 百度学术
5. 崔明皓，王月红，王凯. 基于灰色关联法的指标气体优选与自燃临界值研究. 华北理工大学学报(自然科学版). 2024(03): 62-69 . 百度学术
6. 冯新刚. 红树梁煤矿浅埋煤层防灭火技术探索与应用. 陕西煤炭. 2024(08): 146-151 . 百度学术
7. 马杰. 大南湖五号矿井22煤低温快速氧化现象与防灭火技术实践. 煤炭科技. 2024(05): 136-139 . 百度学术
8. 张万芝. 柳湾煤矿31029综放工作面综合防灭火技术. 晋控科学技术. 2024(06): 20-23 . 百度学术
9. 谢军，张心静，徐书荣，刘学飞，王德洁. 泡沫防灭火材料研究现状及发展趋势. 煤炭技术. 2023(01): 129-132 . 百度学术
10. 谢军，卞兆庆，解恒星，王怡，王法铨. 基于CiteSpace的矿用凝胶研究趋势分析. 煤矿安全. 2023(02): 54-60 . 本站查看
11. 孟清华，白亚娥，燕利芳，张奇勇. 浅埋近距离煤层群开采煤自燃发火防治技术研究. 内蒙古煤炭经济. 2023(03): 8-10 . 百度学术
12. 杨峰峰，王海晖，苏伟伟，靳邦鑫，张巨峰. 采空区自燃危险区域判识与防控技术研究综述. 煤矿安全. 2023(06): 66-75 . 本站查看
13. 周西华，姜延航，白刚，李东芳，郝慧颖. 氧气浓度对含硫无烟煤自燃特性的试验研究. 煤炭科学技术. 2023(05): 114-123 . 百度学术
14. 易德健，张熙，马洪刚，夏全龙. 矿用凝胶泡沫防灭火技术探讨. 当代化工研究. 2023(13): 14-17 . 百度学术
15. 高煜，郭文杰，武德尧. 不同煤阶煤样对N_2和CO_2的吸附特性对比研究. 煤矿现代化. 2023(04): 67-71 . 百度学术
16. 安欣雨，王婕，张玉龙，王俊峰，王晨，范耀庭. 矿用双网络复合凝胶的制备及性能研究. 矿业研究与开发. 2023(08): 166-172 . 百度学术
17. 宋兆雪，张伟，侯玉亭，刘笋. 矿井火灾研究领域的知识图谱分析. 煤炭科技. 2023(04): 1-6+59 . 百度学术
18. 付伟，宋海洲，陈军，张朋，张心静. 新型矿用防灭火凝胶泡沫制备及阻化性能研究. 煤炭工程. 2023(09): 127-133 . 百度学术
19. 陈鹏燕，周春山. 矿用双网络凝胶防灭火特性研究. 煤矿安全. 2023(11): 84-91 . 本站查看
20. 乔国民，王凯，杨亮，白光星，王喆. 大倾角工作面采空区管网式防灭火技术研究与应用. 能源与环保. 2023(12): 131-135 . 百度学术
21. 张铎，岑孝鑫，赵炬，代爱萍，翟小伟，杨学山. 气化灰渣灌浆流动特性实验研究. 煤矿安全. 2022(04): 29-35+44 . 本站查看
22. 刘红威，刘树锋，陈黎明，贾国平，王飞，李治刚，闫晶晶. 切顶沿空留巷采空区自燃带分布特征及喷涂堵漏防灭火技术. 采矿与安全工程学报. 2022(03): 624-633 . 百度学术
23. 骆大勇，秦汝祥，刘振. 基于数值分析的煤炭自燃临界温度计算方法研究. 矿业研究与开发. 2022(10): 132-136 . 百度学术
24. 侯凯，王帅，姚顺，牛小红，李振，吴昌泉，冯国瑞. 矿用聚氨酯类注浆材料改性研究进展. 煤炭科学技术. 2022(10): 28-34 . 百度学术
25. 秦波涛，冯乐乐，蒋文婕，陈清华，李剑锋. 矿井泡沫防灭火技术研究进展. 煤炭科技. 2022(05): 1-12+26 . 百度学术
26. 李庭斌，郑宝鑫. 矿井防灭火技术研究与应用. 中国煤炭. 2022(S1): 148-152 . 百度学术
27. 朱令起，刘可忻，王晓磊. 腐朽坑木与煤混合物升温氧化特性研究. 中国安全生产科学技术. 2021(01): 149-154 . 百度学术
28. 侯树宏. 综放工作面停采撤架期间的防灭火技术研究. 采矿技术. 2021(02): 91-92+96 . 百度学术
29. 刘晓源，张玉龙，张晓昱，王俊峰，周春山. 原始赋存水分对煤自燃过程的影响及作用机制研究. 太原理工大学学报. 2021(03): 350-359 . 百度学术
30. 刘斌，王飞，吉晓波，郝钢，高瑞青. N_2-阻化细水雾装置研发及运行参数试验研究. 矿业研究与开发. 2021(06): 137-142 . 百度学术
31. 郝亚兵，曹文辉. 切顶沿空留巷采空区自然发火规律研究. 山西焦煤科技. 2021(07): 20-25 . 百度学术
32. 朱令起，刘可忻，周艺婷. 运输巷火灾烟流引流系统设计. 煤矿安全. 2021(10): 125-129 . 本站查看
33. 王国芝，姜奎，王怡，姚向东，吴奎斌. 二氧化碳防灭火技术在采空区发火治理中的应用研究. 金属矿山. 2021(10): 214-220 . 百度学术
34. 刘业娇，崔一诺，任玉辉，邢辉，陈颖，李茂林. 矿井倾斜巷道火灾烟流运移规律研究现状与发展趋势. 矿业安全与环保. 2021(05): 113-117 . 百度学术
35. 高东. 煤官能团对煤自燃倾向性的影响. 山西科技. 2020(05): 37-40 . 百度学术
36. 王臣凯，韩保音，薛巨云. 注氮技术在矿井防灭火中的应用研究. 煤炭工程. 2020(S1): 104-106 . 百度学术
37. 王俊峰，董凯丽，梁择文，赵永飞. 矿用防灭火凝胶的制备和特性研究. 煤矿安全. 2020(10): 126-130 . 本站查看
其他类型引用(30)
计量
- 文章访问数: 177
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 22
- 被引次数: 67
下载:
