王卫
(中勘资源勘探科技股份有限公司 安徽淮北 235047)
摘要：本文介绍了工程的实施背景、项目计划的实施，重点分析了钻孔位置与注浆参数、注浆充填工程施工技术措施及沉降观测。最终浅埋煤层注浆充填绿色开采技术项目得以圆满实现。
关键词：浅埋煤层；建筑物下；注浆充填开采
1.工程实施背景
禹州神火隆祥煤矿采煤过程中，因存在村庄压煤严重搬迁难的问题，为了安全顺利的采出这部分压煤，而又不搬迁村庄。该公司邀请我方联合开展矿井煤柱开采关键层充填注浆新技术试验研究项目。该矿11121工作面位于11采区，部分已于早期回采过。已采区域主要采掘方式为巷采，采厚约1.3m，2019年初又进行复采，到4月初工作面推进约50m；西部为原方岗红旗矿采空区、北部为不知名采空区。回采主要影响附近一村庄和一小学校地面建筑。复采前已遭到不同程度的损坏，经鉴定大部分房屋已达到Ⅱ级破坏。若再直接开采，将可能导致建筑物严重破坏。该面巷道系统已形成，压煤段的回采成本也很低，开采经济效益明显。我公司针对该面地质条件、灰源、水源和进场道路及施工场地等进行多次现场调研，为此制定了相应的《组织措施设计》，经会同该矿方研究通过。
2.项目计划的实施
2019年4月23日正式进场施工，5月12日开始正式注浆，至9月20日注浆结束，历时近五个月。期间进行了临时进场道路，钻孔场地、注浆站场地平整以及供水、供电管线路铺设等注浆辅助性工程性工程施工；注浆钻孔施工和注浆充填施工。在整个施工中克服供水困难、供灰道路不畅等不利的施工条件，以及上覆岩层较薄且地面沉降显现明显等困难，最终所保护的方岗镇西李庄村在地面建筑II级破坏前提下，村庄范围内F4点累计最大下沉量仅20.4mm，且近期观测已基本无变化；工作面上方最大下沉点Y7最大下沉量为193.4mm，远小于技术协议约定的最大可控下沉量740mm。依据合同约定，该面煤柱开采关键层充填注浆新技术试验研究项目得以顺利完成。
3.钻孔位置与注浆参数
1）工作面注浆钻孔位置。结合工作面覆岩条件、井下采空区现状、注浆区域走向长度、工作面日产量等地质开采条件，同时考虑地面地形情况，工作面注浆区域内设计注浆钻孔共4个，分别为固1孔、固2孔、注1孔、注2孔。其中，固1、固2位于工作面西部采空区内，目的是为了对该面及下部面采空区进行预先充填加固，防止地表沉降和变形加剧。4个钻孔的总深度370m。实际施工注浆钻孔4个，总深度322.9m。钻孔坐标及平面位置分别见表1、图1。
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2）注浆充填工艺参数。①注浆目的：通过工作面煤柱开采关键层充填注浆新技术试验研究，在工作面采完、注浆完成后，计划安全回采该村庄附近保护煤柱3万t，实际回采1.97万t（煤质影响提前收作）；受采动影响的村庄主要沉降观测线F线累计最大下沉量20.4mm，且近期观测已基本无变化；工作面上方主要沉降观测线Y线最大下沉量为193.4mm，建筑物破坏等级未扩大。②注浆能力：为保证正常推进，注浆站按日注干灰量1000t设计，实际最大日注干灰量为473.17t，正常注干灰量仅保持在350t左右。主要是受环保检查交通管制、车辆调度不足及采煤速度缓慢等影响。③注浆充填与采煤速度匹配参数：工作面宽63m，采高2.2m，原煤容重1.4t/m3，按照50%的压实注采比计算，工作面推进速度与每天注灰量及采煤量匹配好。根据注浆期间的相关数据影响，及时和矿方沟通，降低采煤速度；注浆中后期由于煤层变薄及煤质较差导致间断性采煤，地面也及时调整了注浆量；在整个工程施工过程中注浆量与采煤量相对比较匹配。
4.注浆充填工程施工技术措施
1）钻孔施工。①固2孔：开钻进与下套管：先用Φ216mm钻头钻进，钻至深度69.29m，下入Φ178mm套管69.29m，管壁外用水泥浆固封，用P.O42.5水泥1.1t，以固结止水；钻进与下注浆钻杆：开始用Φ110mm钻头继续钻进，当日钻进至深度82.83m，达到设计层位。再下φ73mm注浆钻杆至67.17m，安装孔口装置，铺设注浆管路，等待注浆。再使用Φ110mm钻头继续延伸钻进至深度88.25m。②固1孔：钻进与下套管：先用Φ216mm钻头钻进，钻至深度64.18m时，下入Φ178mm套管64.18m，管壁外用水泥浆固封，用P.O42.5水泥1t，以固结止水；钻进：开始用Φ110mm钻头继续钻进，当日钻进至深度82.52m，达到设计层位。安装孔口装置，铺设注浆管路，等待注浆。③注1孔：钻进与下套管：先用Φ216mm钻头钻进，当钻进深度66.36m时，下入Φ178mm套管66.36m，管壁外用水泥浆固封，用P.O42.5水泥1t，以固结止水；钻进：开始用Φ110mm钻头继续钻进，当日钻进至深度74.31m，达到设计层位。再安装孔口装置，铺设注浆管路，等待注浆。④注2孔：开钻进与下套管：先用Φ216mm钻头钻进，至深度70.28m，下入Φ178mm套管70.28m,管壁外用水泥浆固封，用P.O42.5水泥1t，以固结止水；钻进：开始用Φ110mm钻头继续钻进，当日钻进至深度77.82m，达到设计层位。再安装孔口装置，铺设注浆管路，等待注浆。
2）注浆施工。①固1、固2孔：这2孔位于老采空区，钻进过程中由于浆液缺失严重达到设计层位后就开始试注浆，平均注浆压力为0.8Mpa。因前期制浆站制浆能力与浆液浓度不能保证，且运浆不连续，初期正常注灰量基本在100～300m3范围内，注浆压力为0～1.2Mpa，正常注浆时期单日最高注浆量499t。因采空区形成时间较久，离层发育复杂，两孔进行交替注浆。注浆压力均达到了1.3Mpa，达到设计值停止注浆，两加固孔累计注粉煤灰7208.04t。后期相邻工作面开采需采用注浆充填工艺，为合理利用钻孔，经研究后决定暂时不予封孔。②注1孔：注浆压力至1.2Mpa，由于煤质问题提前收作，结合地面观测成果经双方分析研究后停止注浆，累计注粉煤灰14343.56t。因后期相邻工作面开采需采用注浆充填工艺，为合理利用钻孔，经研究后决定暂时不予封孔。③注2孔：因工作面收作线未到达注2孔孔底位置，注2孔未进行注浆。
5.沉降观测
采后对村庄沉降进行观测，设置下沉主要观测点，从第一次观测开始至最后一次观测，所保护的村庄范围内F4点累计最大下沉量20.4mm，且近期观测已基本无变化；工作面上方最大下沉点Y7最大下沉量193.4mm，满足≯740mm的设计要求。
6.结论
禹州神火隆祥矿业11121工作面煤柱开采，运用关键层充填注浆新技术取得了成功。通过实施覆岩隔离注浆充填技术，多回采村庄压煤1.7万吨。控制区域内在地面建筑II级破坏前提下，最大下沉量达到了最低，远远满足了设计要求，进而取得了较好的经济和环境效益。