[01406439]建筑物压煤注浆充填减沉关键技术创新及应用

建筑物压煤开采是制约我国矿业可持续发展的重大技术难题。我国现有建筑物压煤总量近百亿吨，在煤炭产量占全国45%的中东部地区，多数矿区压煤量己超过可采储量的50%。传统开采技术会引起地表塌陷和建筑物破坏，不仅造成矿井采掘接替失衡，还带来巨大经济成本、环境问题和地矿矛盾，导致压占煤炭无法开发利用，降低了资源采出率、缩短了矿区服务年限，阻碍了区域经济发展。国家能源局等三部委《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》要求对压占资源实施充填开采提高采出率，因此，研发高效低成本的建筑物压煤开采技术是践行绿色发展理念、维持矿业可持续的重大需求。 离层注浆充填具有成本低、充填对采煤干扰小等优势，但始终受制于注浆层位选取、注浆稳定性控制技术瓶颈，导致堵孔率高(>45%)、注浆量少(注采<10%)、减沉率低(<50%)，一直不能用于建筑物压煤开采。该项目创建了注浆充填减沉基础理论，突破了两项关键技术，成功实施了35项建(构)筑物不搬迁采煤工程，打破了离层注浆不能用于建筑物下采煤保护的禁锢，克服了井下充填需改变采煤工艺且需专用充填支架的限制，吨煤充填成本降低50%以上，实现了建筑物压煤高效低成本充填技术的重大突破。主要创新成果如下： 1、创建了基于关键层控制的注浆充填减沉理论。提出了基于关键层控制的减沉设计思想和方法，发现了覆岩卸荷膨胀累积效应对离层发育的抑制规律，以及覆岩关键层作用下注浆充填主层位形成机制，建立了不同层位关键层的可注性评价方法，从根本上解决了注浆充填层位选择的理论问题。 2、创建了覆岩隔离注浆充填减沉技术。研发了注浆充填压实承载结构的构建技术，建立了以主注浆层位为核心的注浆充填设计方法，提出了双注浆钻孔布置与主注浆层位优选技术，研发了高效注浆充填工艺系统。注采比由10%提高至50%，地表减沉率由30~50%提高至90%。 3、创新了隔离注浆充填工况监测调控技术。研发了基于注浆压力远程在线监测的注浆稳定性控制技术，提出了基于地表动态下沉控制的注采匹配技术，研制了注浆充填主层位的检测设备。为注浆稳定性控制提供了有力保障。 4、攻克了复杂条件下建筑物压煤注浆充填不搬迁开采难题。研发了单一煤层条件下建筑物局部压煤开采、煤层群条件下大型构筑物压煤开采、浅埋厚煤层条件下铁路隧道压煤综放开采、巨厚岩层条件下村庄压煤与减灾开采的注浆充填保护技术，拓展了注浆充填技术的适用条件与范围。工作面最大宽度245m，单一煤层最大采厚6.0m，多煤层累计采厚9.0m，单工作面年产120万t。 该项目获得国家发明专利授权12项、国家软件著作权2项，发表学术论文44篇，其中SCI/EI检索论文26篇，出版著作2部。获省部级科技进步奖4项。 研究成果已在安徽、山西、山东和河南等矿区进行了推广应用，采出建筑物压煤1500万t，节省搬迁费用60亿元以上，近3年直接经济效益达19.62亿元，有效保护了矿区生态环境，经济与社会效益显著。