成果簡介

地面塌陷、固廢排放、礦震沖擊、含水層漏失，是長期困擾煤礦開采的重大技術(shù)難題。中國礦業(yè)大學(xué)許家林教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的覆巖隔離注漿充填技術(shù)，提供了一注式高效解決方案。一切的根源是采煤后覆巖關(guān)鍵層失去了下部支撐，在地層重壓下斷裂、下沉導(dǎo)致的。覆巖隔離注漿充填技術(shù)，能夠找出控制地表沉陷的關(guān)鍵層，利用地面鉆孔向關(guān)鍵層下方的開采裂隙注漿充填煤基固廢，通過“壓下托上”作用，對(duì)關(guān)鍵層重新形成支撐。覆巖隔離注漿充填后，關(guān)鍵層承托力大大加強(qiáng)，有效控制巖層和地表移動(dòng)，保護(hù)含水層和建筑物，實(shí)現(xiàn)減損開采、環(huán)境保護(hù)。

覆巖隔離注漿充填技術(shù)示意圖

覆巖隔離注漿充填采用粉煤灰、煤矸石、煤泥等作為注漿材料，充分利用了煤礦采動(dòng)空間與空隙，實(shí)現(xiàn)固廢減排。除沉陷控制、固廢減排之外，覆巖隔離注漿充填還可用于減震防沖、保水采煤等領(lǐng)域，并在無煤柱開采、相鄰采空區(qū)開采、多煤層開采等復(fù)雜地質(zhì)采礦條件中得到了成功應(yīng)用。該技術(shù)的適用條件是工作面具有一定的基巖厚度，能夠找出可作為注漿層位的關(guān)鍵層。

覆巖隔離注漿充填技術(shù)遵循“一面一策”方法，針對(duì)不同地質(zhì)采礦條件，研究制定科學(xué)方案，設(shè)計(jì)匹配注漿系統(tǒng)，施工地面鉆孔，井下高效采礦，地面同步注漿，隨時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)控注漿參數(shù)。注漿材料充分利用了粉煤灰、煤泥、煤矸石等煤礦廢棄物，每噸煤的充填成本僅40~60元，省錢又環(huán)保；地表下沉系數(shù)小于0.1，單面年產(chǎn)可達(dá)400萬t/a，處理煤矸石可達(dá)200萬t/a，真正實(shí)現(xiàn)了綠色開采、安全高效，解決了長期困擾煤炭企業(yè)的“卡脖子”問題。

覆巖隔離注漿充填系統(tǒng)

覆巖隔離注漿充填技術(shù)已獲得國家發(fā)明專利20余項(xiàng)，在安徽、山東、山西、河南、河北、江蘇、內(nèi)蒙等省的14個(gè)礦區(qū)64個(gè)工作面推廣應(yīng)用，采出煤炭4000萬t以上。獲《中國能源報(bào)》、《新華網(wǎng)》、《中國煤炭網(wǎng)》等媒體報(bào)道。

創(chuàng)新要點(diǎn)

1. 創(chuàng)建了地面鉆孔一注式高效減損開采與固廢利用新模式與新方法，突破了井下充填效率低的瓶頸。

2. 研發(fā)了“采前預(yù)測(cè)分析-采中監(jiān)測(cè)調(diào)控-采后驗(yàn)證評(píng)價(jià)”的注漿充填綜合保障技術(shù)，解決了往哪注、注多少、怎么注難題，大幅提高了減沉率、充填量、采煤效率。

3. 攻克了復(fù)雜條件下低成本高效充填減損重大工程難題，將注漿充填技術(shù)適用范圍拓展至多煤層、無煤柱開采等復(fù)雜條件，實(shí)現(xiàn)了綠色開采重大突破。

應(yīng)用前景

覆巖隔離注漿充填技術(shù)能夠用于地表減沉、固廢減排、地下水減漏、減震防沖等領(lǐng)域，注漿充填技術(shù)適用于單一煤層、多煤層開采、無煤柱開采、綜采及綜放開采等，解決了長期困擾煤礦的減損開采與固廢利用難題，促進(jìn)了行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與綠色采煤技術(shù)發(fā)展，市場需求旺盛，具有顯著的競爭優(yōu)勢(shì)與廣闊的應(yīng)用前景。

獲得2012、2022年中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，以及山西省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、安徽省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。