初夏時(shí)節(jié)，廣袤的田野生機(jī)勃勃。在微山崔莊煤礦周邊，農(nóng)作物正在茁壯成長，車輛行人在平坦的道路上往來自如。
這樣寧靜祥和的礦區(qū)景象源自一道堅(jiān)固防線。
經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，中國煤科科工生態(tài)的科研團(tuán)隊(duì)依據(jù)該煤礦獨(dú)特的地質(zhì)條件，精心研究出了不同采動影響下最適合的覆巖離層注漿工法，攻克了埋深淺、基巖薄、采高大、充分采動及斷層構(gòu)造帶等影響，地表減沉率達(dá)到85%以上，遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有效解決了煤礦壓覆資源回收困境和開采過程中諸多安全風(fēng)險(xiǎn)等難題，拓寬了覆巖離層注漿技術(shù)的應(yīng)用范圍和廣度，書寫了綠色開采的新篇章。
一場“微創(chuàng)手術(shù)”，攻克多項(xiàng)難題
地表塌陷問題一直是傳統(tǒng)煤礦開采的“達(dá)摩克利斯之劍”。隨著煤炭資源源源不斷地從地下采出，上方巖層失去了原本的支撐力，開始逐漸變形、下沉，最終導(dǎo)致地面塌陷坑的出現(xiàn)，不僅給地表生態(tài)環(huán)境帶來毀滅性的破壞，導(dǎo)致農(nóng)田淪為荒地，植被大量死亡，水土流失嚴(yán)重，還會給周邊建筑物造成極大安全威脅。
離層注漿是指地下開采形成的采出空間向地表傳遞過程中形成可注離層空間時(shí)，借助專業(yè)鉆孔設(shè)備，將特制漿液精準(zhǔn)注入其中。注入后的漿液，憑借其獨(dú)特的填充和固化等物理化學(xué)特性，可以有效控制巖層移動，從而保護(hù)地面建筑物并維護(hù)生態(tài)環(huán)境。
此前覆巖離層注漿工作面，兩側(cè)多為實(shí)煤體隔離煤柱，且注漿層位較深、可注漿層段較多、具有明顯的關(guān)鍵層。但微山崔莊煤礦埋深淺、基巖薄、采高大，充分采動且受斷層構(gòu)造影響，覆巖中也沒有明顯相對較厚、較硬的巖層，注漿層位有限。在這樣的地質(zhì)條件下，覆巖離層注漿充填技術(shù)的應(yīng)用少之又少。
“這里的煤層埋深僅230米左右，要確保漿液或水不能進(jìn)入礦井井下采煤工作面，在注漿的同時(shí)要保證礦井順利生產(chǎn)，但注漿層位距離地表也不能太淺，否則地表有跑漿的風(fēng)險(xiǎn)。如果注漿壓力過大、或注漿量過大，可能引起地層劈裂或抬升鼓起，但要是注漿壓力過小或者注漿量小，地表減沉、生態(tài)環(huán)境保護(hù)的作用就會減弱。”項(xiàng)目經(jīng)理何騫說，崔莊煤礦這場“微創(chuàng)手術(shù)”需要攻克多項(xiàng)難題，項(xiàng)目能夠注漿的層位極為有限，對注漿時(shí)機(jī)、工藝工法、鉆探結(jié)構(gòu)及平面位置要求極為苛刻，任何一環(huán)節(jié)出問題，都會影響實(shí)施效果。
“地下修復(fù)衛(wèi)士”，守護(hù)生態(tài)環(huán)境與資源平衡
一場科研攻關(guān)開始了。
科工生態(tài)覆巖離層注漿技術(shù)團(tuán)隊(duì)運(yùn)用鉆孔電視、分布式光纖監(jiān)測等先進(jìn)的探測技術(shù)，對煤礦采動過程中上覆巖層的變形和破壞規(guī)律進(jìn)行探測，對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，精準(zhǔn)定位離層空間的具體位置。
他們查閱了大量國內(nèi)外資料，結(jié)合實(shí)際工程案例，通過加強(qiáng)對復(fù)雜開采地質(zhì)條件的可注離層判斷及注漿層位選擇、采動離層時(shí)空發(fā)育規(guī)律、鉆孔布設(shè)、設(shè)備選型、注漿控制工藝等關(guān)鍵核心技術(shù)的系統(tǒng)研究，創(chuàng)新性提出了在復(fù)雜開采地質(zhì)條件下覆巖離層注漿減沉的關(guān)鍵技術(shù)。
技術(shù)團(tuán)隊(duì)依據(jù)該煤礦獨(dú)特的地質(zhì)條件，反復(fù)進(jìn)行材料配比試驗(yàn)，精心研究出了不同采動影響下最適合的注漿工法。根據(jù)煤層厚度、煤層埋深、注漿層位及有效注漿段，再結(jié)合不同覆巖離層注漿在不同時(shí)段的特性，綜合確定注漿階段的漿液配比，這些漿液如同 “地下修復(fù)衛(wèi)士”，通過專用的注漿設(shè)備，沿著精心鉆出的鉆孔注入了離層空間。
經(jīng)過一段時(shí)間的努力與精心運(yùn)維，令人驚喜的效果逐步顯現(xiàn)。
煤礦壓覆資源回收困境和開采過程中諸多安全風(fēng)險(xiǎn)等難題得到有效解決，避免了由采空區(qū)地面塌陷導(dǎo)致的耕地大面積破壞、土地鹽漬化、積水，地表斷裂和陷落，起伏不平，以及地面建筑物裂縫、偏移、公路變形、破壞等一系列環(huán)境及安全問題，實(shí)現(xiàn)綠色開采。
同時(shí)保護(hù)了崔莊煤礦地表省道、高壓線塔、部分民房等建（構(gòu)）筑物，地表省道僅下沉150毫米，減沉率達(dá)到85%以上。解放“三下”壓煤95萬噸，實(shí)現(xiàn)7.13億元的經(jīng)濟(jì)效益，并享受國家產(chǎn)能指標(biāo)置換及資源稅減免政策收益6340萬元，節(jié)省地表塌陷地治理費(fèi)用約2900萬元。礦井的正常接續(xù)開采也保證了職工工作生活，讓礦區(qū)經(jīng)濟(jì)以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)得以穩(wěn)定向前發(fā)展。
填補(bǔ)技術(shù)空白，探索綠色開采新路徑
技術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人邵紅旗表示，此前的傳統(tǒng)覆巖離層注漿技術(shù)還有一些局限性，比如針對單一離層進(jìn)行注漿，依賴人工控制、注采比較低、采用傳統(tǒng)的壓力-流量-時(shí)間（P-Q-T）單參數(shù)控制模式等。此次中國煤科科工生態(tài)創(chuàng)新提出并應(yīng)用的覆巖離層梯度注漿新工法，填補(bǔ)了非典型關(guān)鍵層地質(zhì)條件下離層充填減沉技術(shù)的空白，可以針對不同注漿時(shí)段和鉆孔，運(yùn)用濃度分級、壓力分級、流量分級策略，并通過壓力-流量-濃度-時(shí)間（P-Q-C-T）實(shí)時(shí)聯(lián)動智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對注漿強(qiáng)度的梯度精準(zhǔn)調(diào)控，顯著提升了注漿過程的科學(xué)性與有效性。
“掌握該工法以后，在任何一個(gè)礦區(qū)，都可根據(jù)不同地層條件實(shí)施注漿工程，提升了覆巖離層注漿技術(shù)的應(yīng)用范圍和廣度。”邵紅旗說，該工法在微山崔莊煤項(xiàng)目的成功實(shí)施攻克了埋深淺、基巖薄、采高大、充分采動及斷層構(gòu)造影響、注漿層位有限、非典型關(guān)鍵層條件下覆巖離層注漿成套技術(shù)，對國內(nèi)類似地質(zhì)條件壓煤的開采具有較大借鑒意義，為綠色開采提供新路徑。
創(chuàng)新無止境，突破不止步。
邵紅旗表示，中國煤科科工生態(tài)將堅(jiān)定踐行“引領(lǐng)礦山生態(tài)科技，推動綠色低碳發(fā)展”的企業(yè)使命，持續(xù)在覆巖離層注漿減沉領(lǐng)域深耕細(xì)作，積極推動新技術(shù)和綠色發(fā)展深度融合，為煤炭行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展添磚加瓦，續(xù)寫生態(tài)文明與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)并進(jìn)的輝煌篇章。
來源：中國煤科
