煤炭作为大自然赋予人类的宝贵资源，一直是当代工业的粮食，为国家经济发展提供了充足的能源保障。我国煤炭资源开发利用强度大，采矿活动中也面临着地表塌陷、建筑破坏、固废排放、含水层破坏等一系列环境问题。据统计，每开采万吨煤炭造成的塌陷面积平均约3.6亩，每年产出的煤矸石达6亿t以上，约占全国大宗固废的18.3%。随着经济、社会、文明的发展，“搬不动、塌不起、排不掉”成为常态，低损伤开采技术已成为矿区可持续与和谐开发的迫切需求。

　　充填是控制采动破坏的源头技术，覆岩隔离注浆充填是中国矿业大学岩层移动与绿色开采团队研发的煤炭绿色开采技术，用于解决煤矿开采中的地表沉陷控制、煤基固废处置、水资源保护、采动矿震防治等采矿工程难题，是实现地表减沉、保水减排、减震防冲的源头减损开采方法。

　　一、原理

　　覆岩隔离注浆充填是以关键层理论为支撑，在深入揭示煤系地层的采动裂隙及岩层移动规律基础上，所创建的岩层控制新理论与方法。

　　其基本原理是：在开采区域上方的地层中找出控制地表沉陷的关键层，基于关键层不破断设计注浆充填开采参数;在关键层破断前，通过地面钻孔向其下方封闭的采动裂隙腔体高压注浆充填，产生“压下托上”作用，将关键层下方碎胀岩体压实形成支撑体，阻止关键层破断，控制岩层及地表移动，处理煤基固废的同时，有效减少坚硬岩层下矿震，保护含水层、建(构)筑物。

　　关键层是煤层上覆地层中的多个相对厚、硬岩层，对于开采过程中的岩层及地表移动起到控制作用。大量理论与实践研究表明，煤层开采后的采出空间是由下向上逐渐传递到地表的，传递过程中受到了关键层的控制作用，并在其下方形成采动裂隙;随着开采范围增大，该关键层发生破断，采动裂隙随之闭合，采出空间最终传递到地表，造成地面塌陷。

       针对煤矿开采过程中岩层移动的复杂、动态、变化性特点，中国矿业大学许家林教授带领岩层移动与绿色开采团队攻克了注浆充填关键层选择等系列难题，首创了控制关键层的压实注浆充填新理论，发明了覆岩隔离注浆充填开采工艺，研发了覆岩隔离注浆充填参数监测调控技术，大幅提高了注采比与减沉率。截至目前，覆岩隔离注浆充填技术已申请获得20余项国家发明专利。

　　二、工艺

　　覆岩隔离注浆充填工程的一般流程与方法是：科学制定方案→建立充填系统→施工注浆钻孔→注采同步实施→注浆充填监测调控→效果分析评价。所采用的注浆充填材料主要为粉煤灰、煤泥、煤矸石等煤基固废，也可采用其他无害固废。根据所选用的材料不同，制浆工艺及充填系统有所差异。

　　覆岩隔离注浆充填技术的单工作面年产量可达300万t/a，吨煤充填成本40-60元/t，地表保护区域下沉系数控制在0.1以内，是高效低成本的充填开采技术。

　　该技术的优势是，不改变工作面的采煤工艺与装备，地面注浆与井下采煤同步实施、相互干扰小，工作面产量高。

　　该技术的适用条件是开采区域具有一定的基岩厚度。

　　三、实践

　　历经20余年，中国矿业大学岩层移动与绿色开采团队形成了研发、设计、施工、监测及调控一体化服务模式，已将覆岩隔离注浆充填技术推广、转化至安徽、山西、山东、河南、河北、内蒙古的13个矿区，解放建(构)筑物等压覆煤炭资源3000余万t，有效保护了建(构)筑物与可耕地资源，减少了失地人口，无害化处理了矿区粉煤灰与煤矸石等固体废弃物。

　　覆岩隔离注浆充填技术实现了提高资源回收率、保护含水层资源、减少坚硬岩层下矿震、保护地面建(构)筑物、保护土地与环境、无害化处置煤基固废等多重目标，促进了我国煤矿绿色开采技术发展，具有广阔的应用前景。

来源：“覆岩隔离注浆充填”公众号