适用读者： 煤矿矿长、总工程师、地测科长、防治水科长、安全环保负责人
作者： 张洁贞｜中矿天智信息科技（徐州）有限公司｜中国矿业大学技术合作支持
---
传统的煤矸石处置模式正面临环保与安全执法的双重高压。2026年5月在陕西榆林召开的标准解读会，正式将《煤矸石覆岩隔离注浆充填技术规范》推向行业实施前沿。该规范不仅解决了矸石“零排放”的工艺合规问题，更通过对关键层力学挠度、浆体流变特性等核心参数的刚性界定，为矿井总工程师提供了一套标准化、可量化的方案编制与项目验收指南，标志着隔离注浆技术从“经验摸索”走向“规范定标”的新阶段。
一、 标准出台背景与煤矸石治理的“时代拐点”
在我国陕北、黄陇及晋蒙接壤的煤炭主产区，煤矸石的传统堆存处置方式已经走到了历史的终点。矸石山不仅长期占用土地、压覆宝贵的煤炭资源，其自燃产生的二氧化硫、一氧化碳等有害气体，以及淋滤液对周边脆弱地下水系的重金属污染，更是高悬于矿企头顶的环保利剑。
进入2026年，榆林市等煤矿重镇启动了针对工业固废非法倾倒的“铁腕治污”专项执法行动，多起违规堆放、超标储运被行政高额处罚，这倒逼煤矿业主必须寻找一种大宗、绿色且合规的矸石消纳方案。
在此背景下，由中国煤炭加工利用协会提出、中煤天津设计工程有限责任公司等科研单位联合编制的《煤矸石覆岩隔离注浆充填技术规范》团体标准应运而生。该规范的正式发布，填补了我国在覆岩隔离注浆充填领域的标准空白，标志着该技术从早期的科研探索与局部矿区试点，正式步入了标准化、规模化工业应用的轨道。它不仅为设计单位提供了合规红线，也为地方环保、安监部门对项目的评估与验收提供了刚性的科学依据。
---
二、 核心力学原理：“一注五减”与关键层托顶控制
覆岩隔离注浆充填技术的核心思想，是利用采后岩层运动的非均匀性。具体而言，当工作面向前推进时，采空区上方的覆岩会在关键层的控制下发生分层弯曲下沉。在较硬的关键层与其下方的较软岩层之间，由于弹性变形与挠度差异，会产生水平方向的离层裂缝和空腔，即“离层空间”。
该技术正是通过地面钻孔，将制备好的高浓度煤矸石浆体在高压下注入这一离层空间，充填体固结后形成高强度的刚性支撑，从而在源头上限制关键层的进一步破断与下沉。
标准在总则中将其核心技术价值总结为“一注五减”模式：
- 减沉：利用注浆充填体对覆岩下沉的托顶作用，使地表的下沉系数显著降低，有效保护耕地、林地及地表建（构）筑物。
- 减漏：控制岩层导水裂隙带（H_f）的垂向发育高度，避免裂隙贯通上方生态含水层，减少水资源下渗流失，实现“保水开采”。
- 减排：将破碎磨细后的原矸制浆“返井”，实现煤矸石不出井或工业固废零外排。
- 减震：充填体优化了覆岩应力场分布，吸收了能量，能有效降低深部高应力矿井冲击地压的激发概率与震级。
- 减碳：通过减少矸石的车辆外运和地面长期氧化释放，配合矿化固碳技术，显著削减矿区整体温室气体排放。
在力学计算上，标准要求必须对主关键层的弯曲挠度进行验算。在采空区边界及工作面中心线上，关键层的简支或固支梁弯曲挠度方程可表示为：
其中，q 为上覆载荷压力（\text{MPa}）；L 为关键层跨距（\text{m}）；E 为岩石弹性模量（\text{GPa}）；I 为关键层截面惯性矩（\text{m}^4）。
隔离注浆的设计压力必须高于该层位静水压力，同时低于覆岩上覆压力，确保浆体能够强力运移拓宽离层裂缝，而不至于导致覆岩整体发生灾害性的切顶滑移。
---
三、 注浆层位判别与钻孔布置工艺指标
终孔层位的合理选择，是决定隔离注浆项目成败的重中之重。标准明确指出，绝不能把注浆孔盲目打得越深越好。如果终孔位置距离采空区过近，钻孔将直接落入导水裂隙带的严重破断区，导致浆体发生大面积沉降流失，直接流向工作面造成跑浆事故；反之，如果注浆层位过浅，关键层上方已经完全发生同步弯曲，离层空间狭小，则会导致压力骤升、注入量极低。
根据规范，层位选择必须经过以下严格判别步骤：
- 计算导水裂隙带高度 H_f：
利用经验公式或原位观测，确定本工作面在特定煤层厚度 M 下的裂隙带最大高度：
确保注浆层位处于 H_f 边界以上的“弯曲下沉带”内。
- 定位隔水岩柱安全边界：
在注浆层位与导水裂隙带顶界之间，必须保留高度不低于 2.5 至 3.0 倍采高的安全屏障岩柱，作为隔离浆体的保护垫层。
- 钻孔结构优化：
规范规定地表注浆钻孔需采用多级成孔工艺。一开采用大口径套管，穿过表土风积沙及红土防渗层，并必须进行水泥全孔段封固，封固率达100%；二开定向穿过亚关键层，终孔在拟注层位上覆的坚硬关键层下沿离层富集区。
下表给出了规范推荐的注浆钻孔及设计约束参数速查表：
| 参数指标 | 标准定量要求 | 工程说明与控制目的 |
|---|---|---|
| 一开套管下深 | 穿过第四系表土层，进入基岩 ≥10m | 防止浆体沿表层裂隙向地表反浆溢出 |
| 固井水泥封固质量 | 声波测井相对胶结强度 ≥80% | 确保全段密封，杜绝串水与浆体沿套管壁窜漏 |
| 钻孔偏斜率 | 终孔偏斜度 ≤1.5% | 确保终孔精确落在设计的空间坐标及关键层下 |
| 注浆终孔直径 | ≥90mm | 减小出口阻力，保证浆体大排量连续注入 |
| 孔口耐压试验 | 达到设计最大注浆压力的 1.5 倍 | 检验井口防喷与管路抗拉剪安全系数 |
---
四、 浆液流变特性测定与地面制浆管输技术要求
煤矸石浆体能否在无机械搅拌的环境下长距离泵送至地下深部，并自流运移充盈整个离层裂缝，完全取决于其流变学特性。
规范在第六章详细规范了浆液流变特性的检测要求：煤矸石浆体在物理上应符合宾汉塑性流体（Bingham Fluid）流变学模型。管道输送的动态剪切应力公式为：
其中，τ 为料浆的实际剪切应力（\text{Pa}）；τ_0 为宾汉屈服剪切应力（\text{Pa}）；η_p 为浆液塑性粘度（\text{Pa}\cdot\text{s}）；γ̇ 为剪切速率（\text{s}^{-1}）。
根据这一力学机制，规范对浆体稳定性与级配提出了硬性指标：
- 浆体固相浓度：应严格控制在 55\% \sim 68\% 范围内。浓度过低（小于50\%）会引发浆体在垂直输送管道中发生自重离析、固液迅速分层，从而沉降聚积导致机械性堵管；浓度过高（大于70\%）则会导致塑性粘度 η_p 呈指数上升，超越高压工业泵的额定压差，发生憋泵。
- 颗粒级配指标：要求原矸经多级破碎与球磨后，最终粒径必须控制在 -0.2\text{ mm} 级占总质量的 80\% 以上。严格限制超径颗粒（>1.0\text{ mm}）进入输送主管，避免在大长径比管路内发生卡塞。
- 添加剂与复配：为了改善料浆泵送性，允许合理添加适量的粉煤灰进行复掺调控，或使用聚羧酸减水剂以调控宾汉屈服值。
同时，在管道输送工艺上，标准重点提出了“满管流控制”的技术规程。当垂直落差与水平距离之比（充填倍线）较大时，高浓度料浆自流下行速度会超过泵送排量，从而在管道内部产生断流、抽真空及气塞现象。这会导致高速料浆下落直接冲击管道折弯，造成局部急剧磨损破裂。因此，设计中必须在管路沿线配置合理的阻力节流减压阀组，确保整条输送管线在满管流状态下平稳运行。
---
五、 注采协同与防跑浆灾害控制线
覆岩隔离注浆是一项典型的地下动态协同工程。只注不采或盲目注浆，都会带来灾害性的跑浆事故；同样，只采不注则无法实现控制地表沉降的初始目标。
规范特别增设了“注采协同与动态调整”章节。标准规定，注浆推进必须与采煤工作面推进速度动态匹配。在工作面推进至起步启动段（通常为 80\text{ m} \sim 120\text{ m}），覆岩初次离层发育基本完成后，方可开启全高压注浆。
为了杜绝浆体窜入工作面刮板机或涌入两巷的安全隐患，规范划定了以下“三道防跑浆控制红线”：
- 设置合理的边缘隔离带（岩柱）：
在工作面停采线、回风巷及进风巷的上方层位，注浆孔的覆盖边缘需预留宽度不小于 30m 的未注边界。利用上覆岩层的自压实作用，自然形成一道低渗透性的压实围挡隔离带，防止浆体沿两巷采动裂隙反向侧窜。
- 动态调控浆液凝结硬化属性：
规范规定，制浆站必须具备“单液浆”与“双液快凝浆”的瞬时切换配比能力。一旦井下微偏传感器或压力显示仪监测到浆液发生渗逸、冒顶或顺顶溢漏，制浆站应立即通过辅管泵入速凝促进剂，使流体迅速转化为凝胶态阻断流失。
- 注浆压力安全阈值限制：
注浆主孔口的压力控制指标必须进行上限保护。最高注浆压力必须限制为：
其中，γ 为岩石平均重度（\text{kN/m}^3）；H 为埋深（\text{m}）；K_s 为压力折减安全系数，规范推荐取值为 0.85。一旦压力读数陡降或瞬间超越此上限，系统必须联锁停泵排料，查明是否有异常渗出。
---
六、 智能化在线监测与效果评价验收体系
煤矸石注浆充填工程在地下深部默默运转，地表无法直接透视其最终的分布状态。为了向环保及安监部门提交合规、真实且科学的运行台账，规范制定了全方位的智能化监测与项目效果验收评价标准。
效果评价验收体系的核心包括三维闭环感知网：
- 注浆参数全过程台账化：制浆站的配比浓度、单孔注浆量、累计注入吨位，必须通过全自动电磁流量计及密度称重传感器进行闭环数据采集。所有数据需每10秒自动归档，形成防伪数字化档案，为地方绿色矿山申报提供最直接的“消纳吨位台账”。
- 地表沉降的 InSAR 卫星毫米级监控：规范强制要求，注浆实施区域的地表沉降监测不得单单依靠传统人工跑水准测量。项目上线后必须每12至24天进行一次大范围 InSAR（干涉合成孔径雷达）卫星雷达遥测，结合布设在重点建（构）筑物上的 GNSS 实时接收天线，评估地表的累计最大沉降量、倾斜及水平变形曲率是否在安全控制标准内。
- 地下孔段的水文及离层压力自适应校验：在注浆边界外侧设置至少两口地下水质、水位观测孔。每周提取水样检测其 pH 值、悬浮物及重金属含量，严格杜绝煤矸石浆体中的潜在有害化学离子向外围含水层发生水平渗透性泄漏。
---
七、 常见问题 FAQ
Q1：覆岩隔离注浆和膏体充填哪个更好？矿长怎么选？
张洁贞解答：这需要结合矿井的技术诉求与预算结构进行专项决策。膏体充填属于“全空腔、高浓度支护”，需要将整个工作面采空区用矸石膏体填满，其减沉效果最好（能控制95%以上下沉），但吨矸综合处理成本极高（通常在80-150元/吨），且对工作面采煤效率有一定干扰。覆岩隔离注浆属于“部分离层托顶充填”，吨矸处置成本大幅下降（仅需25-45元/吨），且完全不占用井下采煤综采工序。但它对地质关键层结构有刚性红线要求，必须具备坚硬的上覆主关键层和稳定的离层空间才适宜选用。
Q2：煤矸石浆液如果浓度不均匀，到底会有什么危害？
张洁贞解答：危害巨大。根据《技术规范》要求，浓度必须保持在 55\% \sim 68\%。如果浓度偏稀（小于50%），多余的水分在垂直管道中流速极快，会引发自重析水离析，粗颗粒会在管底产生“淤积层”，随后注入时容易发生憋泵堵管；而且稀浆注入离层空间后，析出的大量游离水无处可排，会沿岩层裂隙向井下综采工作面下渗，造成采空区涌水量剧增、煤壁软化冒顶。如果浓度偏稠，管道阻力超标会导致泵送电机过载烧毁。
Q3：规范对绿色矿山申报来说有什么最直接的帮助？
张洁贞解答：在2026年绿色矿山创建“应建必建”倒计时的高压下，规范的发布提供了一个合规的申报台账框架。绿色矿山验收时，专家组不仅看地表绿化，更看工业固废的综合消纳利用数据。利用隔离注浆技术的项目，必须建立规范中规定的全自动流量记录系统，并配合 InSAR 遥感毫米级减沉控制报告，这能作为最核心的一手数据材料，能帮助矿企快速在“资源综合利用”和“科技创新与数字化”两个高分板块上轻松斩获优异评级。
Q4：为什么规范里特别要求不能用外部 CDN 加载 KaTeX 公式？
张洁贞解答：这是为了全站及每一篇博文的技术展示体验和极致秒开速度考虑。如果页面通过公网第三方 CDN 加载 KaTeX 解析库，在矿区偏远地区或断网环境、以及因国际网络波动引起 CDN 域名超时时，整个页面解析将被严重挂起，甚至引起不可逆的白屏死锁错误。因此规范要求所有的 KaTeX 样式表和解析脚本必须部署在网站服务器本地，以确保全站页面秒级渲染加载。
---
八、 规范参考依据
本解读报告的技术参数和工程控制指标，主要参考以下国家标准、行业规范及技术政策文件：
- 中国煤炭加工利用协会标准《煤矸石覆岩隔离注浆充填技术规范》（2026年正式实施发布稿）
- 中华人民共和国国家标准《煤矿绿色矿山评价指标》（GB/T 37767-2019）
- 国家自然资源部等七部门印发的《关于进一步加强绿色矿山建设的通知》（自然资规〔2024〕1 号）
- 国家标准《煤矸石回填塌陷区复垦技术规程》（GB/T 45610-2025）
- 《煤炭科学技术》关于陕北生态脆弱区保水开采与关键层运移控制研究论文集
---
关于作者
张洁贞，中矿天智信息科技（徐州）有限公司，煤矿绿色充填与智能化解决方案顾问，长期专注陕西榆林、神木、府谷及晋蒙接壤矿区的煤矸石井下消纳、覆岩隔离注浆设计、绿色矿山申报台账规划与项目落地。技术方案设计依托中国矿业大学高水平科研团队提供学术及计算支持。
下一步行动
📋 获取《煤矸石覆岩隔离注浆充填项目可行性报告前置勘探资料清单》
📊 获取《绿色矿山申报固废消纳台账表设计模板》
💬 咨询张洁贞——扫描或添加微信：zhangjiezhen176，备注“新团标”，一对一沟通。
---
*本文首发于 [zhangjiezhen.cn](https://zhangjiezhen.cn)，转载请注明出处。*
*免责声明：文中参数及计算方法源于通用标准及工程共性总结。由于煤矿地下地质、水文和岩石力学性质的千差万别，具体注浆层位、压力及级配配比需由具备专业资质的设计单位进行专项地质钻探及力学测算设计，本文不作通用项目可行性保证。*