上世纪八、九十年代,限于技术和装备条件不足,我国地方小煤矿曾长期采用刀柱式、巷柱式(高落式)等落后的采煤方法,回采率不到20%,导致大量的优质煤炭资源遗留于采空区内,造成极大的浪费。实现旧采残煤的再次开采利用,即残煤复采,能充分利用宝贵的煤炭资源、创造巨大经济效益,对矿井可持续发展具有重要的现实意义。本文以晋煤集团圣华煤业3号煤层残煤复采为工程背景,在对1301复采工作面残煤赋存情况研究的基础上,论证超高水材料作为注浆材料的可行性,研究碎裂围岩注浆加固机理,设计注浆模拟试验,分析浆液在散碎围岩中的流动规律,应用理论分析计算出充填承载层厚度,提出预充复采方案,实现复采工作面安全生产。主要工作如下:1、应用现场调查、物探、现场揭露等手段掌握了圣华煤业1301复采工作面旧采巷道的赋存情况,并根据旧采区破坏特征对其进行分类,指出旧采区冒落的煤岩体是影响工作面安全回采的主要因素,因此在工作面回采前采取措施,保证工作面煤壁揭露空巷冒落区时的稳定,提高散碎围岩的整体性,是保障复采工作面安全生产的关键。2、针对残煤复采特点,提出构筑充填截割层和承载层,分别建立了以冲击破坏为主和以极限静载破坏为主的承载层力学模型。基于太沙基的地基极限承载力理论,得到承载层在冲击作用下临界厚度计算公式为:h1=(Esmv2/Emσ12-EmH0b1);基于JOHANSEN 屈服条件,得到承载层在覆岩载荷作用下临界厚度计算公式为:h2=(?),综合确定了充填承载层的临界厚度,为复采工作面过旧采冒落区提供理论指导。3、根据旧采破坏区碎裂围岩的结构特性,结合注浆材料选择三项原则,论证了超高水材料作为预充复采注浆材料的可行性。通过浆液性能试验得出超高水材料具有初始粘度低、可注性好,能够对冒落散碎围岩的空隙起到加固作用;同时,超高水材料能够适应井下环境,易于采煤机的截割,充填成本低等特点。4、通过碎裂岩体的注浆模拟试验,浆液在碎石散体中流动呈锥形发散状,最终的结石体形状近似锥形体,建立浆液扩散半径R、结石体的抗压强度P、注浆量Q与各参数间的本构关系。浆液扩散半径R与浆液扩散层位d、水灰比m、渗透系数k、注浆压力P之间的关系为:R=0.01132·d0.8325·s0.5325·k-3.7515·p0.3810;注浆量Q与浆液扩散层位d、水灰比m、渗透系数k、注浆压力P之间的关系为:Q=0.6131·d1.4172·s-0.1534·k5.524·p0.4845;结石体强度P与水灰比s、孔隙率w、注浆压力P之间的关系为P=6.607·s-0.6920·w0.215·p-0.0439通过超高水材料在碎裂围岩中的注浆试验可知,注浆后的结石体强度主要取决于浆液的水灰比,考虑到复采工作面煤壁自立需要的强度,确定超高水材料的合适的水灰比为1:6～1:7,对预测注浆效果、指导现场注浆参数设计有重要的意义。5、针对旧采区在复采工作面内的分布和破坏特征,提出分层递进多轮注浆工艺。根据充填承载层理论及试验室模拟注浆结论,对现场的注浆工艺参数进行设计。通过回采中对注浆区域的揭露表明浆液能够对碎裂的煤岩体进行有效固结,使碎裂围岩形成完整稳定的固结体,工作面煤壁及形成的人工假顶的完整性好,加固区割煤后煤壁齐整,注浆效果明显。