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      陽新縣礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及治理方法

      2015-11-26 20:48:06韓朝
      環(huán)球人文地理·評論版 2015年10期
      關(guān)鍵詞:灰?guī)r粉煤灰漿液

      韓朝

      摘要:陽新煤礦經(jīng)幾十年的開采,近幾年地表塌陷時有發(fā)生,說明該區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害有進(jìn)一步發(fā)展趨勢,該區(qū)北部大量矸石堆放破壞土地資源、破壞自然景觀,沿矸石堆坡面有小的土溜、水土流失現(xiàn)象。通過對采空區(qū)地面填充壓漿治理,消除或減輕采空地面塌陷對居民生命財產(chǎn)的威脅。

      關(guān)鍵詞:采空區(qū);地面塌陷;治理方法

      1、工程概況和地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀及特征

      湖北省黃石市礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程項目(第一標(biāo)段)七約山治理區(qū)位于陽新縣金海煤炭開發(fā)管理區(qū)。治理區(qū)中心地地理位置:東徑115°11′22.5″,北緯30°05′20″。行政區(qū)劃屬陽新縣管轄,區(qū)內(nèi)有簡易公路,東距長江邊15公里,南行30公里與漢(武漢)九(九江)公路相接,距黃石市24公里,沿湖向西航行20公里至大冶市。水陸交通尚屬方便。

      圖1 陽新縣七約山煤炭礦務(wù)局紅家咀-瓦咀井田礦區(qū)交通位置圖

      1.1. 地形地貌

      七約山礦區(qū)地形起伏大,大體上地勢是南高北低,東高西低,從東南向西北傾斜,然后慢慢向湖區(qū)過渡,高程在50~282米之間,最高點(diǎn)為干魚山。標(biāo)高282.8米,東部、北部和西部大部份高程為10~20米,屬湖底平坦低地區(qū))。礦區(qū)內(nèi)除西、南和東部有部份基巖出露外,絕大部分為第四系松散層所覆蓋,屬剝蝕—堆積丘陵地貌。

      1.3. 水文地質(zhì)條件

      東湖群砂礫巖與大冶灰?guī)r第四段以上,其間無隔水層。大冶群灰?guī)r段和茅口灰?guī)r含水層之間有比較厚而穩(wěn)定的大冶灰?guī)r第三段和第一段隔水層相隔,而斷層導(dǎo)水性差,水位相差懸殊,故水力聯(lián)系不大,長興灰?guī)r與茅口灰?guī)r之間有龍?zhí)睹航M隔水層相隔,二者無水力聯(lián)系。暴雨期間位于大冶湖地表水位以下,故有可能湖水補(bǔ)給地下水,但這些年來,原七約山礦務(wù)局和現(xiàn)在金海煤炭開發(fā)管理區(qū),在下塞湖進(jìn)行了圍堤造田,使出露地層不被水淹??傊瑓^(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。

      1.4. 工程地質(zhì)條件

      區(qū)內(nèi)下覆基巖為三疊系下統(tǒng)大冶群第一~第四巖性段薄層灰?guī)r、茅口組灰?guī)r、龍?zhí)督M灰?guī)r,屬軟弱~較堅硬弱巖溶化碳酸鹽巖類工程地質(zhì)巖組。

      第四系殘坡積粘土、粉質(zhì)粘土、粘土夾碎石廣泛分布,屬松散巖類工程地質(zhì)巖組。

      2、施工方法

      2.1 采空區(qū)治理設(shè)計

      2.1.1 采空區(qū)治理方案選擇的原則

      采空區(qū)的治理設(shè)計是在采空區(qū)勘查基礎(chǔ)上,經(jīng)過對采空區(qū)覆巖穩(wěn)定性的分析和評價后,針對采空區(qū)的特征、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件、工程類型及其重要程度等,對采空區(qū)的治理方法進(jìn)行篩選,選用最佳治理方案。在選擇采空區(qū)治理方法時,一般應(yīng)遵守的原則:

      (1)根據(jù)“輕重緩急”的原則,在資金有限的前提下,對威脅村莊居民生命財產(chǎn)安全的采空區(qū)進(jìn)行先期治理,確?;驕p輕采空地面塌陷對居民生命財產(chǎn)的威脅。

      (2)在技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理,又能滿足進(jìn)度的要求。

      (3)根據(jù)采空區(qū)的地基條件、村莊條件及施工條件等進(jìn)行選擇。

      2.1.2 采空區(qū)治理方案

      本項目區(qū)的采空區(qū)分布地段地形相對較平緩,交通條件較好;分布的采空區(qū)主要為二疊系龍?zhí)督M煤一層采空區(qū),根據(jù)穩(wěn)定性分析,-50m以上采空區(qū)處于不穩(wěn)定狀態(tài),煤層平均傾角為20°左右,局部為10~15°,產(chǎn)狀相對較平緩,不適宜于非注漿法,采用全充填壓力注漿法治理技術(shù)上可行,經(jīng)濟(jì)上也比較合理。因此本次采空區(qū)治理設(shè)計方案為地面充填注漿。保護(hù)對象是瓦咀灣、新屋灣、小塔時等三個自然村居民集中地的人民生命財產(chǎn)。

      2. 2 充填注漿方法

      由于七約山礦區(qū)早上八九年代亂采亂挖現(xiàn)象十分嚴(yán)重,區(qū)內(nèi)采空區(qū)中空洞的充填情況難以確定,因此采空區(qū)充填注漿時,應(yīng)將采空區(qū)待充填空洞分為全充填、半充填和未充填三種情況區(qū)別對待。在鉆孔鉆進(jìn)過程中,應(yīng)盡可能查明采空區(qū)空洞的充填狀況,做到充填注漿時有的放矢。

      2.2.3 充填注漿配比與終壓標(biāo)準(zhǔn)

      (1)注漿材料的選擇

      注漿材料的選擇應(yīng)因地制宜,盡可能節(jié)約成本。采空區(qū)充填注漿材料采用普硅32.5MPa級水泥、尾砂(或粘土),尾砂(或粘土)的顆粒級配應(yīng)與水泥的顆粒級配相類似且最大顆粒粒徑<2.5mm;裂隙充填注漿材料采用單液水泥漿;為控制漿液的擴(kuò)散范圍及防止注漿時邊坡一側(cè)或地表冒漿,可加入一定比例的水玻璃作為速凝劑,水玻璃模數(shù)2.4~3.0,濃度30~45波美度。

      (2)漿液配比

      水泥與粉煤灰(尾砂)的重量比為1:3~1:5,水泥粉煤灰漿液應(yīng)用于采空區(qū)充填注漿。

      單液水泥漿的水灰比分為為1:1、0.8:1、0.6:1三級,單液水泥漿應(yīng)用于水泥尾砂充填采空區(qū)后對采空區(qū)裂隙充填注漿、以及注漿結(jié)束前注漿。

      水玻璃的用量為水泥重量的3~5%,水玻璃加入漿液中,目的是防止冒漿或在采空區(qū)鉆孔底部充填注漿時控制漿液的擴(kuò)散范圍。

      (3)注漿終壓標(biāo)準(zhǔn)

      采空區(qū)充填注漿,在注漿末期,泵壓逐漸升高,當(dāng)注漿壓力大于1.0MPa,泵量小于1L/min,且穩(wěn)定15~30min,作為最終注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

      灰?guī)r裂隙中充填注漿,當(dāng)注漿壓力達(dá)到3~5MPa,泵量小于1L/min,且穩(wěn)定30min以上,作為最終注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

      第四系覆蓋層壓密、劈裂注漿,當(dāng)壓力達(dá)到0.2~0.5MPa,泵量小于1L/min,或地表出現(xiàn)大面積冒漿時,可作為最終注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

      3. 重點(diǎn)(關(guān)鍵)和難點(diǎn)工程的施工方案、方法及其措施

      3.1.成孔工藝

      鉆進(jìn)初始階段,各采空區(qū)治理區(qū)域內(nèi)分別布設(shè)1~2個取芯鉆孔,對地層情況進(jìn)行勘測和驗證,確定和指示周邊鉆孔的鉆進(jìn)層位,其余鉆孔可參照取芯鉆孔的鉆進(jìn)情況實施不取芯鉆進(jìn)。

      成孔工藝簡述如下:

      ①用Φ130mm鉆頭開孔,鉆進(jìn)至強(qiáng)風(fēng)化基巖面下5m后,然后變徑Φ89mm。

      ②用Φ89mm鉆頭,鉆進(jìn)至采空區(qū)中的塌陷冒落或煤層底板0.3~0.5m終孔。

      ③鉆孔經(jīng)鉆探技術(shù)員及現(xiàn)場監(jiān)理驗收同意后,澆鑄注漿管。

      3.2. 制漿工藝

      漿液材料及配合比:

      注漿材料

      本設(shè)計文件中所規(guī)定的注漿材料主要由水、水泥、粉煤灰、速凝劑組成,參照《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ-89),其SO4-2含量<1.0%,PH>5;水泥采用質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)號為P·O 32.5的普通硅酸鹽水泥;粉煤灰質(zhì)量等級為二級~三級,SIO2、AL2O3和Fe2O3的總含量大于70%,SO3含量不大于3%,其它方面應(yīng)符合注漿工程的要求;速凝劑可選用水玻璃,水玻璃模數(shù)2.4~3.0,濃度30?Be~40?Be;砂、碎石就近取材。

      漿液配合比

      參照以往采空區(qū)治理工程的經(jīng)驗和當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)情況,通過配比試驗,漿液為水泥粉煤灰漿,水固比一般取為1:1.0~1:1.4,本次以1:1.0為主,漿液稠稀隨注漿情況進(jìn)行調(diào)整。水泥占固相30%,粉煤灰占固相70%。帷幕孔的漿液中摻加水泥重量2~5%速凝劑,使灌入采空區(qū)內(nèi)的漿液盡快凝固,以形成帷幕,防止?jié){液流失。

      3.3. 注漿材料的配制

      漿液配制應(yīng)按設(shè)計配合比進(jìn)行,并隨機(jī)抽查漿液的各項指標(biāo)。

      原材料:

      水用水表或定量容器計量;水泥按袋計量;粉煤灰用容器計量,并要求用磅稱抽查水泥、粉煤灰的數(shù)量;

      漿液拌制過程如圖2所示:

      清水→速凝劑→一級攪拌→二級攪拌→二級攪拌→注漿泵→ 鉆孔→注漿。

      攪拌過程

      配制漿液時,水泥與粉煤灰準(zhǔn)確計量后混入一級攪拌池中攪拌,然后經(jīng)過濾網(wǎng)注入二級攪拌池攪拌。每次攪拌時間不得低于10分鐘,待漿液攪拌均勻后,通過注漿泵注入灌漿孔。

      3.4.注漿工藝

      注漿系統(tǒng)配置

      3.4.1.注漿系統(tǒng)構(gòu)成

      注漿系統(tǒng)由:料場、一級攪拌池(機(jī))、二級攪拌池(機(jī))、供水系統(tǒng)、注漿泵、注漿管道、封孔裝置等組成。

      3.4.2.注漿系統(tǒng)技術(shù)要求

      ①料場:堆放材料的料場場地要平整,運(yùn)料車輛能正常通行,且緊鄰攪拌機(jī),使材料便于運(yùn)輸、搬運(yùn);要求設(shè)有防潮、防雨措施。

      ②攪拌機(jī):要求能滿足正常施工要求,攪拌后的漿液應(yīng)均勻,符合設(shè)計要求,一次攪拌量應(yīng)≥1.5m3。

      ③攪拌池:修建的攪拌池應(yīng)滿足正常施工要求,池為圓柱體,中間設(shè)置攪拌系統(tǒng),使得攪拌后的漿液均勻,符合要求,一次攪拌量應(yīng)≥1.5m3。

      ④蓄水池:制漿站應(yīng)根據(jù)施工注漿總量需要,建立數(shù)個蓄水池,以保證正常施工,蓄水池建筑規(guī)模及要求視工地具體情況而定。

      ⑤注漿泵:宜采用變量泵,其額定排漿量不小于200L/min,注漿泵壓力應(yīng)大于注漿最大設(shè)計壓力的1.5倍。

      ⑥壓力表:注漿孔壓力表最大指數(shù)應(yīng)大于1.0MPa。帷幕孔壓力表最大指數(shù)應(yīng)大于2.0MPa。

      ⑦封孔裝置:注漿孔采用Φ50mm鋼管,在管前端20~30cm處焊接一圓形法蘭托盤(托盤直徑Φ120~125mm之間),下入孔內(nèi)變徑處。封孔位置在基巖內(nèi)5~10m處。

      ⑧注漿管:采用Φ50mm鋼管,絲扣連接。

      3.4.3. 注漿工藝及其有關(guān)參數(shù)

      施工順序:先施工帷幕孔,再施工注漿孔,注漿分二序次進(jìn)行。

      注漿

      在注漿施工的開始階段,注意搜集整理各地段各種配比漿液的灌注充填情況,獲取更為合理的注漿施工參數(shù)。

      注漿設(shè)備宜采用灰漿泵。當(dāng)?shù)叵虏煽諈^(qū)空隙較小時,可采用水灰比1:0.8~1:1.0的水泥粉煤灰漿,水泥為固體總重的30%,粉煤灰為固體總重的70%。

      單孔注漿孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

      在注漿孔的注漿末期,泵壓逐漸升高,當(dāng)泵量小于70L/min時,孔口管壓力在1.0MPa以上穩(wěn)定10~15分鐘后,或注漿孔周圍有冒漿等現(xiàn)象出現(xiàn)時,可報監(jiān)理工程師同意后結(jié)束該孔的注漿施工。

      4. 結(jié)語:

      通過采取上述一系列地面填充注漿、整形碾壓等治理措施,有效地遏制了地面塌陷涌水等地質(zhì)災(zāi)害,改善了礦區(qū)自然生態(tài)環(huán)境和旅游環(huán)境,有效地預(yù)防當(dāng)?shù)丨h(huán)境塌陷、泥石流等自然災(zāi)害的發(fā)生,使地質(zhì)環(huán)境達(dá)到穩(wěn)定,生態(tài)得到恢復(fù)、景觀得到美化。項目實施完畢后,治理區(qū)內(nèi)受損山體將重披“綠裝”,地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境將大大改善,礦區(qū)道路、房屋達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),使本地村民恢復(fù)了正常生產(chǎn)生活,造福一方人民。

      參考文獻(xiàn):

      [1]萬繼濤,等,棗莊市礦山環(huán)境地質(zhì)問題及恢復(fù)治理〔J〕,地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2004

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