煤礦采空區(qū)治理工程實(shí)踐

王少東

摘 要：該工程為煤井采空區(qū)上的新建加油站的地基處理工程，通過(guò)對(duì)比條帶式注漿法和全充填注漿法的優(yōu)缺點(diǎn)，該工程采用全充填注漿法進(jìn)行處理，通過(guò)工程參數(shù)設(shè)計(jì)，用量經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，與施工實(shí)際用量對(duì)比，具有較高的準(zhǔn)確性。通過(guò)三年的運(yùn)營(yíng)，場(chǎng)地范圍內(nèi)沉降控制在2mm以內(nèi)，取得良好效果，可以推薦類似工程使用。

關(guān)鍵詞：全充填注漿法；采空區(qū)治理；工程量；注漿量；沉降值

本工程為新建加油站工程，占地面積1500㎡，位于長(zhǎng)治高速（南口）東南側(cè)，長(zhǎng)治——臨汾公路北側(cè)，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及踏勘，本建設(shè)用地處于三元煤業(yè)3#煤井田范圍內(nèi)，建設(shè)用地下存在煤井采空區(qū)，采空區(qū)埋深約350m，煤層厚度約5.6m，采空區(qū)總面積約672㎡。

1.地基處理方案選擇

根據(jù)《礦山開采沉陷學(xué)》〔1〕理論及煤礦“三下”采煤經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)多個(gè)采空區(qū)治理工程實(shí)踐，通常采用條帶式注漿法和全充填注漿法。

條帶式注漿法是在采空區(qū)影響范圍內(nèi)，在采空區(qū)形成類似煤炭系統(tǒng)的“保安煤柱”，起著支撐采空區(qū)及上覆巖層的作用，該方法材料用量較小，但施工工藝復(fù)雜，造價(jià)相對(duì)較大。

全充填注漿法是在采空區(qū)影響范圍內(nèi)，按一定孔距和排列方式，將水泥粉煤灰注入采空區(qū)及上覆巖體裂隙中，漿液經(jīng)過(guò)固化，膠結(jié)巖層裂隙帶，同時(shí)采空區(qū)的漿液形成的結(jié)石體對(duì)其上覆巖層形成支撐作用，阻止上覆巖層的進(jìn)一步冒落塌陷。全充填注漿法施工相對(duì)簡(jiǎn)單，安全性高，施工工藝成熟，施工易于管理，但缺點(diǎn)是材料用量較大。

兩種方法比較，本次注漿采用全充填注漿法。

2.采空區(qū)治理范圍確定

根據(jù)對(duì)該場(chǎng)地所做物探資料解釋，場(chǎng)地下部存在2處高阻異常區(qū)，由于采空區(qū)引起的變形不止局限于采空區(qū)上部，因此治理范圍應(yīng)根據(jù)物探推測(cè)的采空區(qū)及塌陷造成的異常區(qū)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中場(chǎng)地東部發(fā)現(xiàn)的積水坑、西北部發(fā)現(xiàn)墻體裂縫等地面變形，從保證加油站整體場(chǎng)地的安全穩(wěn)定性及場(chǎng)地條件等因素綜合確定，本次加油站全部用地范圍，治理面積約2500㎡。

采空區(qū)治理深度，根據(jù)地層情況，依據(jù)區(qū)域資料該區(qū)域3#煤層頂板埋深246.2米，煤層厚度5.2米，本次采空區(qū)治理深度為地面至3#煤層地板下2米，涉及注漿孔深度平均360米。

3.參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1配合比確認(rèn)

通過(guò)配比試驗(yàn)，漿液為水泥粉煤灰漿，水固比一般取1：1—1：1.3，本次以1：1.1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%。帷幕孔的漿液中參加水泥重量2%—5%速凝劑，同時(shí)視情況加入2.5—5mm的石粉，以此減小漿液的流動(dòng)性能，使灌入采空區(qū)內(nèi)的漿液盡快凝固，在鉆孔預(yù)設(shè)的影響半徑范圍內(nèi)形成結(jié)石體，充分利用煤層頂板基巖的強(qiáng)度，形成帷幕，防止?jié){液流失。采空區(qū)空隙體積為擬處理采空區(qū)范圍內(nèi)的礦層體積乘以回采率，并扣除采空區(qū)因頂板冒落已經(jīng)產(chǎn)生的變形。

3.2注漿量的估算

膠結(jié)注漿治理的實(shí)質(zhì)就是以水泥粉煤灰漿液對(duì)采空區(qū)空隙體積進(jìn)行充填和固結(jié)。其總注漿量可按下式估算：

式中：Q--采空區(qū)總注漿量（m?）；

S—采空區(qū)治理面積（㎡）；

m—采空區(qū)每層厚度（m）；

—采空區(qū)剩余空隙提及率；

K—每層采出率；

A—漿液損耗系數(shù)；

—注漿充填率；

C—漿液結(jié)石率；

—巖層傾角。

本次設(shè)計(jì)對(duì)治理區(qū)下伏3#煤層采空區(qū)治理參數(shù)選擇為：A=1.2，m=5.6，K=70%， =45%， =90%，C=90%， =5°，S=2500。經(jīng)計(jì)算注漿量約為5312m?。

3.3鉆孔的布置

場(chǎng)地采空區(qū)治理所設(shè)注漿孔和帷幕布置于前述采空區(qū)治理范圍內(nèi)，結(jié)合由巖體裂隙程度設(shè)定的漿液擴(kuò)散半徑，根據(jù)采空區(qū)及上部建筑物的特點(diǎn)，本工程設(shè)計(jì)孔距15-20米，排距20米，梅花形布置。煤層采空區(qū)邊緣的注漿鉆孔沿采空區(qū)范圍外緣布設(shè)，在多數(shù)塊段邊緣處注漿孔的漿液擴(kuò)散半徑已相互搭接，為使上覆土層裂隙也得到有效充填，注漿管采用花管，花眼間距0.5米。

3.4注漿

1、施工順序：先施工外邊緣帷幕孔，再施工注漿孔，注漿分二序次進(jìn)行。

2、注漿：注漿采用漿液濃度先稀后稠的方法，注漿開始后，要定時(shí)觀測(cè)泵的吸漿量和泵壓，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整漿量和漿液濃度。

在注漿孔的注漿末期，當(dāng)泵量小于70L/min時(shí)，孔口壓力大于1.0MPA并穩(wěn)定保持10分鐘以上或注漿孔周圍有冒漿等現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，報(bào)技術(shù)部及監(jiān)理部批準(zhǔn)后可結(jié)束該孔的灌漿施工。

4.工程量

本次地基處理工程共計(jì)鉆孔16個(gè)，鉆孔注漿量5895m?。

5.結(jié)語(yǔ)

1、實(shí)際注漿量與預(yù)測(cè)值相差約11%，總體估計(jì)還是較準(zhǔn)確且略小于實(shí)際值，對(duì)材料用量的估計(jì)及造價(jià)有較好的指導(dǎo)作用；

2、加油站經(jīng)過(guò)三年的運(yùn)營(yíng)，場(chǎng)地范圍及建筑未出現(xiàn)明顯裂縫，沉降值控制在2mm以內(nèi)。全充填注漿法可以推薦為類似工程使用。

參考文獻(xiàn)

[1]洪鍍.《礦山開采沉陷學(xué)》〔M〕中國(guó)礦業(yè)出版社.1994

（作者單位：中國(guó)石化銷售有限公司山西石油分公司）