采空区注浆方案（推荐6篇）
一、矿井防灭火系统建立及现场管理情况：
我矿已建立健全注浆防灭火系统，地面建有灌浆站及铺往井下的黄泥灌浆系统，实行预防性灌浆和采后集中灌浆。通风队安排专人每天对注浆管路及注浆设备进行检查，确保用时完好。因我矿煤层有自燃发火倾向性，为了防止采空区自燃发火，增强矿井防灾抗灾能力，检验注浆系统的安全可靠性，根据生产会安排，我队组织注浆人员对1502采空区内进行预防性注浆。并结合现场实际编制了安全技术施工措施。
注浆准备前，我矿成立了采空区注浆指挥部： 地面指挥负责人：康守海 张西顶。井下指挥负责人：王绍祥 李军。
成员：苑丕吉
安智峰
刘东
成国兵 李守军
二、简述采空区地点概况: 1502采空区位于五家沟井田二采区，工作面南部为采区预留保安煤柱，北部为未开拓区，西部为二采区主要大巷，东部为昌平井田边界。采区走向长2200m，倾斜长300m，煤层平均厚度10.5m，工作面生产期间正常用水量30m3/h，生产期间工作面瓦斯绝对涌出量0.72 m3/ min瓦斯相对涌出量5.18m3/t，煤层自然发火期5～6个月，煤尘具有爆炸性，相邻采空区对本采区无影响。
三、灌浆系统及技术参数
1、结合本矿的实际条件及井型、风井分布、和采区布置等综合考虑选用的是以固定式灌浆站为主、移动式注浆泵为辅的综合灌浆方式。
2、取土方式为机械取土。（利用抓斗、推土机、挖掘机、铲运机等机械装备取土）。
3、本矿采用NL40-80型制浆机，额定制浆量40-80m3/ h,浆液密度1.10～1.23g /cm3。使用BFD-71搅拌机对浆液均匀搅拌，以防止浆液沉淀。
四、灌浆方式
本次主要采用的是采后灌浆，即在工作面采完封闭后进行灌浆充填封闭的采空区，灌浆方法是在封闭停采线的上部密闭墙上插管灌浆。其主要是针对1502工作面最易自燃发火的停采线，可有效防止采空区发生自燃火灾，且采空区灌浆工作在时间上不受限制。
通过这次灌浆试验，煤矿井下采空区预防性灌浆工作中，部分泥浆随水渗漏进入采空区内部，形成较大的范围的“黄泥带”起到填充煤岩内部孔洞或孔隙作用。灌浆停止后，随着水的渗漏，大部分黄泥滞留在工作面采空区停采线附近，形成“泥墙”，可使整个采空区的漏风风阻增加，起到了封堵漏风的作用
1 采空区概述
采空区是指地下固体矿床开采后的空间及其围岩失稳而产生位移开裂、破碎垮落, 直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的地区或范围。注浆法是指用人工的方法向地基土颗粒的空隙、土层界面或岩层的空隙或采空区的垮落带和裂隙带里注入具有充填、胶结性能的浆液材料, 以便硬化后增加其强度或降低渗透性的注浆施工过程。本采空区地层总体由灰岩、泥岩、砂岩、砂质泥岩、泥质砂岩、夹煤层组成, 地表履盖层为第四系冲洪积物、风积物组成, 厚度由几米到几十米不等。采空区埋深在200 m～220 m, 采厚5 m, 采空区顶板为厚层状石灰岩, 底板为泥岩, 注浆浆液采用水泥粉煤灰浆。
2 施工方案与方法
2.1 注浆站的建设
在施工现场选择有利地形修建一级搅拌池四个, 二级搅拌池两个。共安装六套搅拌设备, 二级搅拌池配备两台泥浆泵, 现场设置电源控制柜一个。搅拌池是注浆的核心设施, 其规格及配套设备以设计文件要求为准。施工方法为人工挖掘、修整, 周边设立围栏, 并设立安全警示牌。
2.2 帷幕孔及注浆孔的定位
钻孔施工定位用坐标定位法, 根据设计提供的孔位坐标, 用全站仪逐孔测量放样, 用本桩编号定位, 孔位根据设计要求, 偏差不大于1.0 m, 对确因地形因素影响, 无法施工时, 需移动孔位, 且移动距离在2 m～5 m范围内时, 报监理工程师同意后方可变更。
2.3 钻孔施工方案与方法
1) 成孔工艺。先施工帷幕孔, 后施工注浆孔。帷幕孔、注浆孔的成孔均采用隔孔二序法施工。根据设计文件, 成孔工艺采用ϕ127 mm钻头开孔, 钻至完整基岩6 m后, 下入ϕ127 mm套管护壁, 然后变径为91 mm, 钻至采空区塌陷冒落带底板下1 m处终孔, 在第四系砂卵砾石层的钻探过程中采用跟管钻进。2) 钻探技术要求。为充分掌握采空区的地层、构造以及冒落带特征, 指导钻探和注浆施工, 根据设计文件, 布置了9个全取芯孔。对全取芯孔, 岩芯采取率在冒落带不得小于30%, 其他部位岩芯采取率不得小于70%。对循环液漏失量变化、掉钻、卡钻、埋钻等现象以及地下水位的埋深及层位要详细记录其深度、导位及耗水量, 钻孔每100 m孔斜不超过2°, 对全取芯孔的岩芯要做好岩芯拍照工作。3) 浇筑孔口管。钻孔终孔, 经监理检查确认后, 采用ϕ50 mm钢管, 在其前端20 cm～30 cm处焊接一圆形法兰托盘, 下入孔内变径处, 然后向孔内依次填入少量砂砾石、粘土, 以防封孔浆液的大量渗漏, 然后灌入水灰比为1∶1.2～1∶1.5的水泥浆对注浆管进行浇筑, 注浆管高出地表1 m, 深至完整基岩下6 m处, 丝扣连接。4) 注浆施工方案与方法。a.浆液配比。注浆浆液为水泥粉煤灰浆, 其水固比为1∶1.0～1∶1.5。帷幕孔注浆, 水泥占固相的30%, 粉煤灰占固相的70%, 并在浆液中掺加水泥重量2%的速凝剂以加快浆液凝固, 防止浆液流失, 浆液水固比为1∶1.5。注浆孔注浆, 水泥占固相的30%, 粉煤灰占固相的70%, 水固比1∶1.2～1∶1.5。b.制浆工艺。单孔注浆时, 先在一级搅拌池按注浆时的配合比进行水泥粉煤灰浆液的搅拌。每池的搅拌时间不少于3 min, 然后使浆液流入二级搅拌池进行二次混合搅拌, 混合搅拌时间不少于3 min, 将搅拌池的浆液由二级搅拌池用注浆泵送入孔内进行注浆。两孔同时注浆, 采用不同的配比, 同时进行二孔注浆时, 在一级搅拌池按各孔的配合比制浆, 并分别流入不同的二级搅拌池进行二次混合搅拌, 搅拌时间不低于3 min。c.注浆工艺。注浆顺序:先帷幕孔, 后注浆孔, 帷幕孔和注浆孔均采用隔孔二序法施工。结合本采空区的倾向与倾角, 注浆施工先后顺序坚持自北向南、自东向西的原则推进, 以保证注浆施工的效果与效率。帷幕孔注浆工艺均采用卡盘止浆, 一次灌注的施工工艺。注浆前先用清水洗孔, 洗孔时间不得小于10 min, 改用水固比为1∶1.2的浆液灌注100 m3后, 再用水固比为1∶1.5的浆液灌注。当泵压逐渐升高, 泵量小于70 L/min时且孔口压力达2 MPa～3 MPa后, 稳定10 min～15 min可结束该孔的注浆施工。然而, 若孔内裂隙空间过大, 单孔注浆量超过380 m3, 且孔口压力无明显升高迹象时, 应采用间歇注浆, 必要时应用投砂漏斗, 投入适量的砂和石屑, 以保证注浆效果。间歇前必须用清水洗孔, 洗孔时间不得少于10 min。间歇后, 再次注浆前也须用清水洗孔, 洗孔时间不少于10 min。注浆孔注浆工艺:注浆前用清水洗孔, 洗孔时间不少于10 min, 然后用水固比为2∶1的稀浆灌注24 min, 改用水固比1∶1的浆液灌注110 m3后, 用水固比为1∶1.3的浆液灌注, 当泵压逐渐升高, 泵量少于70 L/min时, 且孔口压力达2 MPa～3 MPa、稳定10 min～15 min可结束该孔的注浆施工。当单孔注浆量达380 m3以上, 孔口压力无明显升高迹象, 通过间歇注浆、投砂石屑、提高水固比、添加速凝剂等措施来达到单孔注浆技术要求。当注浆量达到单孔设计注浆量的60%以上, 发生地表冒浆现象时, 在征得现场监理同意后, 可结束单孔注浆。5) 质量检测。a.注浆结束20 d后, 按照注浆孔数量的50%进行钻芯取样, 并做出岩芯鉴定, 结合有关注浆量与注浆压力的原始记录, 对注浆效果进行综合评价。b.检测根据设计要求进行, 检测结果表明路基基底范围内注浆处理质量符合设计要求, 取得了较好的治理效果。
3结语
1) 实践证明, 采用注浆处理技术对路基采空区的处理有较好的应用和推广价值。2) 为了取得较好的工程效果, 应根据地质条件和工程特点的不同, 选取合适的注浆材料和注浆工艺。3) 应用注浆法的关键是合理地确定注浆范围、注浆量和注浆压力等因素。
摘要：针对采空区特点及危害性, 详细介绍了公路采空区注浆处治办法, 分别阐述了注浆站的建设, 钻孔施工工艺及注浆步骤, 指出注浆处理技术对路基采空区的治理有较好的应用和推广价值。
关键词：采空区,注浆,施工方案
参考文献
[1]JTJ 033-95, 公路路基施工技术规范[S].
[2]JTG E60-2008, 公路路基路面现场测试规程[S].
[3]JTG E51-2009, 公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].
关于原XXX煤矿采空区灾害综合治理项目 《土地复垦方案报告书》需延续生效的申请
XXX人民政府：
《XXX煤田原太平地煤矿灭火工程》是2010年政府立项，2012年底项目开工所需环评报告、初步设计、土地复垦、水土保持方案等支撑文件得以批复，2012年4月公司正式启动灭火工程。2015年7月经自治区煤炭工业局批准的《关于XX市煤矿采空区灾害综合治理总体规划的批复》（内煤局字【2015】181号）和《关于对部分火区和采空区治理情况进行处理的通知》（内煤局字【2015】157号），灭火工程项目转为原太平地煤矿采空区灾害综合治理试点项目。
项目《土地复垦方案报告书》于2011年8月由XXX土地整理技术咨询有限责任公司编制完成，2011年9月由XX市国土资源局评审通过，建设工期为1.5年，应于2014年5月完成。2013年年末，因XXX露天矿依然在使用的排土线上的高压输电线路，以及坑下疏干水管线处于施工场地范围内，经与XX露天矿多次协商未能达成协议，项目被迫停工。截至到2013年12月工程总剥离土方逾180万立方米，累计投入3000余万元。后由我方申请，经XXX区委区政府同意，确定灭火工程暂停实施，至今未能复工。《土地复垦方案报告书》因受期限限制已过期，此项目因特殊情况导致中期停滞未能完成。
该治理工程停滞已近三年，开挖的坑场和楼子店河护堤以及与XXX露天闭坑采场界脊因风雨冲刷，侵蚀严重，无形中对治理场地和XXX露天坑下埋下重大的安全隐患，亟待排除。2016年末XXX露天煤矿已经闭坑，《原XXXX煤矿采空区灾害综合治理项目》未完工程继续实施件具备，恳请市政府领导核实实际情况，批准项目《土地复垦方案报告书》继续有效。
此申请。
采空区常常会发生沉降和塌陷, 极易引发地面下沉、道路开裂等地质灾害, 给工程建设造成了严重的影响, 是工程建设中不良地质条件之一。因此, 在采空区范围内修建高速公路, 必须对路基下伏采空区进行加固治理, 以消除安全隐患[1]。
在采空区的治理方面, 国内外的专家学者做了大量的研究, 积累了丰富的经验[2,3,4]。表1即为国内已处理的公路下伏采空区的治理工程[4]。
借鉴以往工程经验以及结合具体的工程条件及工程要求, 提出了一种经济实用, 适合于较大采空区空间的加固治理的注浆充填法。该方法是先往采空区内部充填尾砂, 后注入水泥黏土浆液, 既能减少注浆量, 又能二次利用尾砂, 具有较好的环保节能优点。
1 工程概况
山西一在建高速公路某标段, 路线全长6km, 路线K2+126~K2+342段途径一废旧煤矿矿区。经地质勘探显示, 该煤矿主要为单层开采, 采厚4-8m, 埋深10-18m, 地层自下而上主要分三层: (1) 白垩系, 主要为山西组, 有紫红色砾岩、砂岩、砂砾岩、粉砂岩及泥质岩等; (2) 第三系, 由砖红色厚层石英砂岩及砾岩、含砾砂岩组成; (3) 第四系, 主要为全新统 (Q4) , 有种植土、粉质粘土、粉土、碎石土、卵石、圆砾等。目前, 该标段区域内已出现了小面积的地面沉陷, 影响了公路的建设。经勘查研究与试验分析, 决定采用注浆充填法治理该煤矿采空区。
2 注浆充填法
2.1 加固机理
注浆充填法施工是在先往采空区内部充填尾砂, 以尾砂初步充填采空区;然后通过地表钻孔施工, 将配制好的水泥黏土浆液注入到采空区内部, 浆液以充填、渗透的方式占据尾砂及土层间的空隙, 最终形成一个整体性好、承载力高、性质稳定的结石体。
2.2 材料与配比
注浆充填法主要采用水泥、黏土等材料进行注浆, 所需材料的参数要求如表2所示:
通过现场试验确定了浆液的主要配合比 (如表3所示) , 在实际工程主要以该配合比为基础, 个别注浆部位做适当的改进, 对采空区进行注浆充填。
3 施工工艺
注浆充填法作为一种常用的加固治理采空区方法, 其施工工艺简便灵活, 由尾砂充填、钻孔、浆液的制备、注浆、封孔等主要工艺组成。
3.1 钻孔布置
根据采空区路基施工规范以及煤矿采空区治理工程的实际要求, 在采空区治理范围内合理的布置了注浆孔和帷幕孔:孔位采用梅花型方式布设, 其排距、间距均为10m, 钻孔开口直径为150mm。
3.2 钻孔施工
采用回转式钻机施工, 清水钻进。按设计要求钻孔, 孔口位置偏差小于0.5m, 开孔孔径控制在150mm左右, 在进入完整基岩4-6m后变径, 终孔孔径不小于91mm。
3.3 尾砂充填
尾砂颗粒的粒径控制在50mm以下, 通过钻孔以自然流落的方式初步充填采空区。
3.4 浆液制备
根据配合比设计值, 在一级搅拌池中将烘干的黏土和水泥分别加水制成黏土浆和水泥浆, 在二级搅拌池中将两种浆液充分混合制成黏土-水泥浆液, 按需添加适量的石灰, 充分搅拌后再添加速凝剂, 制成水泥黏土浆液。
3.5 注浆施工
采用全孔一次注浆法, 先进行采空区边缘的帷幕孔注浆, 由地势低处向高处逐孔进行, 并且为了更好的起到防渗堵漏的作用, 帷幕孔宜铅直和测斜交替, 孔斜率控制在1.5%之内, 然后进行中间区域的注浆孔注浆。在达到设计规定的结束压力下, 单位注浆量小于70L/min, 持续稳定15min以上则停止注浆。
3.6 施工监测
以“沉降观测为主, 水平位移观测为辅”的原则, 在采空区影响范围之外的稳定区域内布设观测线、设立观测点, 对采空区地表移动变形进行实时监测。观测点的间距为8-12m, 观测周期为10d。
4 施工注意事项
注浆施工过程在保证质量的同时需注意以下事项[5]:
(1) 钻孔深度超过50m需测斜, 每50m测斜一次, 每百米孔斜不超过1°。
(2) 注浆材料必须符合设计规范要求, 定期实施抽检。若遇冬季施工, 原材料须保存在0℃以上环境中, 且浆液保持10℃左右。
(3) 钻孔注浆前应对注浆孔进行压水冲洗。
(4) 注浆孔、帷幕孔钻至裂隙带、冒落带时应用清水钻进。
(5) 注浆压力的选择应以不使地层结构破坏为原则, 通过注浆试验确定适宜的注浆压力, 正常注浆压力控制在0.5~1.5MPa之间。
(6) 注浆时发生冒浆现象, 应采取低压、浓浆、小泵量、间歇注浆等方式进行处理。
(7) 注浆时发生邻孔串浆现象, 若串浆孔具备注浆条件时, 可双孔同时注浆, 否则应封堵串浆孔, 待注浆孔注浆结束, 对串浆孔进行扫孔、冲洗、注浆。
5 结论
本文结合实际工程, 提出了一种经济实用, 适合于处治公路路基下伏较大采空区空间的加固治理的注浆充填法。该方法施工过程简单, 操作方便;充填材料以尾砂为主, 减少了注浆量;注浆材料以黏土为主, 降低了水泥用量;工程施工成本投入低, 经济廉价;工程处置效果好, 有较大的适用空间。在工程中推广和应用注浆充填法处治采空区, 将在一定程度上提高空区稳定性, 减少地质灾害的发生。
摘要：采空区的存在严重影响了公路的建设和后期的运营。针对大空间、大范围的路基下伏采空区处治问题, 提出了一种适宜的注浆充填治理方法, 并成功应用于实际的路基下伏采空区治理工程。工程处治效果表明注浆充填方法具有良好的可行性和适用性。
关键词：公路,采空区,注浆,施工技术
参考文献
[1]温树杰, 胡国保.水泥土注浆在路基下伏稀土采空区处理中的应用[J].有色金属科学与工程, 2014, 5 (2) :107-110.
[2]罗亨俊.高速公路采空区地基注浆施工技术[J].交通标准化, 2014, 42 (3) :106-108.
[3]万战胜, 杨锋, 黄勇博.路基下伏煤矿采空区治理技术探讨[J].河南科技, 2014 (10) :182-183.
[4]陈安惠, 陈寿根, 张恒.高速公路下伏采空区风积沙充填技术试验研究[J].四川建筑, 2013 (1) :57-59.
2001年凤凰山矿南风井风机房检修时首次发现风机电机基础下沉,在以后多年的连续观测中,该基础沉降变形呈扩大的趋势。2008年时累计的下沉量最终导致风机停运。风井是煤矿的生命线,关系到矿工的生命安全。如何找到原因,有效制止风机的继续下沉,是确保矿井安全生产的首要任务。
南风井20世纪60年代建成投运,至2001年之前一直稳定运行,周边100 m范围内也无新建大型建筑,可排除周围建筑地基沉降带来的影响。由此推断,引起风机沉降的原因只有采空影响,确切地说是小煤窑越界开采的影响。因此,找出风井周边越界小煤窑,并加以封堵充填,是解决问题的根本出路。
2 处理思路
1)勘察。a.物探方法。采用以瞬变电磁法为主、浅层地震为辅的勘探方法。物探测线在拟建场地按规则网度布置,网度为10 m×5 m,即线距10 m,点距5 m。初步布置测线16条,瞬变电磁每条线长70 m,测点15个,地震测线需沿上倾方向延长100 m,即测线长170 m,炮点24个。按照设计的测线测点位置、间距、编号,采用动态GPS将物探测网敷设于实地,敷设精度应符合有关规范要求。b.钻探方法。依据物探勘察结果在小煤窑及巷道两侧布置勘察孔,揭露采空区的钻孔以后可作为注浆填充孔。在钻进过程中,观测冲洗液消耗量,上下钻动水位,掉钻的位置及尺寸,记录出水情况等,每孔完成后先用清水洗孔再做注水试验,采用静注,孔中水位尽量抬高到孔口,查明单位时间稳定漏失量,观测时间不少于30 min,计算单压漏失量等。对保留岩石样,进行室内抗压试验。2)注浆填充。采用水、水泥、粉煤灰充填法。该方法是在地表打孔,通过压力泵、钢管,将水泥粉煤灰浆液注入采空区及其上覆岩体裂隙中,在注入水泥粉煤灰浆液的同时加入碎石,经过固化,采空区内的混合物形成的结石体对其上覆岩层形成支撑作用,以达到采空区治理的目的。3)继续观测风井风机沉降,以检验注浆效果。4)2009年的勘察报告证实,风井场地南部100处有小煤窑越界巷道,长度50 m,并伴随局部小型串珠状采空区。因此,如何对其进行有效充填是笔者讨论的重点。
3 利用注浆法进行地基处理的原理及作用
采空区是地下煤层或其他矿产开采后围岩垮落而造成的岩层错位断裂在地层中形成的裂隙或孔洞。
注浆法则是利用气压、液压或电化学原理,把某些能固化的浆液注入到土层、岩层的裂隙或孔洞中,使浆液和岩层一起固化凝为一体,从而改善地基的物理力学性质,增强地基承载力,确保采空区上建筑物整体稳定。采空区地基处理一般采用压入式注浆法,假定地下不受扰动和破坏,在泵站压力或孔内外大气压力差作用下,浆液克服各种阻力渗入采空区地层的孔隙,注浆所用灌浆压力相对较小,吸浆量及浆液扩散距离与压力成正比,压力越大,吸浆量及浆液扩散距离就越大。
注浆法应用范围很广,可适用于土木工程中的各个领域,如砂基、砂砾石地基、软土及湿陷性黄土、采空区地基、断层软弱夹层、一般地基及振动基础、道路与桥梁基础和地下建筑等等。
利用注浆法对采空区地基进行处理后可起到如下作用:1)防渗:降低岩土的渗透性,减少其空隙间渗透量,提高地基的抗渗能力;2)防漏:有效隔断渗岩层间渗透的水流;3)加固:提高岩土抗压、抗剪强度,缩小变形量,保证建筑物地基的整体性和稳定性;4)纠偏:使已发生不均匀沉降的外观倾斜的建筑物恢复原位。
4 南风井注浆施工采用的工艺及工序
4.1 工程所需人员、材料及机械设备
工程所需的主要材料为用于表土段的ϕ127无缝钢套管及配制浆液所需材料。为节约成本,配制浆液原材料就地取材,主要是当地火电厂工业废渣——粉煤灰(粒径≤3 mm,含泥量≤3.0%)、32.5 MPa普通硅酸盐水泥、自来水及少部分的粒径2.5 mm～10 mm的石粉、水玻璃掺合剂等。施工机械设备:Z-150工程钻机、三台卧式搅拌机、泥浆泵及高压注浆管等。施工人员按工种不同分为钻机组、注浆组两组,每组按两班轮流,每班7人～8人。
4.2 施工工艺流程及工程质量要求
4.2.1 钻孔设计及测量放线
根据前期所做的工程地质勘察报告确定场区内采空区范围,按浆液压力扩展的理论半径确定注浆孔的数量、间隔、规格。现场依据钻孔平面布置图及井上下对照图由专业测量人员采用TDJ2型经纬仪和DS3水准仪进行施工放线。并且在钻机就位开钻前,现场技术人员会同现场监理人员、机长,对孔位又进行了实地复核并履行签字手续,孔位误差应不大于±0.5 m。
4.2.2 钻孔工艺
首先把钻机安装平稳,使孔口中心、钻机立轴中心重合。然后用ϕ146 mm钻头开孔,钻进过程采用泥浆护壁,钻穿表土段及风化带进入完整基岩段0.5 m后停钻,测量孔深,按长度切割对焊ϕ127 mm钢套管,冲洗孔内残留岩粉,填入适量砂砾,然后投入20 cm～30 cm的黏土。下入套管,管口应距孔底10 cm～20 cm,并高出自然地面20 cm～50 cm,通长浇筑1∶1水泥砂浆,待打压2 MPa满足设计要求后用ϕ108 mm钻头钻进岩层,全取芯孔完整基岩段岩芯采取率大于75%,冒落带采取率达25%。同时在钻进过程中,要详细记录漏水位置,掉钻深度、层位、耗水量、钻具及机器压力等的变化情况。若遇采空区的塌陷冒落带后可停钻,否则应钻至3号煤层底板下0.5 m处终孔。终孔后,测量孔斜及孔深。
4.2.3 制浆工艺
材料计量:按每次配制浆液的总量分别计算出各种材料的用量,水的体积以搅拌池加水深度计量,水泥以50 kg/袋计,粉煤灰以小车内容积计量,在制浆过程中用磅秤定时抽查水泥、粉煤灰重量,用比重计检查每罐浆液的浓度与标准配制浓度相对照。
浆液制备:水、水泥、粉煤灰根据实验室出具的实验配合比按体积进行混合搅拌后配置成浆液,现场根据估计的采空区吸浆量的不同采用4种配比,由稀到稠分别为1∶0.5∶0.4,1∶0.5∶0.6,1∶0.5∶0.8,1∶0.5∶1。
浆液控制:浆液须有效地渗入土或岩石的裂隙且具有良好的流动性,采空区地基处理以注水泥、粉煤灰为主,个别区域空洞较大地段应适当填入石粉等细骨料。注浆前用比重计对每罐进行测量,对照注浆所需的设计比重随时进行调整。设计要求浆液结石率平均大于85%,抗压强度大于0.5 MPa,现场每搅拌500 m3浆液提取一个试样(玻璃瓶装),密封保存28 d后,计算结石率,测试抗压强度。
4.2.4 压入式注浆施工工艺
1)场区帷幕孔注浆。
浆液配合比采用1∶0.5∶1,并加入速凝剂水玻璃缩短浆液流动距离,同时增加石粉投入量,快速充填采空区空隙,并延长间歇时间使所注浆液尽早凝固,同时采用定量注浆,增加注浆次数,浆液每次控制在35 m3左右。
2)中间孔注浆。
首先用清水加压洗壁,促使孔内畅通,以保证粉煤灰浆液的注入。采用间歇式注浆,浓度先稀后浓,每次注浆量控制在65 m3以内。根据现场勘察记录,考虑砂岩裂隙的大小,针对个别注浆孔可采用连续式注浆。注浆时,要随时观察相邻孔是否发生冒水、吐气、串浆等现象,当相邻孔冒水时,要延长注浆时间,将采空区内涌出的水排出后,直到孔口出现浆液时停止,以提高采空区的充填率;当投料孔孔口出现冒浆时,应及时用钻机扫孔,用清水打压,并加压灌注,防止“假合格”现象。
4.3 工程质量检测
注浆施工结束一年来,通过对风机的沉降观测,数据结果表明,沉降速率明显下降,风机正常运转,注浆效果显著。
5 结语
采空区内地基采用注浆法处理,选用了当地电厂粉煤灰工业废料作为主要充填材料,粉煤灰和水泥按一定比例拌和既改善了粉煤灰粘结性差的弱点,又提高其结石体强度,抑制了其振动液化;同时利用粉煤灰流体性好的特点,充分充填地下采空区裂隙,注浆充填后形成的结石不仅起到充填作用,而且起支撑作用,保证了建筑物的安全。建议该项技术应广泛推广使用。
参考文献
[1]张作瑂.灌浆法,地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1988.
[2]李学平.浅谈注浆技术在地基塌陷整治工程中的应用[J].山西建筑,2008,34(21):86-87.
采空区治理通常采用注浆法[1,2,3]。通过地面钻孔对采空区压注水泥砂浆、水泥粉煤灰浆等, 当地下有大面积采空空洞, 未塌陷或垮落较小时, 直接采用注浆法治理, 工程费用很高, 且施工中注入采空区水泥砂浆易在地下流失到应治理范围之外, 造成极大浪费。注浆投砂法能够降低采空区充填成本, 具有良好的技术效果和经济效益。
1 工程概况
陕北某矿措施井工业广场在施工过程中, 场地内出现大面积塌陷变形, 拆分车间、西侧边坡及场内路面出现多条裂缝。其中, 落煤塔最大下沉量达790 mm, 最大倾斜量达240 mm;筛分车间最大下沉量达155 mm, 最大倾斜量达237 mm, 且混凝土结构出现裂缝。为了尽快消除工业广场内建 (构) 筑物进一步变形破坏, 确保地面工程后续建设及运营期间的安全, 保护人民群众生命财产安全, 急需对地下采空区进行治理。
2 采空区特点及工程地质情况
通过调研走访发现, 该措施井工业场下伏2-2煤被小煤窑偷采, 开采方式为采9留7品字形房柱式开采。
根据已施工的探注结合钻孔揭露措施井工业场地内2-2煤厚度5.6 m~6.5 m, 埋深51.7 m~54.0 m, 小煤窑开采高度为4.5 m。煤层顶板为灰色粉砂岩, 局部为灰白色中粒砂岩。根据以往资料及本次钻探揭露, 治理区内地层自上而下为:第四系地层 (Q) 、直罗组 (J2z) 以及侏罗系中统延安组 (J2y) 。现由老至新分述如下:落煤塔及筛分车间周围采空区顶板发生局部冒落, 冒落高度为1.3 m~7 m, 钻孔揭露采空区时掉钻段高2 m~6 m, 平均掉钻段高3.15 m;筛分车间以北区域采空区顶板未冒落, 钻孔揭露采空区掉钻段高4.5 m。
3 采空区治理工程设计
3.1 采空区治理方案
目前国内采空区治理有充填法、局部支撑法和释放沉降潜力法等处理方法。该矿措施井工业广场采空区属浅层采空区, 采空区顶板整体性好, 完全没有塌落及冒落现象, 为降低治理成本, 并达到良好的治理效果, 该工业广场采空区治理采用注浆投砂施工方案。
3.2 采空区治理范围
采空区治理范围为:北翼措施井工业场地内落煤塔及筛分车间治理区、热风炉房及井口探查治理区及拟 (待) 建场地探查治理区。
场地内2-2煤埋深51.7 m~54 m, 影响区的范围按老采空区残余移动角70°进行确定。治理的重点为落煤塔、筛分车间等建 (构) 筑物, 围护带宽度按照10 m计算;采空区影响带宽度按埋深计算为20 m, 即为了保证治理效果建筑物外墙边界以外30 m范围内的采空区必须治理。
3.3 探注结合钻孔布设
工业场地内分为两部分:建 (构) 筑物重点治理区域和一般治理区域。1) 建 (构) 筑物重点治理区域 (Ⅰ区) :钻孔以落煤塔中心做辐射状布设, 钻孔间距约为4.5 m~10 m, 注浆孔优先布置在建 (构) 筑物基础及采空巷道部位。2) 一般治理区域 (Ⅱ区) :一般孔间距为10 m~15 m, 帷幕孔间距为10 m, 注浆孔优先布置在采空巷道及滑坡部位。
3.4 采空区充填量计算
由于目前掌握的采空区资料有限, 采空区的实际采空体积难以精确计算, 加之注浆时, 浆液充填覆岩裂隙的量难以精确计算, 因此, 采空区注浆量只能是预测估算。
1) 采空区剩余孔隙体积。
本项目采空区为2-2号煤层采空区, 煤层厚度为5 m, 2-2煤层为个体小煤窑开采, 采煤方式为房柱式开采, 顶板完整, 基本未冒落。剩余空隙率取为90%;根据调查, 房柱式小煤窑开采回采率为70%, 因此, 计算采空区剩余空隙体积为:
其中, V为采空区剩余空隙体积, m3;s为采空区治理面积, m2;b为采空区煤层厚度, m;η1为煤层回采率;η2为采空区剩余空隙率。
经计算, 剩余空隙体积为41 580.0 m3。
2) 采空区注浆量计算。
注浆浆液结石率按75%计算, 浆液对采空区及上覆岩层中的裂隙、裂缝和充填率要求为85%。考虑到注浆过程中的浆液损失, 浆液消耗系数为1.25, 则注浆量计算公式为:
其中, A为注浆总量浆液消耗系数;V为空洞—采空区空洞体积, m3;η为浆液充填系数;C为浆液结石率。
经计算, 采空区估算充填体积为58 905 m3, 最终注浆充填量以现场签证为准。
4 注浆投砂工艺
依据工业广场采空区特点, 治理工程注浆工艺确定采用一次成孔、自下而上, 一次全孔间歇式全充填注浆投砂工艺。
4.1 钻孔
1) 钻孔。开孔直径不小于170 mm, 穿透第四系进入基岩稳定地段5.0 m后, 变径为133 mm, 继续钻至采空区或煤层底板以下2.0 m终孔。钻杆与钻杆之间用丝扣连接。在钻进过程中, 所有孔必须采用清水钻进。整个钻进过程应做好钻孔原始记录及岩芯编录工作。如发现漏水、掉钻、埋钻、岩芯破碎及吸风等现象要详细记录其深度、层位和耗水量, 为采空区的“两带”发育的判断提供依据。2) 浇筑孔口管。下140 mm~160 mm孔口管, 长度按地层情况取6 m~9 m, 入稳定层5.0 m。若注浆过程中出现跑浆或注不进浆, 必须通过下注浆管进行注浆以保证注浆效果。将带有140 mm法兰盘的孔口管下入孔内变径处, 灌入水灰比为1∶1.5的水泥砂浆, 浇筑长度至地面。水泥砂浆液中应加水泥重量的2%速凝剂。注浆结束后, 然后用水泥砂浆封孔, 防止雨水渗入采空区。
4.2 注浆配比
注浆材料由注浆浆液和粗骨料组成。
浆液为水泥粉煤灰浆, 浆液配比如下:
水∶固相配合比:1∶1~1∶1.2。
水泥∶粉煤灰配合比:Ⅰ区探注孔4∶6;帷幕孔及Ⅱ区探注孔3∶7。水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥或矿渣水泥, 粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰。
速凝剂:速凝剂选用模数为2.4~3.4的水玻璃溶液, 巷道位置钻孔掺加水泥重量的2%, 构筑物注浆孔和一般注浆孔当注浆量较大时, 在浆液中掺加水泥重量的2%~3%。
在施工前, 注浆材料配比应按施工时使用的水泥、粉煤灰, 通过试验室及现场试验确定 (配比分别为1∶1, 1∶1.1, 1∶1.2) 。试验内容应包括每立方米浆液干料含量、浆液密度、初终凝时间、结石率、结石体强度等指标。
4.3 注浆工艺流程
本工程注浆工艺流程见图1。
4.4 制浆施工
1) 制浆工艺流程见图2。
2) 制浆材料计量。
a.制浆材料必须按规定的浆液配比计量, 计量误差应不大于2%。水泥等固相材料应采用重量称量法计算, 并采用标准量具进行随机抽检。
b.各类浆液必须搅拌均匀, 测定浆液密度和流动度等参数, 并作好记录。
3) 浆液搅拌。
a.浆液搅拌时间控制以分散、拌匀注浆材料, 获得流动性与稳定性合格的稳定浆液为原则。根据注浆试验, 当转速为60 r/min~80 r/min时, 搅拌时间不少于6 min。
b.浆液从开始制备至用完的时间宜小于4 h。
c.拌合好的浆液进入储浆池后, 为防止浆液离析沉淀, 注浆前应采用二次搅拌。
4.5 施工顺序
1) 施工顺序应按照帷幕孔→一般注浆孔→勘察孔的顺序进行施工。2) 钻孔及注浆应采用“分区域, 分序次、间隔”的原则进行。每个区域按照“先进行外围钻孔施工—后内部钻孔施工的原则进行”。一序次孔对采空区可以起到补勘的作用, 根据实际地层及采空区情况对后序孔的孔位、孔距、孔数进行适当调整, 弥补均匀布孔的不足。3) 若同一序孔之间串浆, 则可取消相应之间的后序孔施工。不同次序的孔, 在前一次序的孔全部注浆完成后, 方可进行后一次序孔的钻孔施工。4) 对掉钻2 m以上、注浆量较大的钻孔, 要实施间歇式注浆注砂加速凝剂工艺, 间歇时间不少于12 h。
4.6 注浆施工
注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法, 注浆开始后, 要定时观测泵的吸浆量和泵压, 记录注浆过程中发生的各种现象, 收集原始数据, 并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。为便于控制, 实际注浆时, 每孔可选稀、稠两种配比的浆液进行注浆, 稀浆灌入量取单孔注浆量的30%为宜。当注浆量较大时, 应采用间歇式注浆法施工, 或在浆液中加入水泥重量2%的速凝剂。所有揭露采空区的探注钻孔, 单孔补浆次数不应小于2次。注浆孔投砂采用开放式工艺, 在投砂前在注浆初始阶段, 投砂器投入的砂经浆液流动带入孔中, 为防止堵孔, 应避免在短时间内投入大量的砂。投砂量应控制在总注浆充填量的10%~50%, 具体可根据现场实际情况调整。注浆末期将孔口装上带压力表的三通, 泵压逐渐升高, 当注浆达到设计压力, 泵量小于50 L/min, 超过15 min时, 孔口压力达到1.5 MPa时, 该孔注浆结束。
5 质量检测
根据采空区的地质构造特性、工程地质条件和以往的工作经验;并结合当地的实际情况以及工程进度要求, 处治工程结束后应进行工程治理质量检测, 评价治理效果。采用钻孔检查、物探 (孔内波速测井) 及技术资料检查相结合的方式来检验治理工程质量。
注浆施工结束3个月后, 进行钻孔检验, 共布置10个钻孔。通过现场检测, 浆液对采空区的充填率在80%~90%, 浆液结石率为75%~90%, 送检取样试块12组, 经抗压试验检测, 单轴无侧限抗压强度均大于3.0 MPa, 满足设计要求。
采用物探 (孔内波速测井) 对采空区治理效果进行检测, 采空区注浆投砂治理区的横波波速在420 m/s~640 m/s之间, 均满足注浆设计要求且大于350 m/s。综上所述, 浆液结石体的强度及采空区注浆投砂治理区的横波波速值均满足设计要求, 说明该采空区注浆工程质量满足设计要求。
6 结语
采用注浆投砂法对顶板相对较为完整、坚硬, 未塌落或未完全塌落, 采区空间比较大的采空区进行加固, 其效果显著。既保证了工程质量, 又节约了大量的工程成本, 为类似采空区的治理提供了一条切实可行的途径。
摘要：以陕北某矿工业广场为背景, 对煤矿采空区顶板岩层相对完整、坚硬, 采空区空间比较大, 顶板未塌落或未完全塌落的采空区, 提出了注浆投砂技术, 实践证明:采用该技术治理采空区不仅能够达到良好的治理效果, 而且能够大大降低治理成本。
关键词：注浆投砂,采空区,治理
参考文献
[1]张碧华.浅议采空区治理施工技术[J].山西建筑, 2011, 37 (12) :81-82.
[2]赵欣.注浆法在采空区治理中的应用[J].山西建筑, 2011, 37 (25) :84-86.
