采空區(qū)注漿地基處理方案的設(shè)計與施工探析

1、<p>　　采空區(qū)注漿地基處理方案的設(shè)計與施工探析</p><p>　　摘要：煤礦采空區(qū)無法直接作為城鎮(zhèn)建筑用地，為有效運用土地資源，可在對采空區(qū)采空范圍和地質(zhì)條件深入調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用注漿地基處理方案，本文選取采空區(qū)注漿地基處理角度，并展開相應(yīng)論述。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：采空區(qū)；注漿地基；處理方案 </p><p>　　中圖分類號： TU47

2、文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　一、工程概況 </b></p><p>　　XX城鎮(zhèn)選定的搬遷場地中有煤礦采空區(qū)，該采空區(qū)有1km&sup2;的范圍，因上世紀(jì)九十年代百姓無序開采而形成，有30個遺留的采煤井硐，雖然已經(jīng)停止采煤，但這一區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)下沉跡象，且局部區(qū)域已經(jīng)形成地表移動盆地，采空區(qū)頂部也可見少量的拉裂縫。該場地是XX城鎮(zhèn)

3、搬遷的最理想?yún)^(qū)域，但場地內(nèi)存在下伏采空區(qū)，將對上覆蓋層和基巖形成破壞，使其無法承受建筑荷載和交通荷載，容易出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，對地面建筑及人員都構(gòu)成安全隱患。正因如此，極為有必要選取適合的工程措施，改善場地地質(zhì)條件，從而保障XXX城鎮(zhèn)新址建設(shè)的順利進行。 </p><p>　　二、采空區(qū)場地工程條件 </p><p>　　1.地層結(jié)構(gòu)和巖性特征 </p><p>　

4、　受地層結(jié)構(gòu)和巖性特征影響，煤礦采空區(qū)形成自身采空特點，對建筑物形成不同程度影響。XX城鎮(zhèn)新址采空區(qū)的地層結(jié)構(gòu)和巖性特征為： </p><p>　　(1)采空區(qū)出現(xiàn)緩傾。XX城鎮(zhèn)新址內(nèi)煤礦總體構(gòu)造單斜，其傾斜角度為17°左右。 </p><p>　　(2) 存在開采層差異。煤礦礦區(qū)內(nèi)的煤層較為集中，且各煤層間的距離不大，一般采取立體多層開采的方式，只有較少的區(qū)域開采單層或五層，而

5、大多區(qū)域開采三到四層。該區(qū)域煤層開采具有復(fù)雜性，這決定了該采空區(qū)變形復(fù)雜，需要較長的穩(wěn)定時間。 </p><p>　　(3)重復(fù)開采的影響。開采行為會對巖層和地表形成影響，使其發(fā)生移動、變形、甚至是破壞，而重復(fù)開采行為將對巖層和地表形成更大的影響。 </p><p>　　(4)采空區(qū)的埋深淺。XX城鎮(zhèn)新址礦區(qū)的傾斜角度不大，在煤層的淺層甚至有所露頭，地層結(jié)構(gòu)上不為復(fù)雜，且采空區(qū)的埋深很淺。

6、 </p><p>　　(5)地質(zhì)條件很復(fù)雜。XX城鎮(zhèn)新址礦區(qū)因為長期的、高強度的排水，水位已經(jīng)大幅下降，又由于局部區(qū)域有大量水砂填充，往往形成高壓水勢，將給后期注漿治理帶來難度。 </p><p>　　2.簡要概述采空區(qū)塌陷原理 </p><p>　　（1）淺部出現(xiàn)塌陷坑。當(dāng)煤礦開采深度不大時，煤層尚不穩(wěn)定，可能出現(xiàn)上覆巖層局部受破壞的現(xiàn)象，導(dǎo)致地表出現(xiàn)分布不均勻

7、的塌陷坑。 </p><p>　?。?）地表大面積下沉。地下煤層因被采出而形成采空區(qū)，致使采空區(qū)頂板變形，出現(xiàn)彎曲、移動或破碎掉落現(xiàn)象，而這種變動將波及到地表，導(dǎo)致地表地面大面積下沉。XXX城鎮(zhèn)新址采空區(qū)受多層、反復(fù)、長期煤礦開采的影響，地表地面下沉情況嚴(yán)重，治理難度較大。 </p><p>　?。?）復(fù)采活化的不利影響。當(dāng)煤礦上部煤層被開采后，將對該煤層下一工作面或下部煤層進行開采，導(dǎo)致

8、礦區(qū)地表和巖層的移動范圍增大，而總體穩(wěn)定時間也有所增長。復(fù)采活化不利影響加劇了煤礦巖層和地表的移動變化。 </p><p>　　（4）對松散層的沖蝕。在煤礦礦區(qū)開采范圍內(nèi)，某些區(qū)域因為煤層埋深較淺而出現(xiàn)裂隙帶或冒落帶，在水流動力的作用之下，大量水砂涌入采空區(qū)，也能引起該區(qū)域地表的塌陷。 </p><p>　　三、采空區(qū)的注漿處理方法 </p><p>　　1.可行性

9、治理方案 </p><p>　　依據(jù)煤礦采井公式計算，該礦區(qū)所存采空區(qū)有沉降中心，以垂向下沉為主，傾斜角度偏小，更多的是水平位移；但盆地邊緣和外緣裂隙拉伸帶卻存在水平位移和傾斜位移，并以這兩種位移為主。鑒于采空區(qū)地質(zhì)對建筑工程的影響，需要采取特定措施加以規(guī)避，針對XXX城鎮(zhèn)礦區(qū)采空區(qū)狀況，有如下兩種方案可供選擇： </p><p>　　A方案:在保留采空區(qū)原有保安煤柱的前提下，依據(jù)煤硐距地

10、表的不同而采取不同策略。對于距地表較深的煤硐，可沿巷道按特定間距與規(guī)格設(shè)置灌漿孔，然后實施灌漿加固工序，從而實現(xiàn)對煤硐上覆變形巖體的加固；對于距地表較低的煤硐，可以用塊石混凝土加以填充。 </p><p>　　B方案：在礦區(qū)未從事開采活動的情形下，可先將地表居民遷移，再從地表注孔，實施孔內(nèi)爆破，以此來實現(xiàn)對煤硐采空區(qū)的填充。 </p><p>　　2.注漿方案的選定 </p>

11、<p>　　A方案具體設(shè)計：對于采空區(qū)已然直接穿越的煤硐，可根據(jù)其與地表的距離采用不同的手段。首先是針對淺層煤硐的治理，在穿越煤硐長度1.5倍的場地范圍內(nèi)，可以用煤硐內(nèi)現(xiàn)存的塊石混凝土進行回填充實處理。其次是針對深層煤硐的治理，因為與地表間距離較大，受治理工程費用及治理效果的雙重影響，不能采用和淺層煤硐相同的治理辦法。在采空區(qū)頂板巖體質(zhì)量及安全厚度均不能達(dá)到要求的情形下，可以選用灌漿治理方案，從而實現(xiàn)對巖體裂隙的填充和加固，

12、這在極大程度上減輕了采空區(qū)巖體變形狀況，也有效增強了采空區(qū)上覆的荷載能力。 </p><p>　　XX城鎮(zhèn)新址采空區(qū)注漿治理工程中，所采用的注漿孔徑為120mm，間距為4m。該注漿治理工程中共涉及到主干道地段廢棄煤硐12個，壓實處理長度共為270m,灌漿處理長度為150m，共有28個注漿孔。根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有消費水平，需要支付100.36萬元的費用。 </p><p>　　B方案具體設(shè)計：需搬遷

13、12家住戶，拆毀住房2458?，通過地表爆破方法來填充煤硐采空區(qū)，以實現(xiàn)對主干道地段廢棄煤硐的治理。其中，共處理爆破填充長度301.5m，需要支付180.95萬元的費用。 </p><p>　　上述兩種采空區(qū)治理方案皆能解決該地地質(zhì)災(zāi)害，都有利于采空區(qū)地表建筑工程的實施，但結(jié)合所用經(jīng)費、施工難度和地表建設(shè)等諸多因素，A方案都優(yōu)于B方案，應(yīng)選用A方案，即選用采空區(qū)注漿治理方案。 </p><p&

14、gt;　　四、注漿施工、質(zhì)量控制方法 </p><p>　　選取注漿治理方案后，應(yīng)注重注漿施工和質(zhì)量控制，從而保證注漿施工的順利進行。 </p><p><b>　　1.實施注漿工藝 </b></p><p>　?。?）配制漿液?？捎玫牟牧蠟榉勖夯?、水、325普通硅酸鹽水泥。漿液配制具有一定比例，其中，水泥與粉煤灰比例為0.3：0.7；水與固體

15、比例為l：1.5；速凝劑水玻璃與水泥比例為1:50。 </p><p>　?。?）注漿順序。先對外圍注漿，后對采空區(qū)進行集中加壓注漿，從而實現(xiàn)對路基下空間的盡數(shù)填充，確保重要地段獲得主要工程量。 </p><p>　?。?）實施復(fù)灌。受諸多因素影響，井下巷道和采空區(qū)間可能未實現(xiàn)連通，面對這一現(xiàn)狀，在實施一次注漿后，可將采空區(qū)和可疑地段爆破，爆破所產(chǎn)生的沖擊波能將受堵孔道沖開，可以在此基礎(chǔ)上

16、實施復(fù)灌舉措。 </p><p>　　2.應(yīng)特別關(guān)注的環(huán)節(jié) </p><p>　?。?）應(yīng)設(shè)置觀察孔，以便隨時觀察注漿情況。 </p><p>　　（2）實施注漿工藝時，應(yīng)將輸漿鉆桿通過注漿孔深達(dá)采空區(qū)底部，實現(xiàn)注漿排水，也有效避免積水稀釋漿液。 </p><p>　?。?）應(yīng)保障泵送的連續(xù)性，即使出現(xiàn)中斷情況，中斷時間也應(yīng)確保在漿液初凝時限

17、之內(nèi)。 </p><p>　　（4）在注漿孔孔口設(shè)置阻塞器和加壓套管，從而實現(xiàn)順利加壓。 </p><p>　?。?）應(yīng)計算好注漿與復(fù)灌間的時間，以實現(xiàn)漿液的完全固化，實施炸裂爆破工藝之后，掌握好加壓復(fù)灌量，從而獲得良好的復(fù)灌效果。 </p><p><b>　　3.檢驗注漿效果 </b></p><p>　?。?）實施

18、效果探測。一方面采用物探手段探測采空區(qū)是否完全治理好；另一方面采用聲波波速測試手段，檢測灌漿效果和區(qū)域巖體特性。 </p><p>　?。?）進行鉆孔取芯。檢測采空區(qū)治理效果可以采用“鉆孔取芯”策略，在兩個注漿孔間鉆孔取芯，以鉆孔過程中的芯樣和掉鉆情形來觀測治理功效。 </p><p>　?。?)觀測沉降情況。觀測已治理采空區(qū)的沉降情況，將觀測結(jié)果和正常路基加以比對，對治理效果欠佳的采空區(qū)

19、予以重新治理，從而保障對采空區(qū)的治理效果。 </p><p>　　除上述三個方面外，鑒于地質(zhì)體存在不均一性和不連續(xù)性，可在工程實施前開展注漿試驗，將計算及試驗結(jié)果相比較，從而對設(shè)計、投資和施工各環(huán)節(jié)形成有利引導(dǎo)。 </p><p><b>　　五、結(jié)語 </b></p><p>　　現(xiàn)存采空區(qū)成為制約當(dāng)下礦區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)的重要難題，本文以XXX城鎮(zhèn)

20、新址采空區(qū)治理為例，結(jié)合礦區(qū)開采特點和采空區(qū)塌陷原理，制定可行性方案，在比較分析的基礎(chǔ)上選定注漿加固治理方案，實現(xiàn)了治理采空區(qū)和保障地表建筑物安全的目的。該采空區(qū)注漿治理方案的成功實施，是對采空區(qū)治理經(jīng)驗的有益總結(jié)，也是對社會經(jīng)濟發(fā)展的有效推動。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]張春;題正義;李宗翔.采空區(qū)孔隙率的空間立體