煤礦采空區(qū)注漿地基加固處理技術(shù)
為了防止采空區(qū)地基沉降，采用注漿方法對(duì)采空區(qū)及破碎巖層進(jìn)行加固處理。本案例中闡述了對(duì)煤礦采空區(qū)治理的特點(diǎn)、施工工藝、施工過(guò)程質(zhì)量控制及出現(xiàn)問(wèn)題的處理措施等方面，淺談煤礦采空區(qū)注漿治理技術(shù)的應(yīng)用。
1、工程概況
1.1工程概況
本項(xiàng)目擬建區(qū)域是原亨達(dá)煤礦潘家溝采區(qū)，位于鷹手營(yíng)子礦區(qū)營(yíng)子鎮(zhèn)河北村潘家溝，與營(yíng)子城區(qū)隔河相望，緊鄰112國(guó)道，交通便利。
1.2工程地質(zhì)條件
在勘探深度范圍內(nèi)，地層自上而下為：
石炭系(C)：①砂巖為灰白色~青色，主要為石英砂巖，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯呈柱狀，屬較硬巖：②頁(yè)巖為灰黑色，主要為炭質(zhì)頁(yè)巖，含石英長(zhǎng)石云母等，具薄片狀層理，巖芯呈短柱狀，屬軟巖;③煤巖，主要為六層煤。
二疊系(P)：①砂巖為兩層，上層為黃褐色，下層為青色-灰白色，主要為石英砂巖和長(zhǎng)石砂巖;②頁(yè)巖為灰黑色，主要為炭質(zhì)頁(yè)巖，含石英長(zhǎng)石云母等，具薄片狀層理，巖芯呈短柱狀，屬軟巖;③煤巖，主要為四層煤。
第四系全新統(tǒng)(Q)：卵石為黃褐色，亞圓狀，具輕微~中等風(fēng)化，填充物為中粗砂和粘性土，頂部局部含雜填土、粘性十、碎石。
1.3水文條件
礦區(qū)屬燕山山地水文地質(zhì)分區(qū)，低山裂隙水亞區(qū)，主要含水層為第四系沖積層、茂山層含水層。第四系沖積層潛水主要存在于第四系松散沉積物的孔隙中，水位埋深為1~3.5m，主要受大氣降水補(bǔ)給，隨季節(jié)性變化顯著。茂山含水層主要由細(xì)砂巖、粉砂巖以及含礫粗砂巖組成，基巖水類型為風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙水，水位埋深約為22~25m。
1.4煤層分布及采空分布
本區(qū)域內(nèi)主要可采煤層為4、6層。
四層煤：為全區(qū)主采煤層，由于火成巖侵入煤層破壞嚴(yán)重，煤厚2.7~2.8m，煤層?xùn)|部厚西部薄，煤層傾角23°煤層夾石1~3層，夾石總厚為0.6~3.5m，屬于較穩(wěn)定煤層。四層煤頂板為粉砂巖，頂部為頁(yè)巖、泥巖和薄層泥質(zhì)灰?guī)r，屬Ⅰ類不冒落頂板。
六層煤：為本區(qū)主要可采煤層之一，煤厚0.18~3.41m，平均煤厚為1.48m，厚度變化較大屬于不穩(wěn)定煤層。六層煤底板往往有1~2m厚泥質(zhì)頁(yè)巖或粉砂巖。頂?shù)装鍘r石節(jié)理、裂隙發(fā)育，使其強(qiáng)度減弱，綜合分析判斷本場(chǎng)地采空區(qū)深度在80m以內(nèi)。
2、采空區(qū)的注漿治理設(shè)計(jì)參數(shù)
采空區(qū)采用全灌注充填法進(jìn)行注漿治理，即地表注漿充填覆巖裂隙區(qū)和全部充填采空區(qū)空洞支撐覆巖，以徹底消除地基沉陷隱患，從而達(dá)到有效控制采空塌陷對(duì)地面建筑的影響。根據(jù)治理范圍及勘察情況，本次治理設(shè)計(jì)采用帷幕孔和注漿孔兩種鉆孔進(jìn)行治理。
2.1注漿治理深度
注漿治理深度為基巖面至采空區(qū)以下3m，注漿治理深度約為80m。
2.2注漿孔的設(shè)計(jì)
①平面布置：帷幕孔在治理注漿孔外圍呈線性布設(shè)，注漿孔在帷幕孔內(nèi)呈網(wǎng)格型布設(shè)。
②孔距：根據(jù)有關(guān)施工規(guī)范和本采空區(qū)治理的施工經(jīng)驗(yàn)，綜合確定建筑物內(nèi)帷幕注漿孔布置2排，孔間距10m，排距5米，治理注漿孔排距10m、孔間距10m。其他區(qū)域治理注漿孔排距15m、孔間距15m;治理注漿孔距帷幕注漿孔10m。
③孔徑：鉆孔孔徑控制在130~150mm，經(jīng)一至兩次變徑后，終孔孔徑不應(yīng)小于91mm。
④注漿施工順序：帷幕孔、注漿孔均采取間隔式分次序施工和注漿，一序孔要注意對(duì)采空區(qū)的補(bǔ)勘，二序孔要根據(jù)一序孔的鉆進(jìn)效果判斷是否調(diào)整治理設(shè)計(jì)。具體施工順序?yàn)椋?/span>
一序帷幕孔→二序帷幕孔→一序注漿孔→二序注漿孔
2.3注漿量設(shè)計(jì)
根據(jù)《采空區(qū)建筑物地基處理技術(shù)規(guī)范》GB51180-2016第4.2.4條全灌注充填法灌注量按下式估算：
式中：Q.為灌注量(m);t為灌注量損耗系數(shù)，可取1.2~1.5：S為采空區(qū)地基處理面積(m);M為采出煤層法向厚度(m);N為煤層回采率(%);n為采空區(qū)剩余空隙率(%);n為充填系數(shù);c為漿液結(jié)石率(%)，以試驗(yàn)或地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定，并不小于80%;a為煤層傾角(°)。
Q=1.4×29800×2.9×50%×30%X 0.85-0.85-cos 23°=19726.3m3
根據(jù)本區(qū)采空區(qū)治理施工經(jīng)驗(yàn)，每米注漿量約為0.5m3~1.5m3，平均每米注漿量約為0.79m。本次注漿孔共21990m，估算注漿量為17372.1m3。
2.4漿液配合比
參照本煤礦采空區(qū)注漿治理經(jīng)驗(yàn)，漿液水固比宜取1：1.0~1：1.3，固相中水泥、粉煤灰比為1：0.4，水玻璃為漿液的2.5%，膨潤(rùn)土為漿液的1%，注漿前應(yīng)取樣進(jìn)行配比試驗(yàn)，再確定配合比。
3、采空治理施工工藝
3.1注漿施工工藝流程
定點(diǎn) → 鉆孔及下焊管 → 下注漿管 → 備料 → 攪拌漿液 → 注漿 → 終止注漿
3.2鉆孔定位
按照設(shè)計(jì)鉆孔坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量放線工作，定點(diǎn)測(cè)量誤差控制范圍為±10mm，鉆機(jī)就位誤差控制在±20mm。鉆機(jī)就位后，提交分項(xiàng)開(kāi)工報(bào)告申請(qǐng)，經(jīng)監(jiān)理同意后方可進(jìn)行開(kāi)鉆。
3.3鉆孔施工注意事項(xiàng)
①勘察孔、勘察性試驗(yàn)孔和注漿孔施工均采用中130mm或中146mm鉆頭開(kāi)孔，鉆至完整基巖(10m左右)后，下入①127mm套管護(hù)壁，然后變徑為D91mm，孔深80m。如遇到厚層采空區(qū)可先進(jìn)行分段注漿然后再施工，以免埋鉆。
②在鉆孔施工過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)漏水、掉鉆、埋鉆、機(jī)上見(jiàn)軟、見(jiàn)硬等現(xiàn)象，要詳細(xì)記錄其深度、層位和耗水量，并應(yīng)立即采取相應(yīng)措施。
③每個(gè)注漿孔鉆孔中測(cè)斜至少一次，終孔孔斜不得超過(guò)2°/100m。
④采用回轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)，不允許用沖擊式鉆進(jìn)，以防采空區(qū)突然發(fā)生塌落，施工時(shí)做好鉆孔開(kāi)孔通知書、鉆探班次報(bào)表、巖芯編錄等資料。
⑤待鉆孔至采空區(qū)底板或煤層底板以下3m時(shí)，向技術(shù)負(fù)責(zé)和駐地監(jiān)理工程師申請(qǐng)終孔，經(jīng)驗(yàn)收合格方可進(jìn)行下一道工序。
⑥壓水沖孔。由于鉆進(jìn)過(guò)程中孔內(nèi)沉淀物較多，在下注漿管前應(yīng)將鉆具下至孔底，壓水沖洗孔內(nèi)殘留巖粉及其它沉淀物，保持孔內(nèi)裂隙暢通。
3.4澆筑孔口管
(1)用中50mm鋼管作為注漿管，長(zhǎng)度根據(jù)注漿孔深度而定。
(2)在注漿管前端200-300mm處焊接法蘭托盤中120~130mm或采用橡膠、尼龍條封堵。下入帶法蘭托盤或尼龍條的注漿管，注漿管下到變徑位置下2-3m。
(3)調(diào)制水泥漿，水灰比為1：1.5-1：2，可加入水泥重量的2-3%的水玻璃或其他快凝材料，攪拌均勻，灌入水泥漿液，澆筑長(zhǎng)度應(yīng)不低于10m。
3.6注漿施工
帷幕孔灌漿時(shí)，應(yīng)在制漿材料中加入水泥重量的2%~3%水玻璃，使注入采空區(qū)的漿液盡快凝固，以形成幕墻。漿液濃度先稀后稠，逐級(jí)變換，漿液的配合比為1：1.3~1：1.4。
注漿孔灌漿時(shí)，應(yīng)避免在短時(shí)間內(nèi)注入大量的水泥粉煤灰漿，當(dāng)灌注量達(dá)到設(shè)計(jì)量的30%，注漿壓力和單位吸漿量均無(wú)明顯變化時(shí)，應(yīng)調(diào)濃灌注、采用間歇式注漿法施工。
當(dāng)空洞體積較大或單孔注漿量達(dá)到120m”時(shí)，應(yīng)使用漏斗狀的投砂器，用漿液將砂或礦渣帶入孔內(nèi)，必要時(shí)可在漿液中加入水泥重量1%~3%的速凝劑。
3.7單孔灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)
在灌漿孔灌漿的末期，泵壓逐漸升高，當(dāng)泵量小于70L/min， 孔口管壓力在2.0MPa之時(shí)， 穩(wěn)定10~15min， 可結(jié)束該孔的灌漿施工。
