煤矿采空区场地的注浆治理工艺研究

0引言
煤矿开采之后易在地下存留相应的采空区，
地下土壤层和松散的岩层处于崩溃状况，其强度和承载力难以吻合实际建设需求，需采取强有力的方法，
进一步增强场地强度，吻合建设基本需求。

采空区场地注浆法，
自身工艺操作简易、施工占用空间较小，施工效率高，可进一步增强场地实际承载力，满足场地建设实际需求。

煤矿采空区场地注
浆治理作为一项综合性、复杂性工作，
需积极做好各环节质量控制，保证其自身施工质量可靠性，
为场地项目建设提供保证。

1煤矿采空区场地注浆技术优势分析
注浆施工技术核心应用原理为，选取多种压入方式，
将其中部分浆液注入岩土空隙内部，
促使其与浆液形成完整的整体，
以此增强土地自身强度，进一步获取良好的稳定性及抗渗性，改善岩土自身物理性质。

煤矿采空区场地应用注浆治理方法优势如下：①工艺先进。

针对裂缝等常
见质量通病，选取注浆技术可予以改善，
正式施工过程中操作简易，配置装置简单，规模较小，耗损成本较少，可适
应多种施工条件。

②工期短，见效快。

选用注浆治理施工技术，施工效率较高，最终获取良好的成效。

③加固深度可灵
活性调整，
有助于控制。

注浆施工过程中结合项目实际状况，确定最终钻孔实际深度，施工现场整体占地面积较小，
施工灵活，加固深度可进行灵活性控制。

④防水性较佳。

注浆技术用于煤矿采空区场地中，
不仅可避免长周期受雨水侵蚀，而且可避免材料老化，保证混凝土与其他材料具有良好的粘结性[1]。

2煤矿采空区治理工程设计2.1治理范围
采空区注浆场地主要包含两种类型，即无地下水或少水采空区注浆、地下富水采空区，前者主要因没有地下水
浮力的作用，若施工场地内出现开裂、冒浆现象，
表明地下采空区基本注实；后者因水浮力的干扰，地面出现上述现象难以判定其是否充填密实，可能受地下水压力增加等因
素，产生此类问题，不能将地面冒浆作终孔基本准则。

煤矿
采空区治理范围确定，需积极结合项目地质环境条件确定，保证其治理长度和宽度吻合标准，一般采空区治理深度不小于采空区底板深度。

2.2采空区注浆量
一般结合施工中单孔注浆量分布状况，
依照单层采空区区域、多层采空区区域等进行汇总，最终呈现采空区实际分布状况图，明晰注浆较小注浆孔和注浆量较大的注浆
孔，判定各部位实际充填状况，最终掌握注浆量。

注浆量确定可依照以下公式进行计算：
式中：Q 为采空区总注浆量（m 3）；S 是采空区治理面积
（m 3）；V 是采空区剩余空隙体积率，一般取值处于0.2-1；K
是煤层采取率；N 为注浆充填率；C 为浆液结石率。

2.3采空区注浆设计一方面，注浆材料选取一般为水泥粉煤灰浆液，将其水谷比控制在1:1.0-1:1.4，水泥含量占据固相30%，粉煤
灰占固相70%，为进一步保证浆液快速凝固，
以此形成完整的帷幕，需结合实际状况适当增加相应的速凝剂。

另一方面，注浆孔布设。

注浆孔设计深度一般为地面至采空区煤层底板以下1.5m ，注浆孔实际长度需结合实际状况进行确定。

为避免后续注浆过程中浆液蔓延，建议布设帷幕
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—作者简介:张继伟（1979-），男，黑龙江拜泉人，本科，中级，研究
方向为矿井安全。

煤矿采空区场地的注浆治理工艺研究
Research on Grouting Treatment Technology of Goaf Site in Coal Mine
张继伟ZHANG Ji-wei
（中煤华晋集团韩咀煤业有限公司，
临汾041000）（China Coal Huajin Group Hanzui Coal Industry Co.，Ltd.，Linfen 041000，China ）
摘要:随着经济高速发展，工程建设用地愈发紧张，煤矿采空区建筑工程发展较为迅速，但因其实际承载力较低、地基不稳定以及
易形变等问题，促使难以用于工程建设中。

结合对煤矿采空区地基加固治理经验，
注浆技术凭借多个优势普遍应用，整个施工流程繁多复杂，质量控制难度把控，需积极掌握相关技术要点，采取强有力的措施保证施工质量可靠性，
进一步增强场地实际承载力，吻合建设场地实际需求。

Abstract:With the rapid economic development,the land for project construction has become more and more tense.The construction of coal mine goafs has developed rapidly.However,due to its low actual bearing capacity,unstable foundations and easy deformation,it is difficult to use in engineering bined with the experience of foundation reinforcement and treatment in coal mine goafs,grouting technology is widely used with multiple advantages.The entire construction process is complicated and the quality control is difficult to control.It is necessary to actively master relevant technical points and take strong measures to ensure the reliability of construction quality.To further enhance the actual carrying capacity of the site and meet the actual needs of the construction site.
关键词:煤矿采空区场地；注浆治理；
施工工艺Key words:coal mine goaf site ；grouting treatment ；construction technology 中图分类号:TD82-9文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2021）35-101-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2021.35.034
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孔。

注浆孔在采空区治理范围内布设需保证合理，注浆孔孔距、排距应满足表1相关要求。

为检查后续施工质量，一般按灌浆孔2-5%布设检查孔数量，检查孔可进行随机布设[2]。

3煤矿采空区场地的注浆治理工艺采空区治理工艺作为治理关键内容，直接关乎后续场地治理成效，其实际施工流程见图1，需严格依照相关规程做好控制，保证各环节施工质量达标，保证采空区场地实际性能吻合工程建设要求。

3.1施工准备工作施工准备作为整个施工初期阶段，其质量可靠性与后续整个环节质量密切相关，需对其加以重视，应积极做好注浆前采空区场地水文地质调研工作。

积极掌握岩层含水层、透水性等，判定地下水自身静压力、流量等相关信息。

初期需结合场地实际状况，
确定注浆实际设计内容，如堵水范围、注浆层段、注浆深度等，确定注浆参数，估算材料实际耗损，积极做好劳动组织和施工进度布设，保证整个施工有序开展，促使施工质量可靠性。

3.2成孔工艺注浆孔需选用经纬仪、皮尺积极做好测量放样工作，钻孔实际部位不应超过初期设计的0.5m ，当受地面干扰钻孔无法就于设计部位，可结合是状况进行灵活调整。

钻孔初期过程中，各采空区实际治理范围内建议布设2-3个取芯钻孔，进一步对地层实际状况进行勘察，为达成治理目标，需选取相应的施工工艺和设备。

正式钻孔过程中，需注意以下要点：①钻孔实际部位应与测量定位相统一，其两者偏差需控制于0.5m ，若因地面影响钻机难以就位，需通过现场监理人员进行审核之后变更孔位。

②钻孔测斜频率，终孔前测量一次孔
斜，需保证终孔孔斜≤2°。

③钻进过程中为保证
成孔质量可靠性，需选用一定的导向措施，基岩面5m 以下需采取清水钻进，回水池岩粉应第一时间进行清除。

④钻孔施工过程中，需完整、真实记录相关钻探信息，钻探记录需保证清晰真实，并有实施钻孔和记录人员签字确认。

⑤钻孔施工过程中，若存在漏水、
掉钻、埋钻等异常现象，需第一时间记录并测量其实际
深度，并反馈至技术部门。

3.3制浆工艺
浆液制作作为整个治理施工工艺关键环节，其与后续治理成效密切相关，需对其高度
重视，注浆材料主要是由水、水泥等原材料构
成，需严格依照相关规程对此类材料进行检
验，
保证其质量可靠性。

浆液配置需结合设计配合比实施，并随机抽查浆液各指标是否吻合
相关规程，浆液搅拌制过程见图2。

配置浆液过
程中，水泥与粉煤灰应保证计量混入一级搅拌池内，利用滤网注入二级搅拌池搅拌，应将每次搅拌时间控制于超过10分钟，待浆液搅拌均匀之后，方可利用注浆泵注入采空区。

注浆
开始之后需动态化观测泵自身实际吸浆量，完整、真实记
录注浆存在各类状况，完成现场测试和原始数据汇总采集，结合实际状况灵活性调整浆液实际配比和注浆方法[3]。

3.4注浆工艺
3.4.1注浆系统构成
注浆作为整个治理过程的“重头戏”，
其施工质量决定最终采空区场地注浆质量，需积极做好各项工作，注浆系统内部包含多个构件，不同构件自身功能存在差异性：搅
拌机，需保证其吻合正常工作，
搅拌之后浆液应保持均匀，满足相关规程，一次搅拌量应≥1.5m 3；搅拌池，其内部设置搅拌系统，促使搅拌后浆液均匀；蓄水池，
制浆站应结合整个施工注浆总量实际需求，构建多个蓄水池，保证工作
正常运行，蓄水池建设规模取决于拟建场地实际状况；注浆泵，建议选取变量泵，注浆泵压力应超过注浆最大设计
压力1.5倍；压力表，注浆孔压力表最大指数需超过2.0MPa ，帷幕孔压力表最大指数需超过5.0MPa 。

3.4.2注浆参数的确定
①扩散半径。

浆液处于岩石裂缝中扩散范围为扩散半
径，有效扩散范围内浆液可实现充盈，进一步封堵涌水，岩石自身渗透性和裂隙发育缺乏均匀性，促使浆液扩散半径不规则，所以正式注浆之前需开展可靠的试验，获取布设
注浆孔孔距可靠参考。

浆液扩散半径与注浆压力、时间成
正相关，与浓度和粘度成反比。

正式注浆过程中需灵活性调整上述参数，获取最终吻合工程实际需求又可减少浆液耗损的扩散半径[4]。

②注浆压力。

注浆压力作为提供浆液在裂隙中流动、
表1注浆孔和帷幕孔排距和孔距经验值内容排距（m ）每排孔距（m ）帷幕孔孔距
有坚硬顶板，采出率>60%无坚硬顶板，采出率≥60%有坚硬底板，采出率<60%无坚硬底板，采出率<60%25±1020±1020±1015±1020±515±515±510±525±520±520±515±515±515±5
15±5
10±5
图1采空区场地注浆施工流程
图2浆液搅拌制过程
定点成孔及下套管下注浆管、浇注孔口管注浆观察注浆情况，
抽样试验终止注浆备料拌制浆液
清水速凝剂
水泥
粉煤灰
一级搅拌机（池）一级搅拌机（池）二级搅拌机（池）混合搅拌清水注浆泵钻孔
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渗透等作用驱动力，注浆压力与浆液扩散半径成正相关，但压力过大浆液扩散过远，超出实际注浆影响有效半径，产生浆液大量浪费；压力过小难以保证扩散范围，无法达成初期目标。

一般需结合注浆现场试验确定，亦或选取以下公式计算：P=（2-2.5）P1
式中：P为最大允许注浆压力，MPa；P1为注浆段地下水静水压力，MPa。

③浆液浓度。

浆液浓度也一定程度决定最终注浆质量，选取水泥注浆时，所用浆液浓度不仅与裂隙大小密切相关，而且与水泥浆及其附加剂自身性质相关，裂隙越大选取浆液实际浓度越浓。

处于一个注浆段内可能存在多个宽度不一的裂隙，所以实际注浆过程中其浓度应变更，以此满足不同宽度的裂隙。

注浆初期浓度一般取决于岩层自身吸水率，吸水率一般可通过钻孔压水试验获得，即：
q=Q/（H*h）
式中：Q为单位时间内试验段内恒压吸水量，L/min.m. m；H为压水试验段水头，m；h压水试验段长度，m。

计算钻孔实际吸水率之后，可参考表2选取浆液实际浓度。

正式注浆过程中，使用初期浓度，循序渐进增加，浓度实际变更需遵循相应的原则：①选取某一浓度注浆，保证压力不变，吸浆量随着时间推移连续而逐渐变小；②选用某一浓度注浆持续时间超过30分钟，注浆压力或吸浆量并无变化或变化波动较小，浆液应加浓度一级；③变更浆液浓度之后，压力突发性的升高，表明浆液浓度不合适，需进行调整。

④注浆结束标准。

注浆结束一般选用最终吸浆量和达到设计压力的持续时间进行判定，正常状况下终压吻合设计要求，吸浆量不超过20L/min-60L/min，稳定保持20min-30min，即可判定满足结束标准。

3.5注浆质量检验
采空区治理工程结束之后，可交由第三方检测注浆质量，结合以往实践经验，可选取以下几种方式进行质量检验：第一，钻探。

注浆工作完成半年之后，可开展钻孔检验，通过取芯观察采空区场地浆液充填实际状况，岩芯自身抗压强度超过0.3MPa，并结合钻探过程中循环液漏失状况及孔壁稳定性，最终判定注浆质量可靠性。

第二，联合钻探和物探资料，进行系统性评价。

分析上述资料的同时，判定注浆质量是否吻合相关规程，判定是否补充注浆。

4项目实践分析
4.1项目概况
该工程主要位于太行山脉南部西侧，场地内地形整体呈现较为平坦，标高一般控制在800-818m，地层产状较为平缓，构造形态较为简易。

结合煤矿采空区前期勘察资料显示，该场区内煤层主要分布为3、9煤层，其中煤层埋设深度为55-70m，实际厚度为5m左右；9煤层埋设深度为115-
130m，厚度处于2m左右。

该地表下方两个煤层被开采，促使岩体内部原有应力变更，自身稳定性不佳，特别为回采区域内煤层，形成多个裂缝，地表存在一定载荷，裂缝发展范围扩大，促使地面形成形变。

此外，煤层大量才开促使岩体内裂缝、离层增多，煤层自身整体性下降，地面实际承载力降低，为工程建设带来多个困难，是工程中不稳定地带[5]。

4.2煤矿采空区治理工程设计
结合该项目实际状况，以及下方煤层采空区分布特征，3煤层自身上覆岩层影响宽度约为16.25m，9煤层影响宽度为34.12m，结合该项目实际状况保护煤柱等级为II级，维护宽带度取15m，所以3煤层治理宽度为31.25m，9煤层实际治理宽度为49.12m。

煤层采空区治理原则上应钻进煤层底板以下3m，正常状况下最小不应小于底板0.5m，所以3、9煤层采空区治理深度分别选取76m、138m。

通过精细化计算3煤层实际单孔注浆量为138.71m3，单孔注浆量为312.11m3；9煤层单孔注浆量为80.71m3，一般注浆孔单孔注浆量181.59m3。

4.3煤矿采空区注浆治理工艺
结合该项目实际状况，为保证采空区注浆质量可靠性，需先施工帷幕孔，再施工注浆孔，注浆分二序次进行，注浆先完成上部3煤层采空区注浆，待其初凝之后可完成下方9煤层采空区注浆。

注射设备选取B-W250型泥浆泵，浆液自身浓度先稀后稠，注浆开始之后动态化观测泵稀浆量和压力，完整记录注浆过程中各类状况，保证其浓度和剂量吻合相关要求。

注浆施工完成之后选取物探、钻探方式进行检查，判定注浆质量是否吻合相关规程，该项目检测设置20个检查孔，钻探取芯要求填充率需超过90%，无侧限抗强度超过0.2MPa。

5结束语
煤矿采空区场地自身承载力不足、强度较低，难以满足实际施工要求，为进一步保证其吻合相关项目建设基本需求，需对其进行综合性处理，以此增强其实际强度。

注浆治理方法操作简易，成效较佳，普遍用于采空区场地内，整个施工过程较为复杂，质量控制难度较大，需积极掌握施工工艺，采取有效的措施，保证各环节施工质量可靠性，提高场地自身强度，吻合项目施工基础要求。

参考文献:
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吸水率qL/（min.m.m）水灰比
浆液配比（重量）
水砂水泥
<0.1 0.1-0.5 0.5-1.0 1-3 3-5 5-10
8:1
6:1
4:1
2:1
1:1
0.5:1
8
6
4
3
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1.5
0.5
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1表2钻孔吸水率和浆液浓度关系
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