煤矿采空区治理技术研究

煤矿采空区治理技术研究

发表时间：2019-05-10T16:04:04.483Z 来源：《防护工程》2019年第2期作者：孙晶

[导读] 煤矿开采形成的采空区在给人民的生命和财产安全构成威胁的同时，也在一定程度上制约着地区经济的发展。本文简要阐述采空区的治理过程，为今后的采空区治理工程提供借鉴。

准格尔旗煤炭局内蒙古呼和浩特 017100

摘要：煤矿开采形成的采空区在给人民的生命和财产安全构成威胁的同时，也在一定程度上制约着地区经济的发展。本文简要阐述采空区的治理过程，为今后的采空区治理工程提供借鉴。

关键词：煤矿；采空区；治理

对我国的一些煤炭资源大省，大量的煤炭开采后造成地表大面积发生不同程度的沉降，更有一些非法小煤窑长期乱采滥挖，不按规定留设村庄保护煤柱，致使房屋主体开裂影响使用，道路路面下陷影响交通安全，给人民生命财产和社会的和谐安定带来相当严重的后果。特别是山区，山多地少，土地资源非常有限，采空区内的土地长期达不到有效利用，使得建设用地更加紧张，已不同程度地制约着地区经济的发展，采空区的治理迫在眉睫。

1 场地采空区工程地质概

采空区内主要开采2#、9+10+11#煤层，2#煤层厚度平均1.37 m,煤层厚度稳定，9+10+11#煤层厚度平均6.90m。区内原采煤方法为房柱式，留设有大量煤柱，回采率25%-35%左右。

2 制浆生产系统

注浆系统由储料场、一级搅拌池（机）、二级搅拌池（机）、称量系统（台秤）、供水系统、注浆管道、封孔装置等组成，现场共设置两套集中制浆站。制浆站日制浆能力为720（m3），日平均灌浆量：22740/50=455（m3），完全满足施工需要。

3 主要材料

灌浆采用水泥粉煤灰浆液，注浆材料主要由水、水泥、粉煤灰、添加剂等组成。

4 采空区治理方法及技术措施

主要工序包括钻孔、封孔、制浆、灌浆等。施工时，应先施工边缘帷幕孔，以形成有效的止浆帷幕，阻挡浆液的外流，后施工中间注浆孔。注浆工作间隔式分序次进行，一序次孔浆液可能扩散范围较大，二、三序次孔注浆将使前序次未充填的空洞得到再次充填，从而提高充填率，灌浆按一序、二序、三序孔依次进行，每序次必须间隔一定时间，满足浆液凝固要求。本工程采空区施工采用一次成孔，孔口封闭，一次全灌注施工方式。

5 钻孔

钻孔工作开始施工前对设计图孔进行编号，编序，编制钻孔参数表，每个孔明确孔位坐标及每个具体的深度。钻孔分为不取芯孔（一般帷幕孔、注浆孔）和取芯孔（包括试验孔、先导孔和检查孔）。

①钻孔流程包括注浆孔定位；钻机就位；帷幕孔、注浆孔的成孔工艺：用Φ108～Φ150 mm钻头开钻，钻至基岩下3 m，然后变径经一次变径，钻至2#煤层、9#10#11#煤层底板以下0.5 m或采空区、空洞终孔，终孔孔径不小于89 mm。

②钻孔技术要求。

③浇筑孔口管。

6 制浆

制浆材料必须称重，称量误差应不小于5%，水泥采用袋装水泥计量法，砂采用体积计量，粉煤灰采用体积计量。各类浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度和粘滞度等参数，并作好记录。水泥粉煤灰浆液的搅拌时间：使用普通搅拌机时，应不少于5min；使用高速搅拌机时，应不少于40s。注浆材料的配制和取样检查：本次注浆浆液材料由水、水泥、粉煤灰组成，水泥采用325#普通或复合硅酸盐水泥；普通生活用水；火力发电厂粉煤灰（Ⅲ级）；拟处理采空区范围边界的帷幕孔的水泥：粉煤灰固相比（重量比）2：8，浆液水固比（重量比）为0.8：1,并添加水泥重量3%的速凝剂；治理范围内的注浆孔的水泥：粉煤灰固相比（重量比）2：8，浆液水固比（重量比）为1：1。

7 注浆过程及结束标准

本工程采空区为双层采空区两次处理，施工采用一次成孔，孔口封闭，自下而上，一次全灌注施工方式。注浆流程及要求：帷幕孔和注浆孔施工工艺，注浆结束标准基本相同，不同的是施工先后顺序，孔距、添加剂等；帷幕孔采用间歇式注浆，单孔注浆量达到200m3而未注满时，在孔口加漏斗状投料器，用浆液将砂或粒径不大于0.5的矿渣带入孔内，同时按以上注浆方式进行循环灌浆；钻孔注浆应按煤矿采空区的底板倾斜方向，先施工采空区底板标低位置的注浆孔及构造物工点处的注浆孔，再沿倾斜方向由低向高、由边部向中心展开施工。

7.1 注浆过程

一般按下述程序进行：

①帷幕孔、注浆孔注浆时，均应先从低流量（≤90 L/min）开始，当孔口压力≤0.6 MPa时，可逐渐提高流量。

②当孔口压力＞1.0 MPa时，要降低流量；当注浆量达到单孔平均注浆量的30%时，要求用稠浆（1∶1.3～1∶1.4）。

③当单孔注浆量较大时，应添加速凝剂，添加速凝剂后，注浆量超过单孔平均注浆量的150%，孔口压力≤0.6 MPa，注浆泵量≥90 L/min 时，应进行间歇灌浆，间歇时间≥12 h。

④间歇过程中，在孔口加入一漏斗状的投砂器，用浆液将矿渣粗料带入孔内。

⑤间歇后的注浆，不得用稀浆。间歇后注浆时，应确保注浆管（孔）通畅无阻碍。

⑥注浆按一序、二序、三序孔依次进行，每序孔必须间隔一定时间，一序孔宜大间隔进行，以进一步探明采空区分布范围。结束后对剩余钻孔施行注浆，并检验一序孔注浆效果。

⑦对空洞区，为减少注浆量，应先灌注天然砂砾料，再灌注水泥粉煤灰浆。

⑧注浆开始后，要定时观察注浆泵的吸浆量和泵压，测定注浆孔及周围邻孔的孔内水位，记录注浆过程中发生的各种现象、收集原始数据，出现特殊情况及时上报并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。

⑨注浆过程中如出现地表裂隙大量跑浆时，应采用间歇式注浆，或减少泵量及时采取地表回填裂隙的措施，阻止浆液从地面大量流失。

7.2 注浆结束标准

①孔口管压力升至1.5 MPa以上，稳定15 min，即可终止注浆。

②注浆过程中，孔口压力＜1.5 MPa，吃浆量≤75 L/min，稳定15 min，即可终止注浆。

③地标溢浆、钻孔串浆。

8 灌浆质量检查

灌浆工作结束1个月后，矿方会同监理人员进行灌浆质量的检查，按照以下规定的各项质量检查项目和内容进行了检查:

①灌浆质量检测孔位置应布置在脱空较大、串浆孔集中，或阶段性评估确定的部位，检查孔的数量应为灌浆孔总数的5%。

②根据国内同类项目的施工验收经验，采取钻探取芯、波速测井、孔内电视观测和岩芯无侧限抗压强度试验等方法进行采空区治理工程的质量检测，质量检测指标：注浆浆液对采空区及上伏冒落带、裂隙带的充填率≥75%；注浆浆液的结石率≥80%。室内做浆液结石体强度试验，浆液结石强度达到1.0MP；注浆结束6个月后，检查孔取芯检查冒落岩石中浆液充填情况，取芯率为80%以上；钻探检测过程中，循环液基本不漏失；注浆前注浆孔内主要治理地段的波速测试结果，与注浆后注浆孔内主要治理地段的波速测试结果比较：纵波波速提高率应大于15%；质量检测孔内的验证注浆量小于该区平均注浆量的5%～10%。

③灌浆孔灌浆和检查孔钻孔注浆结束后，应采用水泥砂浆将孔封填密实，并将孔口压抺平整。

④上述工作完成后，进行物探探测。

⑤通过上述质量检测，在全面综合分析的基础上，矿方、施工方、监理方三方最终确定本次灌浆质量为合格，不需要补充灌浆。

本次采空区治理工程于2011年4月13日正式开工，4月31日完工，共用时109 d。共计钻孔15 878 m，灌浆8 333 m3。

参考文献

[1] 徐友宁,武征,赵子长.西北地区矿产资源开发的环境地质问题及其类型[J].西北地质,2001,(2).