新疆公路急倾斜煤矿采空区处治施工工法

第44卷第6期
山 西建筑
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2 0 1 8 年 2 月
SHANXI ARCHITECTURE
Vol . 44 No . 6Feb . 2018
文章编号：1009-6825 (2018) 06-0056-03
新疆公路急倾斜煤矿采空区处治施工工法+
姚建强毛玉坤
(中交通力建设股份有限公司，陕西西安710075)
摘要:以新疆地区公路工程建设为基础，以急倾斜煤矿采空区治理施工为主线，根据乌鲁木齐绕城高速（东线）公路采空区治理 工程的施工经验,总结归纳出一套适用于新疆急倾斜煤矿采空区处治施工的工法。

采用地面高密度电法和地面瞬变电磁法辅以 钻孔剪切波速相结合的综合物探方法，对其处治效果进行检测，结果表明该工法在急倾斜煤矿采空区治理施工中具有一定的先进 性、经济性，适用于新疆地区急倾斜煤矿采空区的处治施工。

关键词:煤矿,采空区，施工工法
中图分类号:TD 823.213
〇引言
我国地大物博，在广袤的疆域内矿产资源极其丰富，其中新
疆维吾尔自治区的含煤地层面积预计约为30.7万km2，煤炭预测 资源量2.19万亿t ，约占全国总量的40%，居全国之首。

近年来， 随着我国“一带一路”发展战略的出台，一带一路沿线地区公路工 程建设呈现出空前盛世。

作为产煤大省的新疆在公路建设过程 中不可避免的要穿越一些已采采空区及待采区，而乌鲁木齐矿区 是我国急倾斜煤层最大的矿区，几十年的强力开发，形成了大量
的采空区。

受地下采空影响使得上部路基出现失稳、地表变形、 采空塌陷等次生灾害，将给公路建设及安全运营造成极大安全隐 患。

因此，在公路选线、建设前需要对待采区采取避让，对已采区 无法避让时必须进行采空区处治，确保公路建设和运营的安 全性。

目前，采空区工程治理常用的手段有:注浆加固法、干（浆）砲 支撑法、开挖回填法、巷道加固法、强夯法、跨越法等[1]。

根据以 往实施的工程项目经验，在缓倾角、单层采空区的治理施工中，采 用注浆加固法取得了较好的治理效果，加固后有效提高了路基整 体稳定性，减小了由地下采空引起的地表变形、沉陷。

前人大多 针对急倾斜采空区的变形机理、加固措施、稳定性分析等方面进 行了较为系统的研究[M ]，取得了一定成果，但是在急倾斜煤矿采参考文献：
[1] GB 50021—2001,岩土工程勘察规范[S ].[2]
杨红云，高拴会,涂善波，等.钻孔全孔壁光学成像在工程泥
化夹层探测中的应用[J ].河南水利与南水北调，2012(6): 1-3.[3]
查恩来.钻孔电视成像技术在工程探测中的应用研究[D ]. 长春:吉林大学,2006.
[4] 秦英译.基于数字钻孔摄像的图像分析方法研究[D ].武
文献标识码:A
空区施工处置方面尚未形成一套切实可行的施工工艺。

本文笔 者在总结过往施工经验的基础上，结合急倾斜煤层采空区治理工 程实例，提炼出一套适用于急倾斜煤层采空区处治的施工工法，
希望对新疆地区急倾斜煤矿采空区处治施工起到促进作用。

1工程概况
乌鲁木齐绕城高速(东线）公路项目采空区治理工程DCKQ -2
标段位于测设里程K21 +220 ~
K21 +880,属低山丘陵区,总体地
势南高北低，海拔高程在778 m ~893 m 之间，现区域内存在四带
西南至东北向煤田采空塌陷区，局部已回填，可见较多塌陷坑。

采空区段内煤层厚度0.7 m ~64.0 m ，煤层走向65。

~70。

，倾角 45° ~86°，出露的主要地层有侏罗系下统八道湾组a
b
)、三工河
组〇18)、侏罗系下统西山窑组（1!0)、第四系（(33，(34)。

根据探 井、钻孔揭露,拟建场地地层主要由杂填土、黄土状粉土、卵石、基 岩、煤构成。

开采方式以地下单层或多层水平开采为主。

注浆法是指用钻孔形成地下通道，采用一定的压力，把水泥 粉煤灰、水泥黏土或水泥黄土等混合料浆液注人地下采空区的垮 落带和冒落带中，浆液以充填、渗透等方式，将松散的岩块或裂隙 胶结成一个结构稳定、强度高的“结石体”整体或条带式、墩台式 结石体，从而提高采空区上覆岩层(地基）的稳定性。

注浆加固法 具备以下特点：
汉：中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所），2006.[5]
王川婴,LAWK Tim.钻孔摄像技术的发展与现状[J ].岩石
力学与工程学报,2〇
05(19) :42_50.
[6]
杨红云，蓝树猛，闫思泉.光学成像技术在某工程大口径钻 孔中的应用[J ]•华北水利水电学院学报,2012,33(4) :83- 85.
[7] 汪华安，左保成，戴旭明.数字光学成像技术在岭澳核电厂
的应用[J ] •地下空间与工程学报,2009，5(S 2): 1757-1762.
Application of the borehole-wall television imaging in the classification of rock mass^
Guo Liangchun
(Yellow River Engineering Consulting Co . , Ltd , Zhengzhou 450003 , China )
Abstract: In the geotechnical investigation , the classification of rock mass is mainly based on the degree of integrity . The integrity is usually judged by the square of the ratio of the compression wave velocity of rock mass to rock block . It can be described more intuitively by using bore ­hole full hole wall optical imaging method .Key words ： geotechnical investigation , classification of rock mass , borehole-wall television imaging , wave velocity test of borehole
收稿日期:2017-12-16 ★:新疆维吾尔自治区公路学会科研项目（项目编号:2014-09)
作者简介:姚建强（1986-),男，工程师；毛玉坤（1980-),男，硕士，高级工程师
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2 0 1 8年2月姚建强等:新疆公路急倾斜煤矿采空区处治施工工法• 57 •
1)设备和工艺使用灵活;2)工期短、见效快、适用范围广；
3)加固深度易于控制。

根据注浆浆液的充填方式分为:全充填注浆法、条带式充填注 浆法和墩台式充填注浆（或混凝土）法。

根据设计文件，本项目采 空区治理工程所采用的注浆施工工法为全充填注浆法施工，即:孔 口封闭全孔一次注浆法以及孔口封闭自上而下分段水泥粉煤灰注浆法。

2施工工法总结浆过程中，由于串浆或其他原因造成堵孔,必须扫孔后再注浆。

在注浆过程中，应对邻孔孔深、水位埋深进行观测;3)当受注段 (或孔）注人量大(大于或接近设计量），仍不升压时，压水试验或 冲洗空隙、裂缝(或裂隙）压人水量大或产生虹吸现象时,应采用 间歇注浆;4)当注浆过程中，注浆压力或注人量突然增大或减小 时，应立即查明原因，采取相应的措施;5)孔内空洞较大（高度大 于1m)时或注浆量大,注浆难以结束时应采用孔内投人少量粗骨 料，浓浆、限量、间歇注浆，浆液中加速凝剂等方法处理。

2.1 施工工序划分与流程
采用注浆加固法进行采空区工程治理时，主要工序可分为: 施工准备、孔位测放、钻孔成孔、浇筑孔口管、注浆终孔、注浆效果 检测与变形检测、竣工资料整理与移交等。

2.2注浆孔施工
注浆孔成孔施工流程如图1所示。

|测量定点~H安装钻机IH成孔IH终孔，测孔斜IH提交钻探成果资料
图1注浆孔成孔施工流程
注浆孔施工过程除按照上述流程严格操作外，尚需注意以下 几点：
1)注浆孔位应满足设计文件要求，若钻孔不能放在设计孔位 时，可视具体情况予以调整;2)钻机场地应及时平整并牢固的固 定在孔位处;3)钻孔施工中应严格按照设计要求完成，同时详细 记录孔内施工情况，最后对已成钻孔进行清水冲洗。

2.3浇筑孔口管施工
1)多层采空区。

治理多层采空区时，采用孔口护壁管(也是注浆管）封闭自上 而下式分段注浆方法，见图2。

图2多层采空区自上而下式注浆孔结构与浇筑孔口管结构示意图
2)单层采空区。

治理单层采空区时，采用孔口法兰盘封闭全孔一次性注浆方 法，见图3。

覆盖层
基岩联据地层情况
确定变径位置
m—6 m；
a~30 ci
-孔口压力表
•-浇筑水泥浆
<法兰托盘
、50注浆管
_______^采空区 采空区
图3单层采空区自上而下式注浆孔结构与浇筑孔口管结构示意图
2.4注浆施工
注浆施工流程如图4所示。

施工过程中应注意以下几个方面：
1)对于急丨面斜煤层采空区注浆施工时，应按采空区的丨面斜方 向及开采水平工作面高低，先施工采空区底板标高较低位置的帷 幕孔，再沿倾斜方向由低向高、由边部向中心展开施工，采用二序 次间隔法（间隔一孔)施工并超前注浆孔注浆2孔~3孔;2)在注
图4注浆工艺流程图
3注浆效果检验
在采空区注浆施工完成一个月后，采用地面高密度电法和地
面瞬变电磁法辅以钻孔剪切波速相结合的物探方法等进行注浆
效果检测，检测效果如下：
1) 检测受检部位钻孔均未发生漏水、掉钻、埋钻等现象。

现 场钻探采取的岩芯表明，浆液结石体与上覆岩层胶结紧密，注浆
填充效果较好。

对采取的四组水泥结石体岩芯进行无侧限抗压
强度试验，试验结果分别为：1.96 MPa,0.98 MPa,2. 53 MPa,
1.67 MPa,平均值1.79 MPa,满足规范要求。

2) 高密度电法检测结果表明:浅部采空区呈现从地表向深部 延伸的半圆或半椭圆异常体;深部采空区呈现从最底部向上延伸
的中低阻半圆或半椭圆异常体，注浆后电阻率明显提高,整体在
80 n~ 100n以上，表明充填效果明显。

3)瞬变电磁法结果表明：测线整体视电阻率相对较低，下部 主要为中~微风化层，视电阻率值相对较高，整体电阻率较未注
浆区域有所提高，结合钻探资料推测该测线位置注浆效果整体
较好。

4) 孔内剪切波速结果表明:受检孔注浆前后剪切波速有明显 的提升，对比分析可得较未注浆前提高比例约为30% ,结果表明
注浆效果较好。

4结语
通过乌鲁木齐绕城高速（东线）公路工程采空区治理工程的
实施，针对急倾斜煤矿采空区采用上述方法进行施工取得了较好
的加固效果。

此外，根据综合物探手段对注浆后的采空区进行治
理效果检测，结果表明:治理前后路基稳定性得到了有效提高、地
表变形趋于稳定。

笔者认为急倾斜煤矿采空区治理施工工法的
形成对新疆地区今后类似项目的实施起到了积极促进作用，具有
一定的推广意义。

参考文献：
[1]
JTG/T D31—03—2011,采空区公路设计与施工细则[S].
[2]张志沛.急倾斜煤层采空区地基加固治理技术[J].山西矿
业学院学报,1996(4):328-333.
[3]郭良春.乌市东二环急倾斜煤层采空区稳定性与处治方案
分析[
D].西安：西安矿业学院，2017.
[4]张梦醒.高速公路下伏急倾斜煤层采空区致灾机理与处治
技术研究[
D].西安：长安大学,2015.
[5]李万峰,侯俊领，张坤.高压预注浆在急倾斜煤层综采面
过断层组中的应用[
J].能源技术与管理,2015(1)
:62-63.
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文章编号：1009-6825 (2018) 06-0058-02
丹霞枢纽互通区下伏岩溶发育规律研究
黄晓明李云安张涵
(中国地质大学（武汉），湖北武汉430074)
摘要:岩溶的主要病害是岩溶区中下伏溶洞带来的工程隐患，其形成的岩溶塌陷对地基稳定性带来直接威胁。

通过对丹霞枢纽 互通区钻孔及物探资料进行统计分析,结合地下水连通试验获得场地地下水规律，探寻下伏覆盖型岩溶的水平方向与垂直方向的 发育特性，为互通区提供相关防治建议。

关键词:岩溶,地下水，发育规律
中图分类号:P641 文献标识码:A
岩溶是地下水或地表水对具有可溶性的岩层进行的化学方 面的侵蚀和破坏所产生的溶洞现象[1_3]。

岩溶的生成与所处的地 质条件和自然条件有直接关系，其发育过程是一个长期且复杂的 过程，与地质岩性、地质构造和地下水的运动规律都有密切联系。

岩溶对道路工程有极大的影响和危害，其中隐伏型岩溶对地基的 稳定性造成巨大威胁[4]，而其发育形成与其所处环境、岩层物理 性质有很大关系，在施工中如果不能清楚的摸清楚溶洞的位置和 形式，那么将直接威胁工程的使用。

1工程概况
拟建丹霞枢纽互通位于广东省韶关市仁化县周田镇,路线经 打铁冲村与新建村。

其中所穿的高速公路主线近南北向分布，互 通区以桥梁及路基形式通过，线路上部为冲洪积平原，地形平缓，地势相对平坦，以水田、鱼塘为主，有一条水沟穿过;丘陵低山，山体高大、山坡较陡，植被发育，场区有粤赣高速、水泥路及在建的 韶赣铁路与外界相通，交通条件较好。

场区地貌上属于低山丘陵 单元区。

1.1 地层岩性
根据场区内钻探揭露和现场工程地质调查，场区内地层揭露 有第四系填筑土（Q n、种植土（Q f)、冲洪积层（Q fP1)、残积层 (Q:1)，主要为粉质黏土、碎石土、卵石土。

下伏第三系丹霞群(Edx)灰黄色含砾砂岩、上白垩统南雄组（K2n)棕红色含砾砂岩、
泥盆系上统锡矿山组（D3x)灰岩地层。

1.2地质构造
本区地质构造复杂，位于粤湘褶皱带的交界处。

在漫长的地 质时期经历了多次和多种性质的地壳运动，场地发育F1，F2断层。

1)11正断层断层在区内未见露头，于K249+416 m处南侧200 m处山沟上测英脉裂面产状为186° Z81°。

组成物为碎裂 岩、破碎的砂岩、页岩、泥岩、石英脉等,属压扭性断层。

断层上盘岩 性为第三系丹霞群地层，红色泥岩、泥质粉砂岩。

下盘为泥盆系钨 矿山组砂岩。

F1断层以填方路基形式通过互通区，对互通影响小。

2)F2走滑断层:F2断层与线路大角度相交，对线路影响小。

断层长约500 m，宽2 m~5 m，产状为211° Z89°。

断面波状，其组 成物为破碎砂岩、糜棱岩、泥质粉砂岩等。

F2断层以挖方路基通
过互通区,对路基有影响，需注意。

2岩溶发育规律
岩溶发育的基本条件可归结为三个，即可溶性的岩石、具溶 蚀能力的水和良好的地下水循环交替条件。

工作区域内岩溶分 布广泛，可溶性的碳酸盐岩地层为泥盆系锡矿山组角砾状灰岩 (D3x),岩溶发育受多种因素的控制和影响,而其中最主要的就是 地下水对岩溶的发育的影响。

2.1 地下水运动规律
通过对丹霞互通区域的地质调查并结合勘察资料进行分析，已基本了解了互通区域内的水文地质与岩溶发育特征:整体上互 通区位于流域内的汇水区域,来自东、西、南、北四个方向的地下 水与地表水流经此区域，且区域内分布有泥盆系的碳酸盐岩，岩 溶发育，形成地下水的径流通道。

但具体的流动途径仍然不明 确，由此我们通过地下水连通试验进行进一步了解。

地下水连通试验:连通试验是一种较为直接的研究地下水流 动的技术,利用某种示踪物质在上游点的投放，并在下游点利用 仪器进行监测，来证明是否有水力联系。

本次连通试验采用的示 踪剂是荧光素Na和罗丹明WT,监测仪器为多功能野外在线地质 环境监测仪（I)。

试验共设置了 2个投放点和6个接收点。

在 ZKB1投放点投放罗丹明WT，在ZKB2投放点投放荧光素Na，在 ZKB3,ZKB4，ZKB5,ZKB6,ZKB7，ZKB8 六个钻孔处监测。

Xinjiang highway steeply inclined coal mining area treatment construction method^
Yao Jianqiang Mao Yukun
(Zhongjiao Tongli Construction Co. ,Ltd,XV an1X0015 y China)
Abstract ：In this paper,on the basis of highway engineering construction in Xinjiang,in steeply inclined coal mine goaf governance construction as the main line,the author according to Urumqi city highway(eastern)and goaf treatment project construction experience,summarized a set of suitable for steep coal mine goaf treatment in Xinjiang construction ing ground high density resistivity method and transient electromag­netic method on the ground with shear wave velocity of the combination of comprehensive geophysical prospecting method,tests are carried out to observe the treatment effect,the results show that the method in steep coal mine goaf governance has some advanced and economical construction, suitable for steep coal mine goaf treatment construction in Xinjiang region.
Key words：coal mining,mine goaf,construction methods
收稿日期=2017-12-19
作者简介:黄晓明（1991-),男，在读硕士；李云安（1965-),男，教授；张涵（1994-),女，在读硕士。