浅谈一般矿区开采后地下采空区存在问题及应对策略

浅谈一般矿区开采后地下采空区存在问题及应对策略

发表时间：2018-12-25T11:17:09.047Z 来源：《基层建设》2018年第32期作者：刘单

[导读] 摘要：施工根据以往采掘记载、现场调查、工勘以及物探勘察，背景为大同煤矿集团临汾宏大洪崖煤业有限公司拟建工业广场地下存在采空区，对地面建筑物和工业广场建设有影响，需要进行治理。

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摘要：施工根据以往采掘记载、现场调查、工勘以及物探勘察，背景为大同煤矿集团临汾宏大洪崖煤业有限公司拟建工业广场地下存在采空区，对地面建筑物和工业广场建设有影响，需要进行治理。本文首先介绍了采空区的形成及该区的自然地理及地质概况，以及该区煤层及采空区情况，其次介绍采空区勘察和采空区物探的必要性，最后就该区存在的采空区提出治理方案和常规应对策略，仅供参考。

关键词：采空区问题应对策略

1 工程概况及矿区自然特征

1.1工程概况

大同煤矿集团临汾宏大洪崖煤业有限公司工业广场采空区治理工程。分别为工业广场主要建（构）筑物下伏采空区治理。本次治理共计钻孔259个，总钻探工作量22457米。主要包括变电站、锅炉房、联合楼、副井提升机房、储煤场、变电所等主要构筑物。其中取芯验证12个，设计进尺950m，控制孔100个，设计进尺8348m，帷幕孔64个，设计进尺6117m，注浆孔83个，设计进尺7042m。根据业主提供的地下勘察数据，需对采空区进行治理。

1.2自然地理

井田位于吕梁山南部分水岭附近东侧。区内地形复杂，沟谷纵横，切割较为强烈。主要山梁走向近南北，主要沟谷走向西北-近东西向。总体地势西高东低，最高点位于西南部腰子里西部山梁上，标高1452.1m；最低点位于东南谷里河河谷时家凹村附近，标高为992.2m，相对高差459.9m。属剥蚀侵蚀中山地貌。工业广场位于井田中部沟谷地带，地面标高1076-1132m。

本区属大陆性气候，四季分明，昼夜温差较大，据洪洞县气象局近年观测资料显示年平均气温9-12℃，最高气温在七月份达38℃，最低气温在1月份为-24℃；年平均降水量382.3mm，蒸发量为1930.44mm，一年中降水多集中在6-9月，这四个月的平均降水量占年平均降水量的69.7%；2003年8月26日出现近年最大暴雨，24小时洪洞观测强度达105.7mm；结冰期为11月至翌年3月，最大冻土深度为53cm，夏秋季多东南风，冬春季多西北风，最大风速达18m/s。

1.3地质概况

根据矿井地质报告，治理区涉及的地层主要有石炭系上统太原组地层厚度为84.10-99.5m，平均93.48m。为本区主要含煤地层之一。二叠系下统山西组平均35.20m，为本区主要含煤地层之一。第四系以黄土为主，主要分布于井田山坡和山梁之上，全层厚度0-35m，平均12m 左右，该区域人工填渣厚0-10m左右，主要分布于沟谷地带。

2采取区治理面临问题

2.1采空区稳定性评价

根据有关采掘记录，目前需治理的采空区采空时间主要为2004-2009年间，采煤方法主要为不规则柱式采煤法，2009年后基本无采掘，场地影响范围内工作面停采时间已达5-10年，目前在工业广场范围内拟建储煤棚及综合办公楼，因此，有必要对该地区地下采空区进行稳定性评价。

2.2治理方案的选择及异常验证

治理方案选择的要求是安全可靠，确保建筑地基的稳定性，做到一次根治、不留后患，保证建（构）筑物的安全，同时兼顾经济合理性的原则。

2.3注浆效果质量检测

采空区治理作业面为地面以下，不便人员进入，也不利于肉眼法观测，很多数据的采集需要借助专业设备进行观测，对捞取的样品须进一步数据分析整理，因此，监测方法的选择和监测位置的选择尤为重要。

3采空区治理应对策略

3.1稳定性评价的必要性

本项目已经进行了浅部工勘和瞬变电磁法物探勘察，搜集了以往矿井地质勘查和采掘资料，对地面现状进行了初步调查。根据报告记载，井田在个别地段曾出现过地裂缝现象，裂缝长度一般在10m左右，宽度一般在5-15cm，可见深度一般在1.0m左右，但大多已自然恢复或人工填埋，经计算采深采厚比6.1-37，均小于40.按照《采空区公路设计与施工技术细则》（JTG/TD31-03-2011）规定的采空区评价标准和方法，结合现有评价条件，采用开采条件判别法进行了本项目采空区稳定性评价，经评价得出属于不稳定采空区。随着地面建筑物荷载的增加，其不稳定性会进一步加剧，甚至下陷开裂。为确保地面建筑物的安全，必须对重要建筑物地下采空区进行治理。

3.2治理方案选择、采空区控制、治理方法

3.2.1治理方案选择

由于项目区采空区为重组整合前老采空区，埋藏深度15-125m不等，具体情况不明，不便进入，地面广场仍在使用中，综合各种因素考虑，选择全填充压力注浆法对影响建（构）筑物安全的采空区进行治理。

3.2.2异常验证和采空区控制

工程开展之初首先应当进行采空区验证和控制，验证孔应当全取芯，并进行简易水文观测和测井，取得可靠的地质，水文工程地质和测井资料。在验证的基础上，再进行采空区控制。最后根据控制的采空区分布资料动态优化设计，进行治理。

采用30×30m网度布置控制工程。在此基础上以60×60m网度为基本尺度结合异常分布特征选择验证孔。验证孔尽量布置在异常范围内，局部根据异常特征可做适当调整，以发现采空区为主要目的。在发现采空区的基础上作进一步的控制。验证孔终孔深度以进入煤层底板一下6m为准；控制终孔深度以进入煤层底板以下1m为准。

异常验证和控制工程钻孔成孔后都需要单独组织有甲方项目负责人或简历参与的单孔竣工验收，对钻孔终孔深度是否达到要求、收集的技术资料是否完备合格、工艺过程和环节是否齐全、是否可以竣工等进行确认，并签署验收报告（单），对工程收尾、现场清理等提出

明确要求。对需要留作注浆孔的钻孔，还需要检查孔口管是否符合要求、单孔验收后须指定专人负责保护孔口管，以备后期注浆使用。

3.2.3总体施工步骤

结合设计院给出初步设计文件得知，现初步设计是在物探异常圈定的采空区基础上进行的，原物探勘测范围未完全覆盖需要治理的区域范围，采空区治理范围还需要进一步异常验证及控制方可确定。设计工程数量及费用需要根据异常验证的结果进行随时调整。根据上述情况总体施工步骤为：①钻孔测量定位；②验证及控制；③最终治理范围的确定；④施工准备及大型临时设施；⑤施工步骤及细部施工方案；⑥注浆孔施工；⑦注浆及质量检测；⑧资料整理阶段。

3.3质量检测

为检查施工质量，通常按注浆孔的2-5%的比例设置监测孔数量，质量检查孔应分布于采空区，质量检测孔的位置选择要求具有代表性，能够综合反应所检测范围的真实注浆效果，质量检测孔宜布置在施工异常和重点保护构筑物部位。

3.1.1检测方法

①钻探：注浆施工结束6个月后进行钻孔检验。通过孔内取芯直接观察采空区的浆液充填胶结情况，要求钻孔全取芯，孔径不小于

91mm，岩芯采取率应大于90%。

②波速测井：在检查孔内进行波速测试，采空冒落、裂隙带经治理后，横波坡速应≥160m/s。

③结合钻探和物探资料，做出综合评价。在全面分析研究这些资料的基础上，最终确定注浆质量是否合格，是否需要补充注浆。

4 结束语

作为现场施工技术人员，我认为在施工过程中必须在充足支持性文件引导下进行现场的实地考察分析，制定出贴合现场有效的技术可行方案，在过程中及时收集归档资料，施工生产活动中面临的地质条件错综复杂，只有不断的积累数据并分析采能有效做出合理的决策。

参考文献：

[1]《采空区公路设计与施工技术细则》（JTG/TD31-03-2011）

[2]《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》

[3]《高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册》（山西省交通厅）

[4]大同煤矿集团临汾宏大洪崖煤业有限公司《工业广场采空区治理工程设计》，设计单位山西省第八地质工程勘察