采空区注浆地基处理方案的设计与施工探析

采空区注浆地基处理方案的设计与施工探析

采空区注浆地基处理方案的设计与施工探析

摘要：煤矿采空区无法直接作为城镇建筑用地，为有效运用土地资源，可在对采空区采空范围和地质条件深入调查的基础上，采用注浆地基处理方案，本文选取采空区注浆地基处理角度，并展开相应论述。

关键词：采空区；注浆地基；处理方案

中图分类号： TU47 文献标识码： A 文章编号：

一、工程概况

XX城镇选定的搬迁场地中有煤矿采空区，该采空区有1km²的范围，因上世纪九十年代百姓无序开采而形成，有30个遗留的采煤井硐，虽然已经停止采煤，但这一区域已经出现下沉迹象，且局部区域已经形成地表移动盆地，采空区顶部也可见少量的拉裂缝。该场地是XX城镇搬迁的最理想区域，但场地内存在下伏采空区，将对上覆盖层和基岩形成破坏，使其无法承受建筑荷载和交通荷载，容易出现不均匀沉降现象，对地面建筑及人员都构成安全隐患。正因如此，极为有必要选取适合的工程措施，改善场地地质条件，从而保障XXX 城镇新址建设的顺利进行。

二、采空区场地工程条件

1.地层结构和岩性特征

受地层结构和岩性特征影响，煤矿采空区形成自身采空特点，对建筑物形成不同程度影响。XX城镇新址采空区的地层结构和岩性特征为：

(1)采空区出现缓倾。XX城镇新址内煤矿总体构造单斜，其倾斜角度为17°左右。

(2) 存在开采层差异。煤矿矿区内的煤层较为集中，且各煤层间的距离不大，一般采取立体多层开采的方式，只有较少的区域开采单层或五层，而大多区域开采三到四层。该区域煤层开采具有复杂性，这决定了该采空区变形复杂，需要较长的稳定时间。

(3)重复开采的影响。开采行为会对岩层和地表形成影响，使其发生移动、变形、甚至是破坏，而重复开采行为将对岩层和地表形成更大的影响。

(4)采空区的埋深浅。XX城镇新址矿区的倾斜角度不大，在煤层的浅层甚至有所露头，地层结构上不为复杂，且采空区的埋深很浅。

(5)地质条件很复杂。XX城镇新址矿区因为长期的、高强度的排水，水位已经大幅下降，又由于局部区域有大量水砂填充，往往形成高压水势，将给后期注浆治理带来难度。

2.简要概述采空区塌陷原理

（1）浅部出现塌陷坑。当煤矿开采深度不大时，煤层尚不稳定，可能出现上覆岩层局部受破坏的现象，导致地表出现分布不均匀的塌陷坑。

（2）地表大面积下沉。地下煤层因被采出而形成采空区，致使采空区顶板变形，出现弯曲、移动或破碎掉落现象，而这种变动将波及到地表，导致地表地面大面积下沉。XXX城镇新址采空区受多层、反复、长期煤矿开采的影响，地表地面下沉情况严重，治理难度较大。

（3）复采活化的不利影响。当煤矿上部煤层被开采后，将对该煤层下一工作面或下部煤层进行开采，导致矿区地表和岩层的移动范围增大，而总体稳定时间也有所增长。复采活化不利影响加剧了煤矿岩层和地表的移动变化。

（4）对松散层的冲蚀。在煤矿矿区开采范围内，某些区域因为煤层埋深较浅而出现裂隙带或冒落带，在水流动力的作用之下，大量水砂涌入采空区，也能引起该区域地表的塌陷。

三、采空区的注浆处理方法

1.可行性治理方案

依据煤矿采井公式计算，该矿区所存采空区有沉降中心，以垂向下沉为主，倾斜角度偏小，更多的是水平位移；但盆地边缘和外缘裂隙拉伸带却存在水平位移和倾斜位移，并以这两种位移为主。鉴于采空区地质对建筑工程的影响，需要采取特定措施加以规避，针对XXX 城镇矿区采空区状况，有如下两种方案可供选择：

A方案:在保留采空区原有保安煤柱的前提下，依据煤硐距地表

的不同而采取不同策略。对于距地表较深的煤硐，可沿巷道按特定间距与规格设置灌浆孔，然后实施灌浆加固工序，从而实现对煤硐上覆变形岩体的加固；对于距地表较低的煤硐，可以用块石混凝土加以填充。

B方案：在矿区未从事开采活动的情形下，可先将地表居民迁移，再从地表注孔，实施孔内爆破，以此来实现对煤硐采空区的填充。

2.注浆方案的选定

A方案具体设计：对于采空区已然直接穿越的煤硐，可根据其与地表的距离采用不同的手段。首先是针对浅层煤硐的治理，在穿越煤硐长度1.5倍的场地范围内，可以用煤硐内现存的块石混凝土进行回填充实处理。其次是针对深层煤硐的治理，因为与地表间距离较大，受治理工程费用及治理效果的双重影响，不能采用和浅层煤硐相同的治理办法。在采空区顶板岩体质量及安全厚度均不能达到要求的情形下，可以选用灌浆治理方案，从而实现对岩体裂隙的填充和加固，这在极大程度上减轻了采空区岩体变形状况，也有效增强了采空区上覆的荷载能力。

XX城镇新址采空区注浆治理工程中，所采用的注浆孔径为

120mm，间距为4m。该注浆治理工程中共涉及到主干道地段废弃煤硐12个，压实处理长度共为270m,灌浆处理长度为150m，共有28个注浆孔。根据当地现有消费水平，需要支付100.36万元的费用。

B方案具体设计：需搬迁12家住户，拆毁住房2458?，通过地表爆破方法来填充煤硐采空区，以实现对主干道地段废弃煤硐的治理。其中，共处理爆破填充长度301.5m，需要支付180.95万元的费用。

上述两种采空区治理方案皆能解决该地地质灾害，都有利于采空区地表建筑工程的实施，但结合所用经费、施工难度和地表建设等诸多因素，A方案都优于B方案，应选用A方案，即选用采空区注浆治理方案。

四、注浆施工、质量控制方法

选取注浆治理方案后，应注重注浆施工和质量控制，从而保证注浆施工的顺利进行。

1.实施注浆工艺

（1）配制浆液。可用的材料为粉煤灰、水、325普通硅酸盐水泥。浆液配制具有一定比例，其中，水泥与粉煤灰比例为0.3：0.7；水与固体比例为l：1.5；速凝剂水玻璃与水泥比例为1:50。

（2）注浆顺序。先对外围注浆，后对采空区进行集中加压注浆，从而实现对路基下空间的尽数填充，确保重要地段获得主要工程量。

（3）实施复灌。受诸多因素影响，井下巷道和采空区间可能未实现连通，面对这一现状，在实施一次注浆后，可将采空区和可疑地段爆破，爆破所产生的冲击波能将受堵孔道冲开，可以在此基础上实施复灌举措。

2.应特别关注的环节

（1）应设置观察孔，以便随时观察注浆情况。

（2）实施注浆工艺时，应将输浆钻杆通过注浆孔深达采空区底部，实现注浆排水，也有效避免积水稀释浆液。

（3）应保障泵送的连续性，即使出现中断情况，中断时间也应确保在浆液初凝时限之内。

（4）在注浆孔孔口设置阻塞器和加压套管，从而实现顺利加压。

（5）应计算好注浆与复灌间的时间，以实现浆液的完全固化，实施炸裂爆破工艺之后，掌握好加压复灌量，从而获得良好的复灌效果。

3.检验注浆效果

（1）实施效果探测。一方面采用物探手段探测采空区是否完全治理好；另一方面采用声波波速测试手段，检测灌浆效果和区域岩体特性。

（2）进行钻孔取芯。检测采空区治理效果可以采用“钻孔取芯”策略，在两个注浆孔间钻孔取芯，以钻孔过程中的芯样和掉钻情形来观测治理功效。

（3)观测沉降情况。观测已治理采空区的沉降情况，将观测结果和正常路基加以比对，对治理效果欠佳的采空区予以重新治理，从而保障对采空区的治理效果。

除上述三个方面外，鉴于地质体存在不均一性和不连续性，可在工程实施前开展注浆试验，将计算及试验结果相比较，从而对设计、