采空区治理

煤采空区治理工程一、概论（一）地理位置煤采空区位于苇元～冶头村之间（AK3+640～AK6+230）处。

（二）气象条件本工程地处内陆，属暖温带大陆性季风气候区，大陆性气候明显，冬冷夏热，寒暑变化剧烈，年温差较大，该区的主要气候特征值如下：多年年均降水量：628.3mm，全年最大降水量1010.4 mm（1956年），全年最小降水量295.9 mm（1965年），日最大降水量176.4 mm （1956年7月30日）。

积雪厚度21cm（1971年12月24日），年蒸发量1806.3 mm，极端最高气温37.9℃，极端最高地面温度70.5℃（1968年6月17日），极端最低气温-17.4℃，极端最低地面温度-33.1℃（1958年1月16日），最大冻土深度43 cm，年均风速2.4m/s，最大风速23m/s，风向NW。

（三）施工条件1、交通：施工现场与乡间公路距离较近，从乡镇到施工现场有山间小道或村际间便道，交通条件较便利。

2、通讯：可在施工现场安装电话，亦可使用全球通移动电话。

3、居住条件：现场附近租用民房，亦可自建临设。

4、施工用电：可通过当地电管部门联系接动力电，也可自备动力。

5、施工用水：可利用附近煤矿的矿井水，邻近水库水，亦可利用当地生活用水。

（四）工程地质条件工程地质条件简单，影响拟建公路路基、桥涵稳定性的主要工程地质问题为煤采空区。

根据《山西省地震烈度区划图》，该区地震基本烈度为Ⅵ度。

二、治理的目的和依据1、目的目的是选择安全可靠、经济合理的方案，治理影响拟建公路的采空区，确保路基的稳定,做到一次根治、不留后患，保证行车安全、舒适、平稳。

2、依据根据《勘察报告》的推荐方案和设计目的，参考晋城泽州县王坡煤矿铁路采空区以及太旧、晋焦高速公路采空区治理工程的成功经验，采用全充填压力注浆法对影响拟建公路的采空区进行治理。

本工程所依据和参考的主要技术文件有：《公路采空区勘察、设计与施工规范》；《工程地质勘察报告》。

《煤矿采空区治理工程施工图设计》3、方案说明全充填压力注浆法是在地表打孔，通过注浆泵、注浆管，将水泥粉煤灰浆液注入采空区及其上覆地层裂隙中，浆液经过固化，胶结岩层裂隙带，同时采空区内的浆液形成的结石体对其上覆岩层形成支撑作用，保证路基的稳定。

4、治理后达到的效果采空区在进行治理后，地基的变形应满足公路工程对地基稳定性的要求，即：经治理后的采空区在公路施工和运营过程中，地基能有效地承受公路和车辆荷载，不产生破坏和影响公路工程正常使用的变形，保证公路安全营运。

三、注浆工程设计概述1、采空区治理范围采空区治理长度以采空塌陷区沿路线延伸方向分布长度为准，即L=路线延伸方向空洞长度，2232m。

治理宽度为路基范围内向两侧按68°的岩层应力扩散角考虑所确定的宽度，即：B=路面宽度(25.0m)＋保护带宽度2(D)＋2H ctgβ式中：B——为治理宽度，m。

D——挖方段为两侧路面边缘至坡口水平距离，填方段为两侧路面边缘至坡脚水平距离，初步设计按每侧10m考虑。

H——为路线左侧坡口或坡角至采空区底板的垂直距离，mβ——为采空区覆岩应力扩散角，β=68°。

２、采空区空洞体积与注浆量采空区空洞体积指采空区治理范围内的采出煤层体积，扣除采空区因顶板冒落所发生变形的体积。

《勘察报告》中按此原则已计算出太原至澳门国家重点公路晋城至河南济源段各采空区的剩余空洞体积△V。

详见采空区勘察成果表。

注浆浆液的结石率C应在注浆施工前先作试验确定，本设计按80%计算，浆液对采空区及上覆岩层中的裂隙、裂缝的充填率η要求为75%，考虑到在注浆过程中，浆液向地表、第四系跑浆及帷幕孔向外围跑浆，取浆液损耗系数A=1.1。

按注浆量Q=A×△V×η÷C计算，太原至澳门国家重点公路晋城至河南济源段各采空区的注浆浆液体积分别为：AK3+650～AK6+230段苇元～冶头煤、铁矿采空区47294 m3、K4+684～K4+746段铁矿采空区929m3，注浆体积总计为49730m3。

３、注浆孔的设计各采空区注浆孔的设计详见各采空区的设计说明。

本次设计注浆孔的设计深度按各采空区的平均深度计算，注浆孔的注浆长度为采空区最上部完整岩层顶面以下5m至采空区底板，孔口管长度为地表之上1m至完整基岩以下6m处的深度。

注浆孔的平面布置近似三角形。

（梅花点型），以保证浆液扩散半径不受影响。

鉴于勘察工作难以精确查明矿柱位置，有一部分设计孔在施工过程中会钻在矿柱上，施工中应根据已完成的钻孔随时调整。

4、浆液配合比设计根据以往的经验和当地材料供应情况，确定注浆浆液为水泥粉煤灰浆，其水固比为1:1.0～1:1.4。

水泥占固相的25%，粉煤灰占固相的75%。

这种浆液配合比已经考虑了受采空区充水影响的情况。

在正式施工前，应按施工时使用的水泥、粉煤灰，在试验室作浆液配比试验，试验内容应包括每立方米浆液干料含量、浆液浓度、初终凝时间、结石率、试块无侧限抗压强度等。

帷幕孔须在浆液中掺加水泥重量2%的速凝剂，使注入采空区的浆液尽快凝固，以形成帷幕，防止浆液流失。

5、注浆工程量各采空区注浆工程量详见各采空区的设计说明。

６、注浆材料及其质量要求本设计文件中所规定的注浆材料由水、水泥、粉煤灰、速凝剂组成。

施工用水应符合《混凝土拌合用水标准》；水泥为符合国家标准的32.5#矿渣硅酸盐水泥或32.5#矿普通硅酸盐水泥，可选用距工地较近的水泥生产厂家的产品，采用汽车运输，运距10～20Km；粉煤灰质量除细度不作要求外其它指标应符合国家Ⅲ级标准。

可选用巴公电厂的产品，采用汽车运输，运距30～50Km；速凝剂可选用符合国家标准的速凝剂和水玻璃等。

7、注浆系统配置1）注浆系统构成注浆系统由：料场、一级搅拌池（机）、二级搅拌池（机）、供水系统、注浆泵、注浆管道、封孔装置等组成。

2）注浆系统配置要求a)料场：堆放材料的料场场地要平整，运料车辆能正常通行，且紧邻搅拌机，使材料便于运输、搬运、要求设有防潮、防雨措施。

b）搅拌机：要求能满足正常施工要求，搅拌后的浆液应均匀，符合设计要求，一次搅拌量应≥1.5m3。

c）搅拌池：修建的搅拌池应满足正常施工要求，一、二级搅拌池最好各为两个，池体为圆柱体，中间设置搅拌系统，使得搅拌后的浆液均匀，符合要求，一次搅拌量应≥1.5m3。

d）水池：制浆站应根据施工注浆总量需要，建立数个水池，以保证正常施工，水池建筑规模及要求视工地具体情况而定。

e）注浆泵：宜采用变档定量泵，其额定排浆量最大不小于200L/min，最小不超过80L/min，注浆泵压力表应大于注浆最大设计压力的3倍。

f）压力表：注浆用压力表最大指数应小于10MPa。

g）封孔装置：采用φ50mm钢管，在管子前端20～30cm处焊接一圆形法兰托盘（托盘直径φ120～130mm之间），下入孔内变径处。

见浇铸孔口管示意图。

h）注浆管：采用φ50mm钢管，丝扣管箍联接。

８、施工工艺及要求本工程施工工艺流程如下图：1）定点注浆孔应用全站仪、经纬仪进行实地测量放样，钻孔实际位置原则上不应偏离设计位置1.0m。

确因地形影响，钻孔不能放在设计位置时，应先施工其周围可以就位的钻孔，再根据钻探揭露采空区的情况予以调整。

鉴于小煤窑及铁矿开采和塌陷变形的复杂性，仅靠有限的勘探钻孔尚难以精确查明地下的全部情况，如出现与设计不符的情况，应及时与设计单位联系以便对原设计进行适当的修正。

2）成孔工艺及技术要求a)成孔工艺①用φ130～150mm钻头开孔，钻至完整基岩5m后，下入φ130mm 套管护壁，然后变径为φ91mm。

遇第四系卵、砾石层时钻探工艺可采用跟管钻进。

②用φ91mm钻头，钻至采空区中的塌陷冒落带底板或煤层底板以下3～5m终孔（或保证底板岩芯采长≥0.5m）。

b)技术要求①设计要求全取芯的注浆孔，采空区上部覆岩部位岩芯采取率>60%，采空塌陷区部位岩芯采取率应>30%。

②做好钻探原始记录和岩芯编录工作。

③钻孔施工过程中，如发现漏水、掉钻、埋钻等现象要详细记录其深度、层位和耗水量。

④钻孔孔斜每100m≤2°3防止浆液大量渗漏。

然后灌入水灰比为1:1.5～1:2的稠水泥浆，浇铸长度为4～6m ，浇铸要求达到注浆过程中浆液不会从注浆孔壁四周溢出。

水泥浆液中应加入水泥重量2%的速凝剂，快速将注浆管与孔壁固结。

注浆孔浇铸孔口管4标。

b)原材料：水用水表或定量容器计量；水泥按袋或按定量容器（散装水泥）计量；粉煤灰用定量容器计量，并要求用磅称抽查水泥、粉煤灰的数量。

c)制浆工艺如下：d)搅拌过程：每次搅拌时间不得少于5分钟。

5）注浆工艺及其有关参数a)施工顺序：按采空区的倾斜方向，先施工采空区底板标高较低位置的帷幕孔、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，钻孔分二序次进行。

b)注浆注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，注浆开始后，要定时观测泵的吸浆量和泵压，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。

注浆过程中若出现地表裂隙大量跑浆时，应采用间歇式注浆，或减小泵量及采取地表充填裂隙的措施，阻止浆液从地面大量流失。

注浆时，应避免在短时间内注入大量的水泥粉煤灰浆，当注浆量较大时（超量孔平均量的60%），应及时采用间歇式注浆法和稠浆施工，或在孔口加一漏斗状的投砂器，用浆液将砂或矿渣带入孔内，或在浆液中加入水泥重量2%的速凝剂。

c)单孔注浆结束标准①在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min时，孔口压力在1.0～1.5MPa，稳定10～15分钟，可结束该孔的注浆施工。

②当注入一定浆量，孔口压力≮0.3 Mpa，若出现地表裂隙大量跑浆时，即可结束该孔的注浆施工。

6）注浆技术要求a)注浆及间歇注浆前必须用清水洗孔，压水时间不得小于10分钟。

b)稀浆灌注量取单孔注浆量的30%为宜。

c)浆液配比试块强度要求达到0.5Mpa。

9、注浆质量检测1）注浆质量检测方法依据晋城市泽州县王坡煤矿铁路专运线下伏采空区治理工程的经验，采用下列方法进行注浆检测：a)钻探验证：注浆施工结束6个月后，进行钻孔检验。

按注浆孔的2%设置检查孔数量，检查孔深度为原地面至采空区底板的深度。

通过孔内取芯直接观察采空区的浆液充填情况，并结合钻探过程中循环液的漏失情况及孔壁的稳定性等评价注浆质量。

b)物探检测法：对治理后的采空区采用测定波速的方法检验注浆质量。

若横波波速大于160m/s，则注浆质量符合要求，每个采空区波速测井数与检查孔数相同。

c)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；是否需补充注浆。

2）注浆质量检测位置及工作量a)注浆质量检测位置宜布置在可能存在问题的地段和构造物地段。