采空区治理工程项目施工设计方案

一、工程概况

（一）工程位置及采空区分布情况

太原至晋城高速公路长治至晋城段煤矿采空区治理工程项目第二十一合同段，位于金村镇和牛匠村之间，需要治理的采空区包括铺头煤矿采空区、东南蜀煤矿采空区、西田石煤矿采空区、茶园~牛匠煤矿采空区等4处采空区治理工程，集中分布于拟建公路K82+400—K92+700两侧。

各采空区的分布情况如表1-1所示。

第二十一合同段采空区分布情况表

表1-1

（二）地形、地貌、地震简况

煤矿采空区治理工程位于基岩中、低山区，区内山梁、山坡、冲沟、河谷纵横，海拔900~1070，地形相对高差在50~80m之间。

采空区地层主要为石炭系山西组和太原组煤系地层，岩层总体向南缓倾，倾角5°~6°；主要岩性为灰、深灰色中、细粒岩、屑长石砂岩，长石石英砂岩，灰黑色、黑色泥岩，含9#、15#两个可采煤层，煤层厚度1.0~6.7m，煤层埋深27.2~77.15m；第四系松散沉积物厚度0~20m。

据《山西省工程地震设防烈度图》，本区地震基本烈度为Ⅵ度。其表现特征主要是受周围地震活动的影响，轻度有感地震频繁，但震级较低，多在4级以下。

（三）水文与气象简况

煤矿采空区治理工程所处区域为大陆性暖湿带半干旱气候，冬季寒冷少雪，春季

干旱多风，夏季雨水较多，春秋两季气温变化幅度大，冬季变化幅度小。年平均气温11.2~11.7C°，最热月份为7月，月平均温度22.8C°~29C°；极端最高温度37C°，极

度端最低温度-22.5C°。全年无霜期160~180天，冰冻深度30~57cm，年平均降雨量625~680mm。区内水系分属黄河、海河两大流域。区内丹河属黄河水系。区内地表径流多由降雨产生，季节性变化明显。

（四）交通、动力、通讯及其他条件

1、交通条件

拟建太原~晋城高速公路长治~晋城段大致与长晋二级公路呈平行关系，二者相距不远，交通条件较好，从乡、镇到施工现场有小路或者便道通行。

2、水、电供应条件

用水可以利用就近煤矿排水，当水量不足时，可由供水站铺设输水管道解决。工程用电可以与就近乡、镇的供电部门联系协商，接动力输电线路，也可自备发电设备解决供电问题。

3、动力物质及通讯条件

长治~晋城二级公路沿线分布有加油站，可对施工机械提供动力物质资源。另外采空区所处区域内，移动电讯条件较好，通讯方便。也可通过就近乡、镇，架设线路，以解决通讯问题。

二、施工布置

太原至晋城高速公路长治至晋城段煤矿采空区治理工程项目第二十一合同段包括铺头煤矿采空区、东南蜀煤矿采空区、西田石煤矿采空区、茶园~牛匠煤矿采空区等4

处采空区治理工程，采空区采用钻孔注浆加固处理。各采空区处理长度及处理宽度详第二十一合同段采空区治理工程设计工作量一览表表2-1

见表1-1所示。该合同段采空区治理工程设计处理总长度1733m，设计灌浆孔249个（其中注浆孔86个，帷幕孔163个），设计灌浆孔总长度15929m，设计注浆量46205m3。各采空区治理工程量见表2-1所示，各采空区治理工程注浆孔平面位置、井巷砌筑位置详见注浆孔布置平面图。采空区治理工程完工后，半年时间做治理质量检查，共布置质量检查孔6个，总进尺383m，波速测井孔6个。

在施工过程中，首先为帷幕孔施工及注浆，之后为注浆孔施工及注浆，最后施工检查孔。详见总体施工流程图（见附图）。

根据本合同段的工程量和工期要求，我们拟组织各类管理和施工人员300人，从11月15日开始陆续进入工区，15天内人员、设备全部进场到位。各种临时设施大约30天内完成，12月1日正式开工，2003年3月25日全部完成。

三、施工测量

（一）控制测量：

1、平面控制测量

根据设计文件中注浆孔平面布置情况看，需进行平面控制测量。在设计方提供的控制点上，采用NTS—202全站仪作一条或多条附合或闭合导线，其水平角观测2测回，距离观测3测回，垂直角中丝法观测1测回。然后在导线点上架站进行图根点加密。加密的图根点应进行复测。复测的误差如果在规范规定范围之内的取两次观测结果的平均值作为图根点结果。如果在规范规定范围之外的，则重新进行观测，直到达到规范要求。

2、高程控制测量

高程控制采用三角高程测量。导线点采用三角高程对向观测间接法求得，图根点垂直角在两个不同的标高点分别观测1测回。取两次结果的平均值作为图根点的高程。

（二）工程测量

工程测量主要是钻孔的放样，复测，定测。

1、放样

先在图上切出孔的坐标，在控制点上架站，用PC—E500型电脑计算出控制点和孔的距离及旋转角度，用NTS—202全站仪放出孔位。

2、复测

钻孔放样后，再在不同的控制点上架站对所放钻孔进行复测，如果复测的误差在限差范围之内的，则所放的钻孔就作为该钻孔的实地位置进行钻探，如果超出限差则重新放样。

3、定测

采用TS—202全站仪在图根控制点上架站运用交会法、极坐标法等方法进行定测。并进行检测，水平角、垂直角各观测一测回，边长观测三测回。此定测成果作为钻孔的最终成果上交技术部门。

四、测量定点

1、注浆孔应用全站仪、钢尺进行实地测量放样，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，在监理工程师同意的情况的条件下予以调整。

2、鉴于小煤窑开采和塌陷变形的复杂性，通过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，应及时与监理工程师联系，以便设计单位对原设计进行适当的修正。

五、成孔工艺及技术要求

（一）成孔工艺

1、采用φ127mm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。在第四系卵、砾石层的钻探过程中采用跟管钻进。

2、采用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。

（二）技术要求

1、钻机须在技术人员的指导下进入场地，并在技术人员指定的位置安装设备，要求天车、立轴、孔口三点一线，防止孔钭，设备安装完毕后，申请开孔，未接到开孔通知书前不得开钻。

2、设计要求全取芯（总注浆孔的5%）的注浆孔，采空区上部覆岩部位岩芯采取率>60%，采空区塌陷区部位岩芯采取率应>30%。

（1）严格执行岩芯钻探操作规程，取芯孔严禁超管钻进

（2）做好钻探原始记录（钻探班次报表）和岩芯编录工作。要求岩芯摆放整齐（红漆标注岩石回次及块数），并压放回次标签，以便验收检查。

（3）对要求岩芯装箱保存的钻孔，待钻孔验收合格并拍照后，及时将岩芯装入岩芯箱，并运送到指定的岩芯库，予以保存。

3、对不要求取芯的钻孔，严格按照预想钻孔柱状图施工，最后编制成孔钻孔柱状图。

4、在钻孔施工过程中，如发现漏水、掉钻、埋钻、机上见软、见硬等现象，要详细记录其深度、层位和耗水量，并应立即报监理工程师采取相应措施。

5、每个注浆孔钻孔中测斜至少一次，终孔孔斜不得超过2°/100m。

6、采用回转方式钻进，不允许用冲击式钻进，以防采空区突然发生塌落。

7、待钻探至采空区的塌陷冒落带底板或煤层底板以下3~5m时，可带钻孔开孔通知书、钻探班次报表、岩芯编录（对要求采取岩芯的钻孔）向技术负责和驻地监理工程师申请终孔，经验收合格方可进行下一道工序。

8、压水冲孔

由于钻进过程中孔内沉定物多，每个钻孔在下注浆管前应将钻具下至孔底，压水冲洗孔内残留岩粉及其它沉淀物，保持孔内裂隙畅通。

参照钻孔施工工艺流程图（见附图）。

（三）浇铸孔口管工艺

1、准备Φ50mm钢管（注浆管），切割长度为变径深度加上0.80m。

2、加工圆形法兰托盘，Φ120~130mm。

3、在管子前端200~300mm处焊接法兰托盘。同时在灌浆管托盘以上3~10m处采用反丝接头，灌浆结束后反转拨上部灌浆管，以备其它孔再次使用。

4、下入带法兰托盘的注浆管，注浆孔口管到位后，将护壁管提起约50cm。