烟台新国际机场拟建场区金矿采空区治理方法研究

烟台新国际机场拟建场区金矿采空区治理方法研究
作者：赵志强
来源：《城市建设理论研究》2013年第17期
摘要：山东省重点建设项目烟台新国际机场建设工程场区内分布有大量金矿采空区，分布无序，纵横交错，废弃井巷遍布，已发现明显地表塌陷多处，对于工程安全建设及使用安全有重要影响，采空区治理已成为工程顺利建成及投入使用的前提，遵循自然规律，深入分析研究场区条件，因地制宜地确定治理方法，取得了良好的效果，即达到消除采空区安全隐患的基本目的，也为其他类似地区采取简单、实用、高效的采空区充填方法治理采空区提供了很好的借鉴经验，为废弃矿区变废为宝，缓解土地资源危机提供了良好的借鉴模式。

关键词：建设项目金矿采空区治理方法研究
中图分类号：TD422文献标识码： A 文章编号：
拟建烟台新国际机场位于蓬莱市潮水镇，属国内民用航空干线机场，对外籍飞机开放的口岸机场。

一期工程规划目标年为2025年，概算投资46亿元，规划用地为6000亩，属山东省重点建设项目。

拟建场区金矿开采历史悠久，地下采空区纵横交错，对机场工程建设及安全使用造成了严重的安全隐患，因地制宜地开展治理工程，迫在眉睫。

1、场区采空区现状特征
建设场地范围内庄官至后大雪一带为废弃金矿开采区，以往民采活动强烈，存在大量的废弃民采矿井，无系统的采矿资料，且乱采乱挖现象严重，采空区的分布特征与矿体的分布特征具有明显的一致性，采空区分布范围广，深部变化大，采空区的分布杂乱无章。

通过采空区专项勘查证实共有：(1)庄官村东、(2)崔家村东南、(3)前大雪西南、(4)后大雪、(5)邱家五个大区，未充填废弃采矿竖井达400多个，未充填废弃巷道约20000m，废弃采空区成片状交错分布，采空区平面沿矿脉展布，宽度较小，但延展深度较大，一般为-30m至-200m，采空区分布密集、规律性差。

由于乱采乱挖严重，已造成29处的地面塌陷，个别地方还造成人员伤亡和财产损失，存在严重的安全隐患。

2、场区采空区治理原则
(1)坚持“预防为主、全面规划、综合防治、因地制宜、部门分工合作、加强管理、注重效益”的工作方针。

(2)在矿山地质环境治理过程中，坚持先设计后施工的原则，突出重点，逐步推进；
(3)在方案实施过程中，坚持安全第一的原则，确保施工人员的安全。

(4)治理范围：平面范围以勘查证实平面范围为准，垂直范围以跑道基础平面以下垂直距离40m为界，空区顶部在40m以下者，可以不予治理，40m以上者，应进行连带处理。

(5)考虑到采空区相互交错贯通，为保证浆液在可控的范围内有效扩散，应打破常规，根据采空区的赋存特点，采用部分填充或填充体隔离+填充的方式对空区进行局部或全部有效加固。

(6)由于场区内采空区、竖井及平巷等地下结构复杂，因此在专项采空区勘查的基础上，将需治理的采空区分为三种类型，即：未塌落至地表的采空区、仅由竖井和平巷组成的局部采空区、已塌至地表并形成塌陷坑的采空区。

针对不同采空区的特点，采用相应方法分别对采空区进行治理。

3、采空区治理方法
3.1未塌落至地表的采空区治理
3.1.1分布特点
(1)采空区局部密集。

由于矿脉多且有分支，造成了潜在空区在局部地段密集存在。

(2)采空区在空间分布上呈无序状态。

由于开采周期长、各矿脉品位差异，特别是经过无序的民采，空区分布极不均匀、时断时续，又没有可查的技术资料，无法在地表完成精确勘察。

(3)采空区在空间上有良好的贯通性。

据调查，整个机场建设范围内下伏开挖巷道达2万m之多，不排除其间上下左右相互贯通，如果采用常规注浆填充采空区，浆液在无约束条件下无序流动，难以保证浆液在限定范围内有效扩散。

3.1.2治理方法
该种情况是采空区治理工作的重点和难点，准确和有效是治理工作的主要原则。

所谓准确就是要求有的放矢，充分利用现有资料，探明并确切掌握空区的空间位置；所谓有效就是要求在已准确掌握的空区内，保证所有加固填充物集中在限定的范围内，使跑道下伏空区能得到有效加固。

前期采空区勘查结果提供了采空区的初步范围。

为使采空区治理有效，做到隐蔽空区明确化，治理范围清晰化，治理工程定量化，治理方法应采取探孔勘查+注浆充填结合法，具体的治理方案如下：
(1)在可能有采空区的范围内，沿矿脉走向在矿脉上盘每10m布置探孔剖面，探孔采用直径90mm～120mm的钻头。

探孔直径可实际作适当调整。

(2)首先打探孔1，若未发现空区，则依次打探孔2和探孔3，上述任一探孔发现空区，则在空区上方施工直径1～1.5m竖井或斜井进行治理。

如果3个探孔都没有发现空区，则施工下一个勘查断面的探孔。

(3)在发现空区之处，首先利用竖井或斜井采用废石进行充填至空区顶板高程。

(4)在废石充填完成后，设置直径为100mm的注浆管，利用竖井或斜井进行注浆至跑道结构层底面设计标高（挖方区）或原地面标高（填方区），注浆采用1:8的尾矿砂水泥浆或粉煤灰水泥浆，施工时可根据浆液的流动性调整注浆参数，或采取双液注浆封底，再灌注尾矿砂或粉煤灰水泥浆的方法，仅注机场设计标高以下40m范围内的空区。

5）填方区在填方前进行治理，挖方区在开挖至跑道底面高程后进行治理。

(a)勘查探孔工艺简图
(b)注浆充填工艺简图
3.2采空塌陷及伴生地裂缝治理
(1)对现有塌陷坑坑底及周帮夯实，土体压实度应大于90%。

(2)在坑内回填三合土并压实至设计标高。

水泥稳定砂砾中水泥用量不小于8%，三合土的配比为土：石灰：水泥＝0.7:0.25:0.05。

(3)在塌陷坑范围内按3m×3m的网度施工向下钻孔，孔深以穿过塌陷空区并进入基岩1m 为宜，并预埋注浆管，注浆管直径为50 mm。

(4)注浆采用二次注浆的方法。

利用钻孔进行一次注浆；在浆液初凝前即一次注浆20-30h 内利用预埋注浆管进行二次注浆，以对塌陷坑顶部塌落体进行加固。

(5)二次注浆压力采用1～1.5MPa。

(6)注浆结石体的强度不小于3MPa。

(c)采空塌陷坑治理工艺简图
3.3废弃矿井和平巷治理
场区内废弃矿井和平巷治理原则是：当平巷顶面高程在0m以下时，平巷不做治理，仅需治理竖井；当平巷顶面高程在0m以上时，则采用回填废石及注浆方式充填平巷和竖井。

对于只有竖井无平巷的空区，治理方法相同。

3.3.1未知平巷位置的废弃平巷及竖井治理方法如下：
(1)在竖井范围内预设1根直径为50mm注浆钢管，注浆管长度等于竖井深度但最长不超过40m；
(2)对于挖方区用废石将竖井充填至跑道底面高程，填方区充填至地表；
(3)在废石充填完成后，利用井口和注浆钢管进行注浆治理；
(4)注浆结石体强度不小于3MPa。

(5)如果废弃矿井周边明确存在局部采空区，且空区位于重要结构物下部，则在空区范围内按55m布设注浆孔进行注浆。

3.3.2已知平巷位置的废弃平巷及竖井治理方法如下：
(1)在竖井范围内预设1根直径为50mm一次注浆钢管，注浆管长度至平巷底面标高；
(2)对于挖方区用废石将竖井充填至跑道高程，填方区充填至地表；
(3)以平巷长度大于或小于10m作为该类空区的治理判据，分别采取以下两种方案进行治理：a）当平巷长度小于10m时，在废石充填完成后，利用井口和预埋一次注浆钢管进行注浆治理；b）当平巷长度大于10m，且在治理范围以内，在平巷上方施工直径150mm的注浆钻孔，预设1根直径为50mm二次注浆管，注浆管长度同一次注浆管，二次注浆管按1m间距布置4个对称的出浆孔，管下端口及出浆孔均以塑料胶带缠绕，在原废弃竖井一次注浆完成后，利用注浆钻孔（孔径150mm）及预设注浆管进行二次注浆；
(4)如果空区位于跑道道面或重要结构物下方，以上空区治理判据调整为平巷长度大于或小于5m；
(5)如果废弃矿井周边明确存在局部采空区，且空区位于重要结构物下部，则在空区范围内按5m5m布设注浆孔进行注浆。

(6)注浆结石体强度不小于3MPa。

4、治理效果
拟建场区采空区治理工作于2012年5月底正式完工，经物探探测及钻探验证，治理效果良好，飞行区已土基工程通过竣工验收并被评为优良等次,后续工程项目进展顺利，预计整体工程于2013年年底前基本完工。

5、结语
拟建工程项目场区下伏采空区对于工程建设及使用安全有重要影响，遵循自然规律，采取因地制宜的治理方式，消除采空区安全隐患首当其冲。

通过本次烟台新国际机场建设项目场区采空区治理方法的分析研究，为类似地区采空区治理提供了很好的借鉴经验，为废弃矿区转变为建设用地，变废为宝，缓解国家土地资源危机提供了很好的借鉴模式，是新时期人口、社会、环境的可持续发展的新体现。

参考文献：
[1]王广和·烟台新国际机场废弃矿山地质环境恢复治理方案设计，2010年11月，43—129，
[2]李海翔,赵志强·山东省栖霞市香夼闭坑铅锌矿矿山环境治理与生态修复工程设计，2013年3月28—122，
[3]姜艳美,万庆德·采空区的充填治理，现代矿业2012第9期，2012年9月。