注浆法进行采空区治理的探讨

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注浆法进行采空区治理的探讨
作者:高鹏
来源:《科技创新与应用》2015年第04期
摘要:文章以煤矿采空区治理为背景,介绍了利用注浆填充法进行采空区治理时各个工序的工程要求及各个工序的工作要点。

利用文章提出的注浆填充进行采空区治理取得了良好的效果,满足了设计要求,对类似采空区治理提供了有益的参考。

关键词:采空区;注浆填充;矿山生产
前言
经过近十年的发展,陕西煤炭生产水平得到了长足发展,特别是陕北地区,借由优越的矿产资源以及广大从业人员的不懈努力,煤炭产量逐年增加,为我国煤炭能源的战略储备提供了保障。

但是,随着煤炭开采的进一步进行,采空区所引起的地面下沉,不规则变形极大影响了当地生态环境,为当地安全生产及人民安全带来了不利影响[1-2]。

文章结合陕北某矿区采空区的注浆治理工程为例,系统分析了相关问题,对相似工程具有有益的参考价值[3-4]。

1 采空区治理方式
1.1 前期勘察调研
在对采空区进行治理之前,应当通过地质勘察、调研、原位试验、室内试验、现场监测等方式,确定采空区的地表影响区域,以及采空区的下沉深度、最不利影响形态,最终对采空区进行综合的稳定评价,为最终治理方案的确定提供依据。

1.2 治理方案确定
通过对矿区的综合评定,最终确定采用支碹支护与注浆填充相结合的治理方案进行采空区治理。

通过对后期支护效果的监测评价发现,通过采用上述综合治理方案可以有效发挥两种支护方法的优点,对采空区实现了有效治理,达到了预期的治理效果。

在进行采空区治理时,由于只针对一层采空区进行治理,所以可以使用套管注浆法进行注浆施工。

该方法的优点是注浆与钻孔可以实现一次完成,既节省了时间,又降低了工程成本。

通过前期的地质勘查等工作,确定了空区范围,从而为注浆范围的确定提供了依据。

同时确定注浆区埋深在145-160m之间。

根据勘查数据及国际相关规定,最终确定水泥浆扩散半径为5-10m。

钻孔的布置方式以梅花形和矩形相结合的形式进行布置。

钻孔的间距初步定为15m,个别位置可根据要求进行调整。

在进行钻孔作业时,顺序按照由注浆区域外围向中间靠拢,同时
应当首先在地下水下游位置进行注浆作业,以便保证注浆效果。

由地质勘查资料显示,在进行注浆治理过程中,需要对注浆区域边缘加设阻浆墙,从而堵住浆液流失路径,进一步保证注浆质量。

阻浆墙厚度应在2.5-3.5m之间,砂浆采用M10号。

注浆材料:在进行浆液配比时,应当充分考虑现场地质要求,选择合适的原料进行配液,在必要时可以添加速凝剂或其他的添加剂以提高浆液的某些特性。

通过分析,要求所使用水泥标号应大于32.5号,优先选用矿渣硅酸盐水泥。

沙子使用天然砂或人工砂,沙子的硬度应该满足一定要求,沙子的直径小于2mm;沙子应该以纯净为好,其中的有机物应该小于3%。

注浆设备要求:在对钻机的选择上,应根据地质特点进行,本工程的钻机最终采用回钻式钻机。

对于搅拌机型号的要求,应该兼顾注浆泵型号,只有两者的工作速率配合合理,才有利于工程的正常进行。

当今进行注浆填充治理时,注浆泵常常使用多缸栓塞式,在进行工作时,要求注浆泵其最大排浆以能够保证施工按照设计进度进行,而不会耽误工期,同时,在进行注浆泵选择时,为了充分保证工期,一般选择比设计型号较大的进行工作。

注浆管的选择应当和钻孔的要求一致,根据本工程的需要,要求注浆管的直径采用50mm,同时其材质选择为钢管,要求钢管承受张力2.5MPa,以充分保证钢管在高压作用下的安全。

为了能够实时监测注浆过程中关键部位的压力,需要在注浆泵、注浆孔口处安装压力表,要求表的量程为6MPa。

为了保证在施工过程中能够快速应对突发事件,上述设备中,对于容易消耗或破坏的部件应当准备备用品。

2 注浆工艺
钻孔工艺:由于工程施工区域中只有一层煤层,而且地质结构单一,在进行钻孔施工时,可以按照一般施工工艺进行施工。

在基岩以上时,可以采用直径为150mm的钻头进行钻孔开口作业,当钻孔施工到基岩之下5m左右时,此时把直径为110mm的护壁管探入到设计位置。

接下来,灌注配比设计好的水泥,注入压力应该大于2.5MPa。

在这之后,用提前预备的钻头进行钻孔。

在钻孔作业过程中应当时刻注意施工质量,如果发现钻孔破坏或者掉块等工程现象,应当及时采取有效措施进行处理,以保障钻孔作业顺利进行。

在上述工作中,主要的工艺包括岩芯钻探工艺和无芯钻进工艺,只有在对采空区区域的工程地质条件有充分认识,同时施工队伍能够熟练掌握无芯钻进工艺技术时,才能采用后者进行钻孔作业。

在进行钻孔时,要求钻孔倾斜角度不大于1°/100m。

一般情况下,在该工作中不应使用化学泥浆,同时要求止浆高度应该高于5m。

当钻孔完成之后,应当进行密切监测,及时采取修复措施,充分保证钻孔的质量。

注浆工艺:水灰比应当控制在1:1.3左右。

在进行浆液配比时,应当保证水泥和粉煤灰的总和所占的比例大于30%,同时应当保证砂小于70%。

在进行比例计算时,如果加入碎石,则把碎石当做砂进行计算。

在进行注浆工作前,应保证注浆管的贯通。

同时应当用专用装置进行注浆作业。

在注浆时,应当注意不同注浆阶段的注浆工艺的特点:在注浆前期,应当用水灰比为1:1的浆液进行注浆作业,当注浆量为总量的35%时,观察压力表,如果满足要求,在改变水灰比,继续精细注浆作业。

当孔口有压力显现时,应当根据显现特点设置注浆工
艺,完成注浆作业。

再注浆过程中,除了注意压力变化外,还应时刻注意水位变化及附近地层变化,及时发现问题,及时采取应对措施。

在注浆过程中,由于浆液压力的作用,会使得地层中的空隙、裂缝等被其充满,从而导致压力增大,而同时注入的浆液量也会随之减小,当注浆完毕时,孔口压力暂时增大,由此可以判断停止注浆。

3 治理效果
采用注浆填充法对该采空区进行治理,当工程完毕后,持续进行监测,同时进行工程质量评价,通过监测及分析发现,经过注浆治理后的采空区经过大约8个月的渐变期后,逐渐稳定,工程质量满足了设计要求,保证采空区附近生产正常进行及人员安全。

4 结束语
文章以陕北某煤矿采空区治理为工程背景,详细分析利用注浆填充工艺进行采空区治理的工序及注浆各参数的取值依据,通过后期监测,治理效果满足设计要求,对类似采空区治理提供了有益的参考。

参考文献
[l]郭广礼,邓喀中.采动破裂岩体地基注浆加固及其检测技术[J].中国矿业大学学报,2000,29(3):293-296.
[2]刘庆顺,苏林祥.注浆充填技术在处理大巷冒顶区中的应用[J].河北煤炭,2005(5):18-19.
[3]张俊英,王金庄.建筑地基采空区注浆充填及检测技术[J].西安科技学院学报,2004,24(2):151-154.
[4]林宗元.岩土工程治理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.。