采空區(qū)治理工程施工及檢測

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西太原 030013)

山西為煤炭大省，隨著中部崛起及基礎(chǔ)建設(shè)的加速發(fā)展，煤炭被以不同方式開采，留下了大規(guī)模、大范圍的采空區(qū)及塌陷區(qū)，造成采空區(qū)及塌陷區(qū)上方地基不穩(wěn)，承載力下降。為了提高礦區(qū)土地的利用率，在正確勘察和評價的基礎(chǔ)上，對不同類型采空區(qū)地基進行針對性處理。本文對采空區(qū)治理的手段、施工工藝、施工方法及工程質(zhì)量檢測等作了詳細的闡述。

1 采空區(qū)治理設(shè)計工作目標(biāo)

通過地表地質(zhì)調(diào)查，布置變形監(jiān)測及物探和鉆探等地質(zhì)勘察工作，利用相關(guān)資料對采空區(qū)穩(wěn)定性作出定量評價，對需要處理的采空區(qū)提出具體的處理方法、工藝流程和質(zhì)量控制措施。

2 采空區(qū)治理工程施工準(zhǔn)備

2.1 人員準(zhǔn)備

1)按規(guī)定的設(shè)計要求組織建設(shè)施工項目部;2)根據(jù)施工需要，配備工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、鉆探、試驗測試、工程計量、安全、機械、計劃等相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員;3)特殊工種人員必須持證上崗(電工、焊工、鏟車駕駛員等);4)參與工程的施工人員須進行崗前培訓(xùn)，掌握必要的施工技術(shù)技能，合格后方能上崗。

2.2 技術(shù)準(zhǔn)備

1)現(xiàn)場踏勘，了解本項目區(qū)域地形、地質(zhì)地貌、施工條件、材料供給、水、電路等概況;2)閱讀設(shè)計文件，熟悉施工工藝，掌握施工要點;核對設(shè)計施工工程量，檢查有無工程中遺漏的項目;3)組織技術(shù)人員對施工工藝的可行性進行討論，對疑點、難點應(yīng)向設(shè)計單位提出書面性的會審意見;4)考查當(dāng)?shù)厥┕げ牧喜⑷铀蜋z;5)用送檢合格的材料，按設(shè)計要求進行漿液配合比試驗，確定注漿漿液的各項性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 設(shè)備及其他準(zhǔn)備

1)對施工場地進行合理規(guī)劃，認真安排現(xiàn)場的施工用地，確定注漿站位置，原材料的堆放位置及臨時設(shè)施用地范圍應(yīng)盡量避開鉆孔施工位置;2)修筑施工便道，保證施工車輛正常通行;3)確定施工地的水源，鋪設(shè)管道引水至注漿站;4)架設(shè)施工用電線路，配備臨時用電設(shè)備;5)按設(shè)計文件要求，結(jié)合施工現(xiàn)場實際，組織調(diào)遣施工機械設(shè)備;6)根據(jù)施工周期、工程量建立相應(yīng)規(guī)模的注漿站，配套站內(nèi)注漿設(shè)備。

3 采空區(qū)治理工程施工

3.1 鉆孔施工

3.1.1 原則及順序

1)首先安排技術(shù)先導(dǎo)孔鉆探施工，全孔取芯，明確查明地層結(jié)構(gòu)及采空區(qū)空間特征，確定鉆探的施工工藝，指導(dǎo)全面鉆探施工;2)鉆探順序由采空區(qū)底板標(biāo)高最低處開始，向標(biāo)高較高處推進;3)先施工場地四周帷幕孔，再施工中間注漿孔間隔法進行鉆孔施工;4)鉆探孔可超前注漿孔1孔～2孔;5)施工中，如遇鉆孔注漿串漿、冒漿時，應(yīng)終止鉆孔施工，并將鉆孔套管口堵塞，待注漿孔注漿結(jié)束后再進行該鉆孔施工。

3.1.2 鉆孔技術(shù)要求

1)孔位嚴格要求用測量儀器準(zhǔn)確定位，孔位誤差控制在允許范圍內(nèi)。如需移動孔位時，須征得設(shè)計單位同意;2)鉆孔孔徑、孔深、變徑位置、終孔孔斜應(yīng)符合設(shè)計文件規(guī)定;3)當(dāng)鉆探進入受注層位后，采用清水鉆進，嚴禁使用泥漿護壁;4)專業(yè)技術(shù)人員認真填寫鉆探班報表，詳細記錄孔內(nèi)巖性、風(fēng)化程度等情況，詳細真實描述漏水、掉鉆、卡鉆、耗水量、地下水位等情況;5)鉆探終孔驗收符合設(shè)計要求后，安裝止?jié){設(shè)施，單層采空區(qū)采用一次性注漿，多層采空區(qū)自上而下依次注漿。

3.2 注漿施工

3.2.1 原則及順序

1)注漿施工順序應(yīng)緊跟鉆孔進度，注漿可滯后鉆孔施工1孔～2孔;2)在采空區(qū)的注漿中，對一層采空區(qū)采用全孔一次注漿法。對多層采空區(qū)宜采用自上而下分段注漿法;3)當(dāng)采空區(qū)充水時，注漿漿液宜采用濃度較大的配比;當(dāng)采空區(qū)無水時，注漿漿液宜從濃度較稀的配比開始逐步變濃。

3.2.2 注漿施工技術(shù)要求

1)注漿漿液配合比應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)定;2)注漿原材料質(zhì)量必須符合設(shè)計及相關(guān)單位檢驗標(biāo)準(zhǔn);3)注漿施工順序先施工帷幕孔(邊緣孔)，后注漿孔;4)鉆孔每次首注前，須做壓水試驗，一般注水量為注漿管路內(nèi)的容量與變徑以下至孔底鉆孔容量之和的3倍;5)注漿過程中對孔口壓力、單位吸漿量進行定期觀察記錄。單孔注漿結(jié)束后，認真準(zhǔn)確填寫原始注漿記錄，及時報驗認可。

3.2.3 注漿施工工藝

1)注漿站設(shè)置。在施工區(qū)內(nèi)或附近，選擇地形較高、交通方便的有利部位修建注漿站。按設(shè)計要求及工程量大小確定注漿站個數(shù)、規(guī)模。制漿站的制漿能力應(yīng)滿足注漿高峰期所有機組吸漿需要。

2)注漿漿液配制。漿液配制時攪拌機的轉(zhuǎn)速與原料的拌合能力應(yīng)與注漿泵相適應(yīng)，要保證連續(xù)、均勻的拌制漿液。同時注漿管路應(yīng)暢通，輸漿管路不應(yīng)采用直角轉(zhuǎn)彎，宜采用帶弧形的彎管。攪拌機凈攪拌時間不得少于5 min，漿液從制備到注漿使用前的時間宜控制在4 h以內(nèi)，配備備用的動力設(shè)備，防止工作動力出現(xiàn)故障時，漿液凝固損壞設(shè)備。

3)壓水試驗判斷單孔可灌性及漿液初始配合比的選擇。鉆孔注漿前，需作壓水試驗，其目的是:a.沖洗孔內(nèi)裂隙和空隙，使?jié){液能夠順利進入受注層位和目的區(qū)域;b.探查裂隙和空隙大小，觀察孔內(nèi)單位時間的吸水量和孔口壓力。通過這兩項指標(biāo)即可確定注漿時初始漿液濃度。

4)注漿漿液配比。漿液的濃度使用，按設(shè)計要求，由稀到濃，逐級變換。當(dāng)漿液的注入量已達設(shè)計量的規(guī)定范圍以上或灌注時間已達2 h以上時，但壓力和單位吸漿量卻無改變時，應(yīng)加濃漿液等級。

5)漿液的性能檢測。漿液性能指標(biāo)一般包括漿液密度、粘度、結(jié)石率、漿液的初凝、終凝時間、漿液結(jié)石體試塊抗壓強度等。應(yīng)按設(shè)計要求或相關(guān)細則進行測試，通過這些指標(biāo)，對漿液質(zhì)量合格性進行準(zhǔn)確判斷，為工程質(zhì)量鑒定奠定基礎(chǔ)。

3.2.4 注漿過程中的特殊現(xiàn)象的預(yù)防與處理

1)冒漿:指止?jié){裝置的止?jié){效果不好，注漿時漿液從孔壁處向上返漿，預(yù)防辦法是將鉆孔變徑深度適當(dāng)延伸，同時將澆筑水泥漿止?jié){高度適當(dāng)增加，且認真養(yǎng)護，必要時在水泥漿中摻入足夠量的速凝劑，強化止?jié){效果，減少或消除冒漿現(xiàn)象。

2)串漿:指注漿時，漿液串入鄰孔鉆孔范圍內(nèi)，從已成孔的孔口管內(nèi)或正在鉆探施工的鉆孔內(nèi)冒漿，針對這一問題，在采空區(qū)冒落帶和裂隙帶連通性好的地區(qū)，對鉆孔和注漿均采用二序次或三序次布設(shè)施工。從已成孔的孔口管內(nèi)串漿時，應(yīng)對串漿孔同時實施注漿。正在進行鉆探的孔內(nèi)串漿時，應(yīng)停止該孔鉆探，將孔口封閉，待注漿孔注完后，鉆孔重新復(fù)鉆。

3)堵孔:指的是鉆探終孔之后，孔壁因局部巖石破碎，出現(xiàn)坍塌，堵塞鉆孔，影響注漿，解決的辦法是在孔內(nèi)下通天花管注漿，以解決堵孔造成無法注漿的問題。

4)地表鼓脹、裂縫或冒漿注漿過程中，地表如出現(xiàn)鼓脹、裂縫、沉陷或地表裂縫冒漿，應(yīng)減小注漿流量，控制注漿壓力，采用間歇式注漿。

5)注漿孔注漿量過大無法達到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)采用加速凝劑多間歇的注漿方法，必要時可向孔內(nèi)投入骨料(砂、細石碴等)。特別是帷幕孔，注漿量大不起壓時，可加密鉆孔，采用大口徑鉆孔以利于投入骨料。

6)注漿過程中，如突遇停電失去動力，應(yīng)及時更換、啟動備用動力，吸干漿池漿液，清水沖洗注漿管道，防止?jié){液凝固損壞注漿設(shè)備或造成注漿孔堵塞。

4 采空區(qū)治理工程質(zhì)量檢測

采空區(qū)治理工程質(zhì)量檢測的時間應(yīng)在注漿施工結(jié)束3個月～6個月后進行。

4.1 物探

根據(jù)采空區(qū)治理區(qū)域內(nèi)同范圍、同點、同深度處巖層的物理性質(zhì)在注漿前后的變化對比，判斷工程質(zhì)量的優(yōu)劣。優(yōu)點:成本低、速度快、效率高、施工簡單;缺點:資料具有多解性，只能進行定性評價。

1)波速測井法。波速測井是在鉆孔內(nèi)進行的，以鉆孔獲得的地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，獲取不同巖石類型及巖石完整性分段對應(yīng)的波速值，進行施工前后對比，進行工程質(zhì)量評價。

a.直接判斷:參照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》關(guān)于場地土類型的標(biāo)準(zhǔn)，將采空區(qū)注漿后受注層的平均剪切波速(橫波)不小于160 m/s作為評價施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。b.對比判斷:利用勘察鉆孔或治理施工鉆孔，取得注漿前的孔內(nèi)巖層的波速資料作為背景值，再將注漿后的質(zhì)量檢驗鉆孔中取得的波速資料進行對比，根據(jù)注漿前后波速變化的提高率，定性判斷工程質(zhì)量。

2)瑞雷波(面波)法。根據(jù)注漿前后高分辨率地震反射波Q值提高幅度確定注漿效果。

4.2 地表變形觀測

施工完畢后可布置觀測線進行監(jiān)測，沉降觀測需采用DS1級精密水準(zhǔn)儀和因瓦水準(zhǔn)尺進行準(zhǔn)確測量。精度要求按三等水準(zhǔn)測量進行觀測。

［1］張碧華.淺議采空區(qū)治理施工技術(shù)［J］.山西建筑，2011，37(12):81-82.