露天礦采空區(qū)充填治理

寇彬　姚殿民

摘 要：由于歷史原因不少露天礦礦區(qū)內(nèi)存在大量的歷史遺留的小窯采空區(qū)。目前對這些小窯采空區(qū)的治理方法較多，文章通過對小窯采空區(qū)治理的特征進(jìn)行詳細(xì)的研究尋求一種更為簡便、經(jīng)濟(jì)的治理方式-采空區(qū)充填治理。并對充填治理方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

關(guān)鍵詞：露天礦；采空區(qū)；充填治理

1 工區(qū)概況

內(nèi)蒙古某露天礦礦區(qū)內(nèi)存在大量已經(jīng)關(guān)停的小煤窯留下的采空區(qū)，該區(qū)域作為開采區(qū)的排土場，重載車輛密集作業(yè)，易致使未塌陷采空區(qū)陷落造成安全事故。因此，為了安全生產(chǎn)必須對這些露天礦內(nèi)的采空區(qū)進(jìn)行治理。

該露天礦煤層埋深40～100m，煤層頂板以粉砂巖、泥巖、中粗砂巖為主，成巖作用低，屬軟巖層。本地區(qū)屬大陸性亞寒帶氣候，冬季嚴(yán)寒，夏季較熱。最高氣溫37.7℃，最低氣溫-48℃。

本區(qū)地層因第四系廣泛覆蓋出露不好，僅局部地區(qū)可見零星露頭，從目前已獲得資料來看，區(qū)內(nèi)發(fā)育有古生界泥盆系上統(tǒng)變質(zhì)巖系，中生界侏羅系中統(tǒng)顏家溝群，白堊系下統(tǒng)興安嶺群的龍江組、甘河組和扎賚諾爾群的南屯組，大磨拐河組；新生界第四系的更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。

該露天礦屬于陳旗半地塹型盆地，煤層埋深40～80m，煤層頂板以粉砂巖、泥巖、中粗砂巖為主，成巖作用低，屬軟巖層。

2 施工方法

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，采用“探灌結(jié)合”的施工方案進(jìn)行治理。對物探資料提供的采空異常區(qū)地段，先在疑似采空區(qū)中心進(jìn)行驗(yàn)證鉆孔的施工。驗(yàn)證鉆孔應(yīng)鉆進(jìn)至煤層底板。如在煤層出現(xiàn)掉鉆漏水等情況則確定下部為采空區(qū)，可以進(jìn)行投砂注漿施工。由于地球物理探測提供的采空區(qū)中心坐標(biāo)可能會存在誤差，因此在注漿完畢后再在驗(yàn)證孔周圍四個(gè)方向布置四個(gè)檢查鉆孔。這四個(gè)檢查鉆孔距離中心驗(yàn)證鉆孔按3-5米布置，以檢驗(yàn)采空區(qū)注漿的效果，采空區(qū)是否全部充填。確保整治效果。

3 孔位布置

依據(jù)地球物理探測提供的采空異常坐標(biāo)進(jìn)行孔位布置。在地球物理探測資料的異常區(qū)，在異常區(qū)范圍內(nèi)以梅花型均勻布置；對于經(jīng)過驗(yàn)證孔驗(yàn)證為采空區(qū)，注漿后再在注漿孔周邊布置3-4個(gè)檢查孔，檢查孔距注漿孔5-10m布置。因?yàn)榈厍蛭锢硖綔y提供的采空異常坐標(biāo)可能存在誤差。所以在對異常區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，對下部驗(yàn)證為非采空區(qū)的，則應(yīng)在周圍5-10m布置3-4個(gè)驗(yàn)證鉆孔進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。確保準(zhǔn)確對疑似異常區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證或排除。

4 投砂注漿及技術(shù)參數(shù)選定

當(dāng)鉆孔施工完畢后，應(yīng)及時(shí)安裝好護(hù)壁導(dǎo)管，安裝投砂器（見圖1）。圖中1為注漿管，2為注漿導(dǎo)管用于接地面漿泵，3為出氣管，4為投砂漏斗。投砂器用絲扣于護(hù)壁導(dǎo)管內(nèi)的注漿管連接，就形成了投砂注漿裝置。該投砂注漿裝置有投砂漏斗、注漿管、下料導(dǎo)管。裝置安置完畢后，進(jìn)行清孔注漿，以檢查管路的暢通與否及有無跑、冒、滴漏現(xiàn)象，是否存在塌孔現(xiàn)象，在試注漿中，漿液通過投砂器具的注漿管連續(xù)注入，孔口壓力及回風(fēng)穩(wěn)定時(shí)即可按設(shè)計(jì)進(jìn)行投砂注漿施工。選取2-3個(gè)孔進(jìn)行注水，壓水試驗(yàn)和注漿試驗(yàn)，以確定注漿壓力、水灰比、注漿量，根據(jù)試驗(yàn)孔的情況，鉆孔間距可做適當(dāng)調(diào)整。

根據(jù)注漿試驗(yàn)及鉆探的情況來確定漿液配合比，按照漿液由希到濃的原則，隨時(shí)檢查及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。注漿前做好管路壓水試驗(yàn)，注漿壓力由小到大。根據(jù)鉆孔揭示的地質(zhì)情況和注漿工藝試驗(yàn)確定注漿漿液類型，對于存在明顯空洞及采空區(qū)充填物的孔位采用水砂漿灌注，其它則加入適量粉煤灰灌注。摻砂時(shí)，砂水的摻量一般為1：1-1：2；粉煤灰的摻量為膠凝材料的10-15%。

在材料進(jìn)場水電開通，設(shè)備進(jìn)場后，還要修建蓄水池、攪拌池等基礎(chǔ)設(shè)施。將水和粉煤灰注入攪拌池進(jìn)行攪拌。

5 注漿

注漿工作必須連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷，必須果斷采取處理措施，及早恢復(fù)。根據(jù)施工中的不同條件，采用了自流投砂，壓力注漿、間歇注漿、二次注漿等方式。自流投砂就是砂水在自重作用下流進(jìn)采空區(qū)。投砂時(shí)候，在投砂漏斗周圍備砂，人工投砂。先通過漿管上連接的注漿泵往采空區(qū)注水，水連續(xù)流動(dòng)后開始從投砂漏斗投砂水漿液，以水代砂的方法投入到采空區(qū)且進(jìn)入采空區(qū)的砂在水的帶動(dòng)下開始向四周擴(kuò)散。當(dāng)砂水從孔口冒出時(shí)作為投砂結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)遇到大的空洞時(shí)，適當(dāng)添加粉煤灰、砂等材料，同時(shí)漿液比重也適當(dāng)加大，減少漿液流動(dòng)性，確保漿液不會流出線路處理范圍太遠(yuǎn)，減少漏失量。當(dāng)采空區(qū)已大部分被漿液充填，注漿泵的壓力表顯示有壓力，就進(jìn)入壓力注漿階段。采用壓力注漿，其主要目的是為了加密充填采空區(qū)，同時(shí)也充填了基巖裂隙、軟弱結(jié)構(gòu)面和因采空而產(chǎn)生的基巖裂隙。間歇注漿就是注一段時(shí)間，間歇一段時(shí)間，讓每次注入巖層的漿液有個(gè)析水凝結(jié)的過程，從而有效充填巖層孔隙，阻止?jié){液冒漿和流出處理范圍以外。當(dāng)孔口管壓力在1.0-1.5Mpa，泵量小于70L/min，穩(wěn)定10-15min 以上，即可結(jié)束該孔注漿施工。注漿施工的流程見下圖2。

6 施工注意事項(xiàng)

（1）當(dāng)孔內(nèi)注漿量較大時(shí)，注入的砂水漿液的砂水比適當(dāng)降低砂的含量，否則容易堵塞管口。（2）當(dāng)注漿孔揭露較大的采空區(qū)時(shí)，自然注漿達(dá)到采空區(qū)或者空洞體積容量后，孔底仍沒有明顯抬生；或者孔內(nèi)漿液漏失嚴(yán)重，一次連續(xù)注漿2m3后，注漿速率不減或壓力不升高；或者注漿壓力突然降低或速度突然升高；或者當(dāng)注漿未達(dá)到設(shè)計(jì)壓力而出現(xiàn)孔口或地面冒漿等異常情況發(fā)生時(shí)，可采取間歇反復(fù)注漿。一次注漿結(jié)束后，被壓入的漿液水分在壓力作用下向周圍地層滲透擴(kuò)散，同時(shí)隨著壓力的消散和時(shí)間的推移，水泥漿液固結(jié)析水，在采空區(qū)形成上層空氣、中間水、下部水泥固結(jié)體的狀況，需進(jìn)行二次壓力注漿，以保證采空區(qū)全被水泥固結(jié)體充填密實(shí)。（3）對注漿量大的空洞或未填充滿的采空區(qū)空洞，采取間歇式注漿方法形成帷幕，同時(shí)投入直徑1厘米的石料，添加“水玻璃” 凝固劑以減少水泥漿、石料流失。