正旺煤業(yè)主斜井采空區(qū)治理方案

【摘要】正旺煤業(yè)主斜井井筒下伏采空區(qū)，為了防止采空區(qū)上方地表形成較大的裂縫和塌陷對主斜井井筒施工和使用造成不利影響，文章結(jié)合主斜井井筒地質(zhì)條件及采空區(qū)情況，研究設(shè)計了采空區(qū)注漿治理方案，論述了采空區(qū)治理工程施工技術(shù)，為類似工程設(shè)計與施工提供了借鑒的經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】主斜井；采空區(qū)治理；漿液配比；注漿設(shè)計

1.工程概述

正旺煤業(yè)有限責(zé)任公司是經(jīng)山西省煤礦企業(yè)兼并重組整合工作領(lǐng)導(dǎo)組辦公室批準(zhǔn)以地方骨干企業(yè)山西汾西礦業(yè)集團有限責(zé)任公司為兼并重組整合主體，由原孝義市鴻源煤礦有限公司、原山西汾西礦業(yè)集團水峪煤礦有限責(zé)任公司北部的部分資源進行兼并重組整合，兼并重組后更名為山西汾西正旺煤業(yè)有限責(zé)任公司。礦井批準(zhǔn)開采2-11號煤層，井田面積5.205km2，生產(chǎn)規(guī)模120萬t/a。

主斜井為正旺礦主要運輸井，井口坐標(biāo)為X=4103623.000，Y=19555630.000，Z=+945.000（底板），方位角為270°，主斜井井筒全長為445m，其中表土段150m，基巖段295m，傾角為-21.5°，斷面為直墻半圓拱形，凈寬5m，凈高4m，凈斷面積17.33m2，基巖段掘?qū)?.3m，掘高4.3m，掘進斷面積19.78m2。

主斜井施工方式采用全斷面光面一次爆破施工，巷道永久支護形式為：表土段采用鋼筋混凝土支護，基巖段采用錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護；臨時支護采用DWB-30/100型單體液壓支柱支護。主斜井?dāng)嗝嫒缦聢D所示。

2.采空區(qū)治理可行性分析

我國是煤炭資源大國，多年的煤礦開采導(dǎo)致了大面積的采空區(qū)分布，一些大型的建筑物工程不可避免的要涉及采空區(qū)問題，如何保障采空區(qū)上方建筑物的安全是“三下”采煤技術(shù)人員的主要研究內(nèi)容，經(jīng)過幾十年的事件也積累了大量的經(jīng)驗。

正旺煤業(yè)主斜井為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，抗變形能力相對較強，且地下采空區(qū)為近年采空區(qū)，通過合理的設(shè)計和對采空區(qū)的治理，可以保證建設(shè)的安全。

根據(jù)正旺礦的資料，主斜井下方采空區(qū)的位置和范圍比較清楚，本設(shè)計基于現(xiàn)場所提供的采空區(qū)分布范圍圖制定采空區(qū)注漿處理方案，主要思路是利用井下現(xiàn)有的巷道，向采空區(qū)施工注漿鉆孔，以節(jié)約鉆孔費用。對已揭露的采空區(qū)進行井下砌筑密封，然后進行灌漿充填處理，砌筑采用漿砌片石，注漿材料選用水泥粉煤灰漿液。

根據(jù)采空區(qū)實際情況，開采后采空區(qū)上方形成冒落帶、裂隙帶；由于開采時間不是很長，冒落帶很難全部壓實，注漿處理采空區(qū)的目的是使冒落帶和裂隙帶的空隙通過壓漿將其固結(jié)起來，以確保井筒安全，為此，注漿工程分兩步進行。

第一步：注漿治理工程，確保注漿的質(zhì)量。

第二步：注漿治理效果綜合檢測及評價。由于采空區(qū)治理工程的隱蔽性和復(fù)雜性，在注漿工程結(jié)束后很難直觀了解注漿工程的效果，需要借助一定的技術(shù)手段來評價采空區(qū)注漿加固效果是否達到設(shè)計要求。采用“物探+鉆探+巖石力學(xué)實驗”的綜合檢測方案，以實現(xiàn)由點到面，由定性到定量的綜合分析和評價，工作量包括注漿后物探工作，漏失量觀測工作，巖石力學(xué)測試，最終得出采空區(qū)治理效果綜合檢測報告。

3.采空區(qū)治理方案

對于煤礦采空區(qū)的治理，一般采用井下巷道漿砌法、井下巷道砌碹法、井下回填法和全充填壓力注漿法來治理煤礦采空區(qū)。

根據(jù)正旺煤業(yè)有限責(zé)任公司主斜井井下采空區(qū)的實際情況，結(jié)合目前的采空區(qū)治理工藝，決定主要采用井下全充填壓力注漿法治理采空區(qū)。

總體方案為：利用現(xiàn)有巷道向9#煤層采空區(qū)施工傾斜注漿孔進行注漿治理。該方案主要優(yōu)點是可節(jié)約大量鉆孔費用。對已揭露的采空區(qū)，采用漿砌片石砌筑，先密閉所有采空區(qū)，然后再進行注漿充填處理。

設(shè)計方案：正旺礦主斜井采空區(qū)位于注漿巷道上部，采空區(qū)與注漿巷道位置如下圖所示。

此方案在巷道內(nèi)施工向上傾斜的注漿鉆孔。因采用的注漿孔為傾斜孔，所以圖中所標(biāo)示的注漿孔位置為注漿孔進入采空區(qū)底板的位置，孔口布置于現(xiàn)有的巷道中。另外需要注意：注漿孔的孔底設(shè)計深度為采空區(qū)底板以上垂直距離不小于10m的深度（可根據(jù)鉆孔傾角換算實際的傾斜長度），注漿孔的注漿區(qū)域為采空區(qū)及上部冒落帶和裂隙帶。

4.工程質(zhì)量檢測

工程質(zhì)量檢測包括施工過程中的質(zhì)量監(jiān)測、變形觀測和施工結(jié)束后的治理效果監(jiān)測。監(jiān)測和檢測是控制采空區(qū)質(zhì)量工程質(zhì)量的兩個方面，同時也是做好預(yù)警工作的前提。檢測是采空區(qū)處治后的質(zhì)量檢查，監(jiān)測數(shù)據(jù)是采空區(qū)治理效果評價的重要依據(jù)。

4.1施工中的質(zhì)量監(jiān)測

施工單位的自檢包括：原材料水泥、粉煤灰、砂的檢驗，原材料的出廠檢驗單、批次質(zhì)量檢驗，漿液配合比、漿液參數(shù)如結(jié)石率、粘度進行測試和試塊的制作，要求28天配比為3：7水泥、粉煤灰試塊的抗壓強度≥1.0Mpa，施工中技術(shù)人員必須掌握采空區(qū)注漿治理的相關(guān)技術(shù)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并做好施工記錄。

建設(shè)單位進行全方位的監(jiān)督和管理，不定期進行抽檢，對原材料用量、漿液的各種指標(biāo)進行監(jiān)督和管理。

建設(shè)單位要做好現(xiàn)場的檢查工作。檢查施工單位是否嚴(yán)格按照設(shè)計進行施工，加強管理。

4.2施工結(jié)束后注漿質(zhì)量檢測

依據(jù)以往采空區(qū)治理工程的經(jīng)驗，采用下列方法進行注漿質(zhì)量檢測：按注漿孔總數(shù)的2～3%及最少兩個孔來確定檢查孔數(shù)量，檢查孔應(yīng)布置在重要的構(gòu)筑物或施工中有疑問的地段。

4.2.1鉆探：注漿施工結(jié)束6個月后，進行鉆孔檢驗。檢查孔深度為地面至采空區(qū)底板的深度。通過孔內(nèi)取芯直接觀察采空區(qū)的漿液充填情況，要求取出的漿液結(jié)石體芯樣平均單軸抗壓強度≥0.8Mpa并結(jié)合鉆探過程中循環(huán)液的漏失情況及孔壁的穩(wěn)定性等評價注漿質(zhì)量。

4.2.2根據(jù)鉆探資料，做出綜合評價。在全面分析研究這些資料的基礎(chǔ)上，最終確定注漿質(zhì)量是否合格，是否需補充注漿。

5.結(jié)論與建議

5.1結(jié)論

通過以上分析得出主要結(jié)論如下：

（1）從現(xiàn)有場地來看，地表沒有出現(xiàn)較大的裂縫和沉陷，判斷為開采煤層較薄，回采率低，所以沒有形成較大影響，目前主要建筑項目為新掘主斜井，該區(qū)域分布較大范圍的采空區(qū)，而且主斜井要穿過采空區(qū)，非常危險，施工時要注意。

（2）新掘主斜井支護方式為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，抗變形能力較強，井下在采空區(qū)周圍分布有完整的巷道，由于煤層地質(zhì)條件各異，每個區(qū)域煤層開采后冒落帶和裂隙帶也不相同，所以井下注漿鉆孔長度存在不確定性，施工中遇到卡鉆時，必須重復(fù)掃孔，重復(fù)注漿；最終目的是確保采空區(qū)冒落帶和裂隙帶注滿漿液。

經(jīng)研究，通過從井下已有巷道向采空區(qū)施工注漿鉆孔并進行注漿治理采空區(qū)的方案是可行的。

（3）治理分兩步進行，第一步，治理工程，治理工程包括鉆探工程和注漿工程。第二步：注漿治理效果綜合檢測及評價。由于采空區(qū)治理工程的隱蔽性和復(fù)雜性，在注漿結(jié)束后很難直觀了解注漿工程的效果，需要借助一定的技術(shù)手段來評價采空區(qū)注漿加固效果是否達到設(shè)計要求。采用“物探+鉆探+巖石力學(xué)試驗”的綜合檢測方案，以實現(xiàn)由點到面，由定性到定量的綜合分析和評價，包括注漿前后物探工作，漏失量觀測工作，巖石力學(xué)測試，最終得出采空區(qū)治理效果綜合檢測報告。

5.2建議

為確保正旺煤業(yè)主斜井建成后的長期安全，提出以下建議：

（1）在施工前，應(yīng)編制采空區(qū)注漿設(shè)計和施工組織方案。

（2）在采空區(qū)注漿治理工程完成后，應(yīng)進行采空區(qū)治理效果工程檢測，以保證采空區(qū)治理質(zhì)量達到要求。

（3）建立山西汾西正旺煤業(yè)有限責(zé)任公司主斜井底板移動監(jiān)測網(wǎng)，進行長期巷道圍巖位移監(jiān)測工作。

參考文獻

[1張剛艷.煤礦采空區(qū)治理效果檢測及綜合評價方法研究[A]，2011

[2羅毅莎，姚振鞏.采空區(qū)安全處理的對策措施研究 [J] .采礦技術(shù)， 2010

[3張碧華.淺議采空區(qū)治理施工技術(shù) [J] .山西建筑，2011（12）

[4侯常春.淺談煤礦采空區(qū)治理工程的施工管理[J] .探礦工程 （巖土鉆掘工程）， 2009（S1）