廢棄礦山采空區(qū)治理的施工應(yīng)用

郭廣厚

（山東省物化探勘查院，山東濟(jì)南250012）

XX機(jī)場廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程，是山東省國土資源廳2010年下達(dá)的《2009年中央補(bǔ)助礦山地質(zhì)環(huán)境治理及地質(zhì)遺跡保護(hù)項(xiàng)目任務(wù)書》中治理任務(wù)之一，也是煙臺(tái)市重點(diǎn)工程。本工程考慮到機(jī)場跑道的特殊性，為保證機(jī)場跑道未來運(yùn)行的絕對(duì)安全，需采取特殊施工工藝對(duì)跑道范圍內(nèi)的下伏采空區(qū)進(jìn)行加固處理，跑道邊線外延20m，即總寬度85m的范圍內(nèi)、下伏40m以上的采空區(qū)處治。需處治的采空區(qū)分為3種類型，即：未塌落至地表的采空區(qū)、僅由豎井和平巷組成的局部采空區(qū)、已塌至地表并形成塌陷坑的采空區(qū)。對(duì)尾礦庫區(qū)域的尾礦砂作為注漿原料加以利用。其中塌陷坑16處，廢棄礦井和平巷142處，需要布設(shè)勘察斷面371個(gè)。

1 未塌落至地表的采空區(qū)

（1）采空區(qū)局部密集。由于礦脈多且有分支，造成了潛在采空區(qū)在局部地段密集存在，以249號(hào)勘察線為例，在不足200m的范圍內(nèi)，就聚集著5條礦脈，也就意味著可能存在著5個(gè)潛在的采空區(qū)。具體的施工方案見圖1。

圖1 未塌落至地表采空區(qū)處治方案圖

（2）采空區(qū)在空間分布上呈無序狀態(tài)。由于開采 周期長、各礦脈品位差異，特別是經(jīng)過無序的民采，除2號(hào)脈、15號(hào)支脈和10號(hào)脈得到有序開采外，其它各礦脈存留空區(qū)分布極不均勻、時(shí)斷時(shí)續(xù)，又沒有可查的技術(shù)資料，無法在地表完成精確勘察。

（3）采空區(qū)在空間上有良好的貫通性。據(jù)調(diào)查，整個(gè)機(jī)場建設(shè)范圍內(nèi)下伏開挖巷道達(dá)2×104m之多，不排除其間上下左右相互貫通，如果采用常規(guī)注漿填充采空區(qū)，漿液在無約束條件下無序流動(dòng)，難以保證漿液在限定范圍內(nèi)有效擴(kuò)散。

2 采空塌陷及伴生地裂縫的治理

（1）對(duì)現(xiàn)有塌陷坑坑底及周幫夯實(shí)，土體壓實(shí)度應(yīng)大于90%。

（2）在挖方區(qū)，在坑內(nèi)回填水泥穩(wěn)定砂礫至設(shè)計(jì)標(biāo)高；在填方區(qū)，在坑內(nèi)回填三合土并壓實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。水泥穩(wěn)定砂礫中水泥用量不小于8%，三合土的配比為土∶石灰∶水泥＝0.7∶0.25∶0.05。

（3）在塌陷坑范圍內(nèi)按3m×3m的網(wǎng)度施作向下鉆孔，孔深以穿過塌陷空區(qū)并進(jìn)入基巖深度1m為準(zhǔn)，并預(yù)埋注漿管，注漿管直徑為50mm，長度同孔深。

（4）注漿采用二次注漿的方法。首先，利用鉆孔進(jìn)行一次注漿；在漿液初凝前即一次注漿20～30h內(nèi)利用預(yù)埋注漿管進(jìn)行二次注漿，以對(duì)塌陷坑頂部塌落體進(jìn)行加固。

（5）二次注漿壓力采用1～1.5MPa。（6）注漿結(jié)石體的強(qiáng)度不小于3MPa。（7）填方區(qū)在填方前進(jìn)行處治，挖方區(qū)在開挖至跑道底面高程后進(jìn)行處治。具體的施工方案見圖2。

3 廢棄礦井和平巷治理

（1）在治理范圍內(nèi)，存在較多廢棄礦井和平巷形成的局部采空區(qū)。此類采空區(qū)的治理原則是：

①當(dāng)平巷頂面高程在0m以下時(shí)，平巷不做治理，僅需治理豎井；

②當(dāng)平巷頂面高程在0m以上時(shí)，則采用回填廢石及注漿方式充填平巷和豎井。對(duì)于只有豎井無平巷的空區(qū)，治理方法相同。

（2）對(duì)于未知平巷位置的局部采空區(qū)處治方法如圖3所示，施工要點(diǎn)為：

①在豎井范圍內(nèi)預(yù)設(shè)1根直徑為50mm注漿鋼管，注漿管長度等于豎井深度但最長不超過40m；

②對(duì)于挖方區(qū)用廢石將豎井充填至跑道底面高程，填方區(qū)充填至地表；

③在廢石充填完成后，利用井口和注漿鋼管進(jìn)行注漿處治；

④注漿結(jié)石體強(qiáng)度不小于3MPa；

⑤如果廢棄礦井周邊明確存在局部采空區(qū)，且空區(qū)位于重要結(jié)構(gòu)物下部，則在空區(qū)范圍內(nèi)按5m×5m布設(shè)注漿孔進(jìn)行注漿。

（3）對(duì)于已知平巷位置的局部采空區(qū)處治方法如圖4所示，施工要點(diǎn)為：

①在豎井范圍內(nèi)預(yù)設(shè)1根直徑為50mm一次注漿鋼管，注漿管長度至平巷底面標(biāo)高；

②對(duì)于挖方區(qū)用廢石將豎井充填至跑道高程，填方區(qū)充填至地表；

③以平巷長度大于或小于10m作為該類空區(qū)的處治判據(jù)，分別采取以下2種方案進(jìn)行處治：

a.當(dāng)平巷長度小于10m時(shí)，在廢石充填完成后，利用井口和預(yù)埋一次注漿鋼管進(jìn)行注漿處治；

b.當(dāng)平巷長度大于10m，且在處治范圍以內(nèi)，在平巷上方施工直徑150mm的注漿鉆孔，預(yù)設(shè)1根直徑為50mm二次注漿管，注漿管長度同一次注漿管，二次注漿管按1m間距布置4個(gè)對(duì)稱的出漿孔，管下端口及出漿孔均以塑料膠帶纏繞，在原廢棄豎井一次注漿完成后，利用注漿鉆孔（孔徑150mm）及預(yù)設(shè)注漿管進(jìn)行二次注漿；

④如果空區(qū)位于跑道道面或重要結(jié)構(gòu)物下方，以上空區(qū)處治判據(jù)調(diào)整為平巷長度大于或小于5m；

⑤如果廢棄礦井周邊明確存在局部采空區(qū)，且空區(qū)位于重要結(jié)構(gòu)物下部，則在空區(qū)范圍內(nèi)按5m×5m布設(shè)注漿孔進(jìn)行注漿；

⑥注漿結(jié)石體強(qiáng)度不小于3MPa。

圖3 平巷位置未知的條件下廢棄礦井和平巷處治方案圖

圖4 平巷位置已知下廢棄礦井和平巷治理施工圖

4 雙液漿注漿施工

雙液注漿的范圍為從機(jī)場跑道邊線外延20m，即總寬度85m的范圍內(nèi)、下伏40m以上的空區(qū)處治。采用了水泥—水玻璃漿液，亦稱CS漿液（C代表水泥，S代表水玻璃），簡稱雙液漿，此種漿液是以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定的比例采用雙液方式注入。

（1）注漿壓力：單孔注漿壓力如果達(dá)到3.0MPa，無論注漿量為多少，均視為終孔。

（2）注漿量控制：地面冒漿。

（3）所注漿液為水泥—水玻璃雙液漿，漿液注入后將在360s內(nèi)初凝，最大擴(kuò)散范圍在30m之內(nèi)。

（4）根據(jù)采空區(qū)的賦存情況，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行區(qū)段劃分，分別預(yù)估了各個(gè)區(qū)段可能的最大注漿設(shè)定量，應(yīng)按此設(shè)定量進(jìn)行注漿控制：設(shè)定量為能夠注入的漿量最大值。

（5）如果注入量超過此值，而又沒有起壓（達(dá)到3.0MPa的標(biāo)準(zhǔn)），說明注漿施工未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，漿液已經(jīng)擴(kuò)散到設(shè)計(jì)范圍之外，應(yīng)繼續(xù)注漿，直至達(dá)到起壓標(biāo)準(zhǔn)（原則上，超出設(shè)計(jì)部分的注入量不能計(jì)量）。注漿壓力達(dá)到3.0MPa，注漿量即為此孔的最終注入量。

（6）由于雙液漿造價(jià)高于水泥尾礦砂漿，在可能的情況下，應(yīng)盡量用廢石填滿空區(qū)，最大限度地減少注漿量。各探到空區(qū)的探孔，應(yīng)根據(jù)礦脈的走向和傾角，先從空區(qū)的頂部進(jìn)行充填治理，后充填空區(qū)的底部，填充順序見圖5。

圖5 填充順序圖

（7）注漿施工治理完成以后，由設(shè)計(jì)單位對(duì)機(jī)場跑道范圍內(nèi)治理效果進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測驗(yàn)證，測線下方雷達(dá)波反射圖像亦呈現(xiàn)均勻、無明顯電磁特性突變介質(zhì)、界面及異常反射體的特征，表明所治理空區(qū)已經(jīng)充填密實(shí)，達(dá)到了預(yù)期效果。認(rèn)為本次空區(qū)加固治理總體達(dá)到了設(shè)計(jì)質(zhì)量合格要求。

通過本工程的實(shí)施，有效地解決了建設(shè)場區(qū)范圍內(nèi)未充填廢棄豎井、采礦巷道和采空區(qū)造成地面塌陷、地裂縫的危害，消除了存在嚴(yán)重的安全隱患。實(shí)施礦山地質(zhì)環(huán)境的治理恢復(fù)，從而有效地保護(hù)了機(jī)場生產(chǎn)設(shè)施，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展提供了良好的地質(zhì)環(huán)境。具有典型的示范性和代表意義，不但為周邊地區(qū)地質(zhì)環(huán)境治理積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也為國內(nèi)外有類似地質(zhì)條件下的機(jī)場的環(huán)境治理提供了借鑒。