煤礦下伏采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理探究

熊彩霞，劉沂軒

（1.徐州中國礦大巖土工程新技術(shù)發(fā)展有限公司，江蘇徐州221100；2.江蘇省水文水資源勘測局徐州分局，江蘇徐州221008）

由于煤炭地下開采導(dǎo)致較多采空區(qū)的出現(xiàn)，其極易導(dǎo)致地面坍塌等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，其不僅造成生態(tài)環(huán)境的污染，同時對該地區(qū)生活的人民生命財產(chǎn)安全帶來很大威脅，給當(dāng)?shù)厣a(chǎn)力的發(fā)展帶來一定影響。因此，為了防止煤礦下伏采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，全面了解該地區(qū)煤礦采空區(qū)的分布特點，評估采空塌陷危險性，采取有效的防治措施具有重要意義。

1 項目概況

1.1 項目地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

該村莊周圍有較多的煤礦，煤礦下伏采空區(qū)會導(dǎo)致地面坍塌現(xiàn)象，引發(fā)該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，不僅影響該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，同時土地資源、水資源等方面也會受到不良影響，給當(dāng)?shù)氐娜嗣袢罕娚钯|(zhì)量與生命財產(chǎn)安全帶來很大影響。具體表現(xiàn)在這幾個方面：（1）該村莊周邊地面出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象，大多為圓形、串珠狀，破壞面積達1326m2，在沒有采取有效治理措施前仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。（2）由于該村莊地面出現(xiàn)變形，使得該地區(qū)居民建筑物發(fā)生變形，受損房屋數(shù)達到105戶。（3）水資源破壞：村莊周圍較多的煤礦，在實施采煤作業(yè)時，需要將礦坑的水排出，導(dǎo)致煤層上覆巖層的裂縫變形，煤層上的水層狀態(tài)處于半疏干，由此破壞了含水層儲水結(jié)構(gòu)，使該村莊的人民用水十分緊張。（4）土地資源破壞：頻繁的煤礦開采作業(yè)中，使得村莊土地出現(xiàn)較多的裂縫，同時該村莊內(nèi)耕地出現(xiàn)大面積荒蕪，加大了土地沙化與水土流失的災(zāi)害發(fā)生率。

1.2 區(qū)域內(nèi)煤層情況

區(qū)域內(nèi)含煤地層為侏羅系中統(tǒng)大同組地層，其中11#、14#煤為采煤層，11#煤埋深110m，厚度在5.67m左右；砂質(zhì)泥巖與砂巖是構(gòu)成頂板的主要部分，且兩者都屬于軟質(zhì)巖類；14#煤層埋深為140m其平均厚度為2.5m；細砂巖、砂質(zhì)泥巖是構(gòu)成底板的主要部分。

1.3 受災(zāi)村莊煤礦分別狀況

該村莊發(fā)生坍塌、開裂等地質(zhì)災(zāi)害主要是由2個煤礦所引發(fā)的，分別為煤礦甲、煤礦乙。其中煤礦甲受F1斷層影響分為2個井：1號井、2號井，1號井的位置處于村莊的南邊，主要對11#、14#煤層批采，礦區(qū)面積大約為1.48km2，2006年停產(chǎn)；該村莊西南邊是2號井的地理位置，主要對14#煤層批采，礦區(qū)的面積大約為0.86km2，2005年停產(chǎn)；煤礦乙的位置處于村莊北偏東方向，礦區(qū)面積達到1.87km2，主井深度為133m，副井深度為146m，煤礦主要采用房柱式、炮采的采煤方法[3]。

2 采空區(qū)地質(zhì)勘察

2.1 地形圖測繪

測繪目的：主要對該村莊采空區(qū)周邊地質(zhì)構(gòu)造展開深入分析，根據(jù)實際情況進行地形圖的繪制，為下一步的勘察提供有效依據(jù)。可以將GPS控制點作為測區(qū)的主要工具，以此為保證測圖的準(zhǔn)確性奠定基礎(chǔ)。通過實際應(yīng)用得出測繪面積為0.26km2

2.2 采空區(qū)地質(zhì)調(diào)查

調(diào)查目的：對該村莊煤礦采空區(qū)的分布情況全面了解，在這個過程中，還應(yīng)當(dāng)累計村民房屋受損的數(shù)量，以此為下一步的物探勘察奠定良好基礎(chǔ)。

為了更好地展開地質(zhì)調(diào)查工作，可以讓地方政府與煤礦礦主給予幫助。通過調(diào)查了解到：各煤礦采掘工程平面圖4副，有7眼調(diào)查水井，該地區(qū)房屋受損累計496間；同時該村莊采空區(qū)重點勘察對象為村莊東部及西南區(qū)。

2.3 物探勘查

勘察目的：了解該村莊周圍地下采空分布情況，并對地質(zhì)調(diào)查采空區(qū)域進行驗證，將該依據(jù)作為重點治理區(qū)域的線索。

為了保障物探勘察的質(zhì)量，采用瞬變電磁與RaA測氡法作為探測方法，對該村莊的21條物探測線展開探測，15～20m為線距，5～10m為點距，3240m測線是總共的布設(shè)數(shù)，其中測點有650個。通過數(shù)據(jù)分析可知：該村的東部及西南角為該村莊治理的主要區(qū)域，并計算得出采空區(qū)深度大約在130m左右。

2.4 鉆探驗證

確定采空區(qū)各層的厚度，并掌握每層頂板所處的位置，之后將物地質(zhì)調(diào)查結(jié)果與物探勘察結(jié)果進行驗證，最后明確空點采空區(qū)治理區(qū)域的具體位置。

各類鉆探孔共布設(shè)5個，煤層頂板實驗完成共5組，總共有55塊試件。通過鉆探驗證可知，物探成果及地質(zhì)調(diào)查結(jié)論得到驗證，且知曉重點治理區(qū)為該村莊東部及西南部2處；11#煤層埋深110m，14#煤層埋深140m；11#煤層埋深平均煤層厚度為5.67m，14#煤層埋深平均厚度為2.5m。具體見圖1。

圖1 地質(zhì)剖面圖

3 采空區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計

3.1 治理方法

在治理過程中，采用填充灌漿的方法十分有效，首先需要布設(shè)注漿孔，其主要是按照一定孔距與排距布設(shè)的，之后進行地質(zhì)鉆機成孔，使水泥粉煤灰漿液連同細骨料固化、結(jié)膠，防止上覆巖層的進一步塌陷。

3.2 注漿工藝

（1）測量放點：在放樣測量過程中，可采用全站儀來實現(xiàn)注漿孔的放樣測量，需注意的是，其位置設(shè)計要求在50cm以下，但需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

（2）成孔要求：將XY-4地質(zhì)鉆機鉆進應(yīng)用實踐中，對于開孔孔徑來說，應(yīng)當(dāng)處于130～150mm最適宜，鉆進過程中，需要保證破碎、松散層3～5m，之后再將帶有法蘭托盤的50mm鋼管下入孔內(nèi)變徑后封堵，變徑后的直徑取91mm，成孔效果應(yīng)鉆至采空區(qū)塌陷冒落帶以下3～5m處。

（3）漿材配置：關(guān)于漿液的配置問題，應(yīng)當(dāng)按照試驗配比展開，需注意的是，漿液攪拌時間應(yīng)在合理范圍內(nèi)，一般在10min以上。

（4）由于該項目有2個可采煤礦層：11#、14#，所以在鉆孔過程中，如果發(fā)現(xiàn)11#、14#煤礦層均存在采空現(xiàn)象，應(yīng)將下行式分段注漿預(yù)案的方法應(yīng)用其中，也就是說鉆至11#煤礦層后需注漿，之后掃空鉆井至14#每層采空再進行一次注漿。

（5）在鉆孔過程中，應(yīng)注意施工的順序，首先進行帷幕孔的施工，再進行注漿孔的施工，在灌漿過程中需注意跳孔灌注。

（6）灌注結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：對于注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)來說，應(yīng)符合這幾點要求：泵量小于70L/min，且達到1.0～1.5MPa的孔口管壓力，使其穩(wěn)定10～15min后即可停止注漿。

（7）注意事項：在注漿孔鉆進過程中需要詳細記錄其中存在的問題，比如，掉鉆、漏水、埋鉆等，同時還應(yīng)對注漿鉆進的深度、層位與耗水量進行觀察，這樣才能更好地分析與解決存在的問題，為下一步施工奠定良好基礎(chǔ)。

3.3 灌漿質(zhì)量檢查

結(jié)束灌漿后的1個月，應(yīng)當(dāng)對灌漿質(zhì)量進行檢查，在這個過程中尤其要注意這幾個方面檢查：

（1）灌漿質(zhì)量檢測孔位置應(yīng)布置在脫空較大、竄漿孔集中的地方；對于孔的數(shù)量來說，應(yīng)當(dāng)為灌漿孔總數(shù)的5%。（2）在檢測采空區(qū)治理工程質(zhì)量時，可采用鉆探取芯、孔內(nèi)電視觀測、波速測井等方法進行檢測，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)符合：注漿漿液的結(jié)石率不小于80%，且漿液結(jié)石強度應(yīng)達到1.0MP。完成注漿后的6個月，應(yīng)當(dāng)對冒落巖石中漿液填充情況進行檢測，可以采取孔內(nèi)取芯的方式檢查，取芯率為80%以上。（3）結(jié)束漿孔灌漿與鉆孔注漿的檢查后，應(yīng)當(dāng)將孔封填密實，可采用水泥砂漿的方式。（4）結(jié)束上述工作后，再進行物探。

3.4 其它應(yīng)注意事項

（1）應(yīng)當(dāng)對村莊受護界限內(nèi)地裂縫進行回填處理后才能進行注漿，對于深度的處理，應(yīng)當(dāng)大于80cm，對于寬度來說，應(yīng)高于50cm，為了防止注漿過程中沿地裂縫冒漿、跑漿等問題發(fā)生，可以采用碎石土分層夯實回填的方式，為保證注漿質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

（2）注漿孔的順序應(yīng)注意，注漿孔施工應(yīng)當(dāng)在帷幕孔施工之后；同時，采空區(qū)高的鉆孔施工應(yīng)當(dāng)在采空區(qū)低的鉆孔施工之后，以此保障施工質(zhì)量。

（3）漿液濃度應(yīng)該先稀后稠，灌漿時，應(yīng)當(dāng)對泵的吸漿量與泵壓進行定時觀察，對灌漿中出現(xiàn)的一些問題進行記錄，并根據(jù)實際情況對灌漿量與漿液濃度進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（4）在注漿過程中如果發(fā)生地表裂隙跑漿的問題，可以將間歇式注漿應(yīng)用其中，或者實施減小泵量等方法，以防止?jié){液從地面流失現(xiàn)象發(fā)生。

4 結(jié)語

本文通過探討煤礦下伏采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理可知，第一步應(yīng)明確重點治理區(qū)域，可以通過綜合勘察手段來明確，之后判斷出采空區(qū)“三帶”后再計算各項數(shù)據(jù)。對于治理方法來說，可采取填充灌漿的方法，在這個過程中需要注意的是，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況來展開施工。

該項目的實施能夠有效解決采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，為類似的項目施工提供指導(dǎo)意見。