地面建筑物采空區(qū)的勘探及治理

王 寧

(兗礦新疆礦業(yè)有限公司硫磺溝煤礦，新疆 昌吉 831100)

利用地球物理勘探，采用地空協(xié)同時(shí)頻域電磁探測(cè)方法[1]，根據(jù)地下空洞特征、現(xiàn)場(chǎng)地形條件及擬建工程情況，通過(guò)分析收集的資料和工程地質(zhì)調(diào)查初步結(jié)果，根據(jù)物探結(jié)合鉆探相互印證方法，確定地下空洞的特征和范圍，從技術(shù)角度分析了采空區(qū)勘探及治理經(jīng)驗(yàn)及做法[2]，提出了操作性較強(qiáng)的治理方案。

擬建場(chǎng)地受采空區(qū)影響，地基整體性、穩(wěn)定性和抗變形性能不足。通過(guò)對(duì)治理方案的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，針對(duì)煤場(chǎng)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)治理，通過(guò)注漿，對(duì)地基穩(wěn)定性影響較大的巖土體空洞、裂縫進(jìn)行充填，發(fā)揮固結(jié)作用，以改善巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)強(qiáng)度和抗變形能力，提高地基的整體性和穩(wěn)定性[3]，以滿足建設(shè)工程施工需要。

1 勘察成果

1.1 物探成果

高阻異常包括空洞、巷道、采空區(qū)及異常高阻巖體，低阻異常包括水、金屬及異常低阻巖體。通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的處理得出了各條測(cè)線時(shí)域瞬變電磁法電阻率反演斷面圖(圖1)，結(jié)合鉆孔資料及搜集到的原礦區(qū)資料，對(duì)勘探成果進(jìn)行了分析(表1)。

圖1 綜合電阻率成果圖Fig.1 Comprehensive resistivity results

表1 物探異常區(qū)成果表Tab.1 Results of geophysical anomaly area

2.2 鉆探成果

2019年，采空區(qū)專(zhuān)項(xiàng)勘察共完成22個(gè)鉆孔，鉆探工程量4 621.19 m，其中10個(gè)鉆孔中均揭露4～5煤、9～15煤有掉鉆現(xiàn)象，掉鉆深度123.3～195.0 m，掉鉆0.4～4.0 m。其他12個(gè)鉆孔內(nèi)4～5煤、9～15煤層均完整，未揭露空洞。選取擬建工程區(qū)域內(nèi)鉆孔，介紹揭露情況如下：

表2 鉆孔成果一覽表Tab.2 List of drilling results

2.3 采動(dòng)影響區(qū)范圍

鉆孔CK06-CK11均揭露采動(dòng)影響區(qū)。鉆孔CK06-CK11控制范圍即為確定的采動(dòng)影響A區(qū)范圍(圖2)，鉆孔CK01、CK02、CK03、BCK01、BCK02、BCK03、BCK04控制范圍為采動(dòng)影響B(tài)區(qū)。圖2中，紅色橢圓范圍A區(qū)、B區(qū)為確定的采動(dòng)影響區(qū)范圍。

圖2 采動(dòng)影響區(qū)A、B區(qū)范圍示意圖Fig.2 Schematic diagram of the scope of mining influence zone A and B

1.4 場(chǎng)地穩(wěn)定性及工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)

通過(guò)停采時(shí)間、地表移動(dòng)變形特征等對(duì)勘察區(qū)擬建工業(yè)場(chǎng)地范圍內(nèi)場(chǎng)地穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合以上各種評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合判斷。擬建工業(yè)場(chǎng)地范圍內(nèi)采動(dòng)影響A區(qū)場(chǎng)地穩(wěn)定性等級(jí)為基本穩(wěn)定，采動(dòng)影響B(tài)區(qū)場(chǎng)地穩(wěn)定性等級(jí)為基本穩(wěn)定。

根據(jù)定性及工作量分析、結(jié)合其他工程特征綜合判斷：擬建工業(yè)場(chǎng)地范圍內(nèi)采動(dòng)影響A區(qū)工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)分級(jí)為基本適宜；擬建工業(yè)場(chǎng)地范圍內(nèi)采動(dòng)影響B(tài)區(qū)工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)分級(jí)為基本適宜。

2 工程設(shè)計(jì)

編制了煤場(chǎng)及配套設(shè)施場(chǎng)地下采空區(qū)治理工程施工設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中鉆孔分4排布置，共計(jì)40個(gè)鉆孔，治理區(qū)域?yàn)闂l形儲(chǔ)煤場(chǎng)、汽車(chē)快裝站及皮帶走廊，設(shè)計(jì)鉆探工程量7 357 m，注漿工程量6 000方。

3.1 鉆探工程

以采空區(qū)影響范圍為重點(diǎn)治理位置，各布置1個(gè)鉆孔，共計(jì)3個(gè)鉆孔。以受煤坑為中心，半徑20 m處，平行、垂直煤場(chǎng)中軸線方向各布置2個(gè)鉆孔，共計(jì)12個(gè)鉆孔。此外，在條形儲(chǔ)煤場(chǎng)混凝土墻基礎(chǔ)位置各布置2個(gè)鉆孔，煤場(chǎng)上邊界內(nèi)部布置2個(gè)鉆孔，共計(jì)6個(gè)鉆孔，合計(jì)21個(gè)鉆孔。鉆孔設(shè)計(jì)終孔深度為采空區(qū)或老巷道底板以下1～2 m；若鉆孔未揭露采空區(qū)或老巷道，則鉆進(jìn)至9～15煤層底板下1～2 m。開(kāi)孔直徑不小于130 mm。穿透第四系進(jìn)入基巖穩(wěn)定地段1.0～2.0 m后，下入φ127mm套管，套管內(nèi)徑110 mm，并用水泥漿液封閉套管與地層之間的間隙。換用φ110 mm口徑鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，直至設(shè)計(jì)孔深。

圖3 煤場(chǎng)區(qū)域注漿孔平面布置圖Fig.3 Coal yard area grouting hole layout

圖4 鉆孔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structural drawing of drilling design

3.2 注漿工程

注漿加固按分序加密的原則，采用分段純壓式注漿法[4]。即每個(gè)注漿孔，如能夠一次成孔，自下而上分段純壓式注漿施工，按注入率為70～100 L/min的泵量控制，當(dāng)孔口注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，注漿孔維持10 min，結(jié)束該段注漿，上提栓塞50 m左右，進(jìn)行封閉注漿。依次逐段往上循環(huán)作業(yè)，直至孔口段注漿。注入率控制為70～100 L/min，各注漿段的孔口注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力并維持10 min，結(jié)束該段注漿。距注漿孔口10.0 m范圍冒漿，結(jié)束注漿。注入率控制為70～100 L/min，當(dāng)注漿段的孔口注漿壓力陡升，超過(guò)設(shè)計(jì)壓力值后，難以維持穩(wěn)定、繼續(xù)上升，可直接結(jié)束該段注漿。

4 效果評(píng)價(jià)

本工程于2020年6月11日開(kāi)工，9月20日野外工程全部完成，共施工鉆孔22個(gè)(掉鉆鉆孔9個(gè)，漏漿鉆孔12個(gè)，實(shí)體鉆孔1個(gè))，總工程量3 992.16 m。根據(jù)鉆孔勘探情況，按照設(shè)計(jì)要求，分別對(duì)鉆孔進(jìn)行了注漿、投料工作，共鉆孔注漿6 436方(11 247.261 t)，投料462方(785.4 t)。工程施工的所有鉆孔注漿壓力均達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，施工工序、施工工藝均符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)治理區(qū)域的采空區(qū)、巷道、裂隙的充填和固結(jié)，提高了場(chǎng)地地基的整體性和穩(wěn)定性，治理場(chǎng)地穩(wěn)定性等級(jí)為穩(wěn)定，場(chǎng)地可作為擬建工業(yè)場(chǎng)地進(jìn)行建設(shè)。

5 結(jié)語(yǔ)

后期計(jì)劃在擬建工業(yè)場(chǎng)地采空區(qū)范圍內(nèi)建立地表沉降監(jiān)測(cè)站[5]，定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，形成完整的地面沉降監(jiān)測(cè)體系，以便監(jiān)測(cè)采空區(qū)地表及建筑物下沉情況，根據(jù)變形程度采取措施并及時(shí)治理。