鉆、物探技術在采空區注漿效果檢測中的應用*

曲相屹 李學良

(1.山東黃金礦業(萊州)有限公司焦家金礦;2.中煤科工集團唐山研究院)

采空區結構復雜，其穩定性易受外來因素的影響，從而造成二次活化，對地表建筑物造成破壞，因此當建筑物荷載傳遞深度與導水裂隙帶接觸時必須對其采取必要的治理措施［1］，在眾多的治理措施中，注漿加固方法以其施工簡便、見效快、適用范圍廣而廣泛為人們所接受［2-3］。

老采空區注漿效果的檢驗是評價老采空區注漿處理效果的主要手段，目前國內外尚無成熟的老采空區注漿檢測技術［4-5］，因此尋求合理經濟的注漿效果檢測技術對老采空區加固處理工程具有重要的理論與現實意義。

1 工程概況

擬建熱電廠廠區坐落于多層老采空區之上，工程地質條件較為復雜但不存在較大的地質構造。綜合前期鉆孔施工記錄和鉆孔電視實測資料分析，擬建熱電廠地下老采空區上覆巖層受多煤層開采的影響，雖經多年壓實，其穩定性仍然較差，巖層的破壞范圍和裂隙發育范圍超過原有預計，老采空區上方不穩定巖體在地表載荷及其他因素擾動作用下發生活化沉陷的可能性不能完全排除，有必要對部分重要建筑物下方的老采空區不穩定巖層進行注漿處理，以確保熱電廠的安全運行。經研究決定，本次注漿將對冷卻塔及主廠房下方老采空區及上覆巖層裂隙區進行充填加固，加強上覆巖層的承載能力和抗擾動能力。注漿施工從2006年11月開始，至2007年3月結束，共對廠區26個注漿孔進行注漿施工，累計注漿量達48 192 m3，平均單孔注漿量達1 854 m3。其中注漿量最大的注漿孔為2號注漿孔，單孔注入量為4 986 m3，注漿量最小的注漿孔為3號注漿孔，注漿量為18 m3。

為確保注漿治理效果的可靠性，從鉆探和物探的角度對采空區注漿治理效果進行全面的檢測和評價。

2 注漿效果檢測內容及方法

采空區治理工程的質量監控主要包括2個方面的工作:一是施工過程中的監控，主要是監理工作;二是施工結束后的質量檢測工作。采空區注漿治理的監理工作主要從鉆孔、制漿、注漿3個環節進行控制，一般在施工過程中完成。目前用于工程質量檢驗的技術和方法主要有注漿前后物探資料對比分析、鉆探取芯及室內試驗確定充填體強度、鉆孔電視查看孔內裂隙充填狀況、地表變形觀測等。采空區注漿施工結束后的質量檢驗主要包括注漿后采空區充填率分析、充填體強度檢驗、充填范圍檢驗等內容［6-7］。常用的檢測方法如表1所示。本次檢測采用鉆孔電視技術和EH－4物探技術相結合的方法對注漿效果進行綜合評判。

表1 采空區注漿工程質量檢驗內容及方法

3 注漿效果鉆孔檢測技術

施工注漿效果檢查孔，并進行鉆探取芯是采空區治理工程質量檢測工作中的重要技術和方法，并能為孔內裂隙實測和壓水試驗提供工作平臺。根據鉆探取芯采取率和巖芯的破碎程度判斷漿液結石體與圍巖的膠結程度。通過檢測可以確定采空區經治理施工后地基穩定性是否滿足設計的要求，是否達到注漿的預期目的。通過彩色鉆孔電視觀測，可以更進一步了解注漿后裂隙現狀及裂隙充填情況。

3.1 檢查孔的布置

根據規程，注漿效果檢測的檢查孔孔數為治理工程注漿孔數的2%～3%(最少不低于2孔)。本次治理工程共設計26個注漿孔，因此設計2個注漿效果檢查孔。1號檢查孔設置在冷卻塔附近，2號設置在主廠房附近。

3.2 注漿后鉆孔電視檢測效果分析

(1)1號檢查孔注漿效果探測分析。1號檢查孔自190 m深度開始，鉆進掉塊嚴重，巖芯極度破碎，檢查孔鉆進到240 m深度，由于巖層極度破碎，施工單位無法繼續鉆進，因此提前進行鉆孔電視探測。從鉆進中上部掉塊嚴重，受構造影響，巖芯揉動成碎塊。鉆孔電視觀測結果如圖1所示。結果表明1號檢查孔在深度139 m以上能觀測到巖層比較完整，沒有發現明顯的漿液充填痕跡，但是從180 m深度以下，鉆孔孔斜較大，孔內水流較大，影響了觀測效果，僅從深度184.5～186.0m和216.0～217.5m照片可以發現有漿液充填痕跡。

圖1 1號鉆孔電視觀測結果

(2)2號檢查孔注漿效果探測分析。2號檢查孔鉆進到設計深度310 m深度，利用鉆孔電視觀測可以看到自套管底部(孔深60 m)至孔深170 m深度，巖層裂隙很少，巖層完整性很好，在局部裂隙發育的位置能非常明顯看到漿液充填結石的特征(如圖2所示)。自孔深170m深度至孔底，注漿前巖層裂隙比較發育，巖層完整性較差。注漿后，檢查孔孔壁裂隙被漿液充填的現象非常明顯，在深度193.0～194.0 m、深度278.0～279.0 m等位置，均發現漿液結石體大量存在的痕跡，說明在該區域漿液擴散情況良好，地下采空區殘余空隙得到了很好充填。

圖2 2號鉆孔電視觀測結果

4 注漿效果物探檢測技術

4.1 勘探線的布置

本次物探檢測根據注漿鉆孔的布置方向、位置和巖層傾向共設置了3條南北方向的檢測勘探線。布置物探探測線時沿注漿鉆孔布置，并結合建筑物實際情況適當調整了測點位置。

4.2 采空區探測資料解釋依據

當對采空區進行注漿治理時，漿液將充填采空區中的裂隙、孔隙和空洞，從而提高巖體的整體性和均一性，顯著改變采空區介質的物理性質。采空區介質的物理性質的改變導致采空區的電阻率發生變化，視電阻率剖面中的視電阻率值和視電阻率等值線形態也會發生相應的變化。具體變化見表2。

表2 不同介質因素下采空區注漿后視電阻率變化形式

4.3 注漿后物探檢測效果分析

由于各測線觀測時的噪聲環境不同，同時，地下介質物性條件特別是其物性組合條件不一樣，故同一巖性層在不同的剖面上其視電阻率值應相近，但不一定相同。

(1)注漿后測線I資料分析與解釋。由注漿前后的視電阻率變化(圖3)可以看出，對應采空區區域的視電阻率值在120～2 000Ωm之間;在測點12～測點13、測點15～測點18位置，注漿前出現的2處封閉的低阻異常已經消失;測點4～測點6位置處封閉的相對低阻異常的范圍顯著縮小，但低阻異常區仍然存在。說明測線I的測點4～測點6位置處注漿效果較差，沒有達到采空區治理目的。在該位置處布置的注漿檢查孔1的鉆進過程和鉆孔電視觀測結果也證實了這一結論。對比注漿前后在深度200、250、300 m處各測點的視電阻率值可知，注漿后的視電阻率值比注漿前有所升高，有些測點升高得明顯，有些測點則不明顯。由圖可以看出，在200 m深度位置，注漿后地層視電阻率變化差異較大，其中4號測點和19號測點位置視電阻率升高幅度小于30%。特別是4號測點附近，注漿后仍然存在一定的封閉低阻異常區。在300 m深度位置，注漿后地層視電阻率升高幅度小于30%的區域為測點4～測點6位置。根據上面的資料分析，按照資料的解釋原則，說明經過注漿治理后采空區內介質的整體性與均一性在測線Ⅰ的大部分區段得到提高;但在測點4～測點6范圍內還有封閉的相對低阻異常存在，且視電阻率值升高幅度較小，說明測點4～測點6區域注漿治理效果相對不如其他區段明顯。

圖3 測線Ⅰ注漿前后視電阻率對比

(2)注漿后測線II資料分析與解釋。由注漿前后視電阻率變化(圖4)可以看出:對應采空區區域的視電阻率值在170～1 100Ωm之間;在測線方向120～160 m(測點7～測點9)、230～250 m(測點13附近)、400～430m(測點21～測點23)等3處有較小的封閉的低阻異常，與注漿前的封閉低阻異常比較可以看出異常范圍明顯縮小。對比注漿前后在200 m、250 m、300 m深度各測點的視電阻率值可知，注漿后的視電阻率值比注漿前升高，有些測點升高得明顯，有些測點則不明顯。在200 m深度位置，注漿后視電阻率升高幅度小于30%的區域為測點7～測點8的區域和測點22～測點23的區域;在250 m深度位置，注漿后視電阻率升高幅度小于30%的測點區域為測點6～測點7的區域、測點20～測點21的區域;在300 m深度位置，注漿后視電阻率升高幅度小于30%的測點區域為測點4區域、測點9～測點11的區域和測點20的區域。根據上面的資料分析，按照物探資料解釋原則，說明經過注漿治理后采空區內介質的整體性與均一性有所提高;但在測點4～6、測點20～23范圍內，局部有封閉的相對低阻異常存在，且視電阻率值升高幅度小于30%，說明測點4～6和測點20～23區段注漿治理效果可能較差，建議在此區域布置注漿檢查孔進行重新檢查，進一步確認注漿效果。

圖4 測線Ⅱ注漿前后視電阻率對比

(3)注漿后測線Ⅲ資料分析與解釋。由注漿前后的視電阻率變化(圖5)可以看出:對應采空區區域的視電阻率值為170～1 500Ωm，視電阻率值明顯升高;注漿前在320～360 m(測點17～測點19)出現的封閉的低阻異?；鞠?，0～20 m(測點1～測點2)、60～120 m(測點4～測點7)2處封閉的相對低阻異常范圍縮小。對比注漿前后在200、250、300 m深度處各測點的視電阻率值可知，注漿后的視電阻率值比注漿前升高，有些測點升高得明顯，有些測點則不明顯。在200 m深度位置，注漿后視電阻率升高幅度小于30%的區域為測點9～測點11區域;在250 m深度位置，注漿后視電阻率升高幅度小于30%的區域為測點3～測點10的區域;在300 m深度位置，注漿后視電阻率升高幅度小于30%的區域為測點6～測點11的區域。根據以上分析，注漿治理后采空區區域巖體的整體性與均一性得到了一定提高;但在測點6～測點11范圍內仍有封閉的相對低阻異常存在。

圖5 測線Ⅲ注漿前后視電阻率對比

5 檢測技術綜合分析

(1)在測線Ⅰ的測點4～測點6、測線Ⅱ的測點6～測點8和測點20～測點23、測線Ⅲ的測點6～測點11等范圍內，物探資料顯示的注漿治理效果沒有達到設計要求。其中測線Ⅱ上測點5附近采空區注漿后充填狀況已經得到檢查孔1的證實，沒有達到注漿充填目的。其他位置的采空區注漿后充填效果需要布置新的檢查孔予以確認。

(2)采空區經過注漿治理后，3條測線的視電阻率值都比注漿前有一定幅度的升高;注漿治理前地層視電阻率剖面上封閉的相對低阻異常，在注漿治理后的視電阻率剖面上基本消失或是范圍明顯減小，說明經過注漿治理后，采空區的巖體整體性和均一性得到提高，從而提高了地層的承載能力。大部分區域達到了注漿治理的預期目的。

6 結論

(1)采空區注漿治理工程屬于隱蔽工程，由于其隱蔽性和復雜性，在注漿工程結束后很難直觀了解注漿工程的效果，注漿工程的效果若沒有達到設計要求將對地面設施的安全運行造成巨大的隱患，因此采空區注漿工程檢測尤為重要。

(2)鉆孔電視雖可以充分利用鉆孔獲得地下信息，但其工程量大、成本高，在巖性軟弱和巖石破碎地段，巖芯獲得率較低。物探檢測技術成本低、速度快、效率高，但一般情況下只能對工程質量進行定性評價。在實際檢測工程中采用鉆探、物探兩種方法相互組合、優化，再結合注漿過程中的質量控制情況共同對注漿效果進行綜合評價可以很好地滿足工程需要。

(3)通過對工程實例的分析可知，為了既經濟又能達到檢測目的，在老采空區注漿效果檢測中宜采用“地面物探+少量鉆探+鉆孔電視”的綜合檢測模式。

［1］ 滕永海，張俊英.老采空區地基穩定性評價［J］.煤炭學報，1997，22(5):504-508.

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