露天礦采空區充填治理

寇彬　姚殿民

摘 要：由于歷史原因不少露天礦礦區內存在大量的歷史遺留的小窯采空區。目前對這些小窯采空區的治理方法較多，文章通過對小窯采空區治理的特征進行詳細的研究尋求一種更為簡便、經濟的治理方式-采空區充填治理。并對充填治理方法進行了詳細的研究。

關鍵詞：露天礦；采空區；充填治理

1 工區概況

內蒙古某露天礦礦區內存在大量已經關停的小煤窯留下的采空區，該區域作為開采區的排土場，重載車輛密集作業，易致使未塌陷采空區陷落造成安全事故。因此，為了安全生產必須對這些露天礦內的采空區進行治理。

該露天礦煤層埋深40～100m，煤層頂板以粉砂巖、泥巖、中粗砂巖為主，成巖作用低，屬軟巖層。本地區屬大陸性亞寒帶氣候，冬季嚴寒，夏季較熱。最高氣溫37.7℃，最低氣溫-48℃。

本區地層因第四系廣泛覆蓋出露不好，僅局部地區可見零星露頭，從目前已獲得資料來看，區內發育有古生界泥盆系上統變質巖系，中生界侏羅系中統顏家溝群，白堊系下統興安嶺群的龍江組、甘河組和扎賚諾爾群的南屯組，大磨拐河組；新生界第四系的更新統和全新統。

該露天礦屬于陳旗半地塹型盆地，煤層埋深40～80m，煤層頂板以粉砂巖、泥巖、中粗砂巖為主，成巖作用低，屬軟巖層。

2 施工方法

根據設計資料，采用“探灌結合”的施工方案進行治理。對物探資料提供的采空異常區地段，先在疑似采空區中心進行驗證鉆孔的施工。驗證鉆孔應鉆進至煤層底板。如在煤層出現掉鉆漏水等情況則確定下部為采空區，可以進行投砂注漿施工。由于地球物理探測提供的采空區中心坐標可能會存在誤差，因此在注漿完畢后再在驗證孔周圍四個方向布置四個檢查鉆孔。這四個檢查鉆孔距離中心驗證鉆孔按3-5米布置，以檢驗采空區注漿的效果，采空區是否全部充填。確保整治效果。

3 孔位布置

依據地球物理探測提供的采空異常坐標進行孔位布置。在地球物理探測資料的異常區，在異常區范圍內以梅花型均勻布置；對于經過驗證孔驗證為采空區，注漿后再在注漿孔周邊布置3-4個檢查孔，檢查孔距注漿孔5-10m布置。因為地球物理探測提供的采空異常坐標可能存在誤差。所以在對異常區進行驗證時，對下部驗證為非采空區的，則應在周圍5-10m布置3-4個驗證鉆孔進行進一步驗證。確保準確對疑似異常區進行驗證或排除。

4 投砂注漿及技術參數選定

當鉆孔施工完畢后，應及時安裝好護壁導管，安裝投砂器（見圖1）。圖中1為注漿管，2為注漿導管用于接地面漿泵，3為出氣管，4為投砂漏斗。投砂器用絲扣于護壁導管內的注漿管連接，就形成了投砂注漿裝置。該投砂注漿裝置有投砂漏斗、注漿管、下料導管。裝置安置完畢后，進行清孔注漿，以檢查管路的暢通與否及有無跑、冒、滴漏現象，是否存在塌孔現象，在試注漿中，漿液通過投砂器具的注漿管連續注入，孔口壓力及回風穩定時即可按設計進行投砂注漿施工。選取2-3個孔進行注水，壓水試驗和注漿試驗，以確定注漿壓力、水灰比、注漿量，根據試驗孔的情況，鉆孔間距可做適當調整。

根據注漿試驗及鉆探的情況來確定漿液配合比，按照漿液由希到濃的原則，隨時檢查及時進行調整。注漿前做好管路壓水試驗，注漿壓力由小到大。根據鉆孔揭示的地質情況和注漿工藝試驗確定注漿漿液類型，對于存在明顯空洞及采空區充填物的孔位采用水砂漿灌注，其它則加入適量粉煤灰灌注。摻砂時，砂水的摻量一般為1：1-1：2；粉煤灰的摻量為膠凝材料的10-15%。

在材料進場水電開通，設備進場后，還要修建蓄水池、攪拌池等基礎設施。將水和粉煤灰注入攪拌池進行攪拌。

5 注漿

注漿工作必須連續進行，若因故中斷，必須果斷采取處理措施，及早恢復。根據施工中的不同條件，采用了自流投砂，壓力注漿、間歇注漿、二次注漿等方式。自流投砂就是砂水在自重作用下流進采空區。投砂時候，在投砂漏斗周圍備砂，人工投砂。先通過漿管上連接的注漿泵往采空區注水，水連續流動后開始從投砂漏斗投砂水漿液，以水代砂的方法投入到采空區且進入采空區的砂在水的帶動下開始向四周擴散。當砂水從孔口冒出時作為投砂結束的標準。

當遇到大的空洞時，適當添加粉煤灰、砂等材料，同時漿液比重也適當加大，減少漿液流動性，確保漿液不會流出線路處理范圍太遠，減少漏失量。當采空區已大部分被漿液充填，注漿泵的壓力表顯示有壓力，就進入壓力注漿階段。采用壓力注漿，其主要目的是為了加密充填采空區，同時也充填了基巖裂隙、軟弱結構面和因采空而產生的基巖裂隙。間歇注漿就是注一段時間，間歇一段時間，讓每次注入巖層的漿液有個析水凝結的過程，從而有效充填巖層孔隙，阻止漿液冒漿和流出處理范圍以外。當孔口管壓力在1.0-1.5Mpa，泵量小于70L/min，穩定10-15min 以上，即可結束該孔注漿施工。注漿施工的流程見下圖2。

6 施工注意事項

（1）當孔內注漿量較大時，注入的砂水漿液的砂水比適當降低砂的含量，否則容易堵塞管口。（2）當注漿孔揭露較大的采空區時，自然注漿達到采空區或者空洞體積容量后，孔底仍沒有明顯抬生；或者孔內漿液漏失嚴重，一次連續注漿2m3后，注漿速率不減或壓力不升高；或者注漿壓力突然降低或速度突然升高；或者當注漿未達到設計壓力而出現孔口或地面冒漿等異常情況發生時，可采取間歇反復注漿。一次注漿結束后，被壓入的漿液水分在壓力作用下向周圍地層滲透擴散，同時隨著壓力的消散和時間的推移，水泥漿液固結析水，在采空區形成上層空氣、中間水、下部水泥固結體的狀況，需進行二次壓力注漿，以保證采空區全被水泥固結體充填密實。（3）對注漿量大的空洞或未填充滿的采空區空洞，采取間歇式注漿方法形成帷幕，同時投入直徑1厘米的石料，添加“水玻璃” 凝固劑以減少水泥漿、石料流失。