新莊孜電廠深層采空區處理工藝過程及質量控制

劉赟

摘要：本文主要新莊孜電廠技改工程深層采空區處理工程的設計、施工工藝過程及施工質量管理等內容進行了詳細的介紹，并對施工過程中的重要質量控制點及質量控制方法進行深入的分析和研究。

關鍵詞：采空區 注漿過程 注漿壓力 質量控制

一. 工程背景

新莊孜電廠（2×135mw）技改工程位于新莊孜煤礦工業廣場東南部，該區域下方有多層煤炭采空區，地表因此產生過劇烈的沉陷，經過專業機構論證提出：“該區域煤層巷采區殘留空區分布不明，若受強載荷作用，可能造成采空區上覆巖體結構再次失穩變形，因此該區域地表以下120米范圍地基需要加固處理，方可保證擬建電廠的穩定運行。”經過多次優化布置，需要加固治理區面積為42319㎡。

根據相似采空區加固處理的工程實踐經驗，注漿加固是相對容易實現方案，經過多次試驗計算，注漿壓力設計為1.0MPa，漿液擴散半徑設計為14m。經過優化設計，全廠區共需要鉆孔81個，預計鉆孔深度5963米，注漿工程量預計25000方，漿液結實體為21250方。

二.地基注漿主要工藝過程

注漿施工工藝過程的本質是將混合漿液注入深層地下裂隙之中，充填裂隙，將裂隙減到最小，進而增大地基承載力。注漿工藝過程最主要有三個環節：第一個環節是混合漿液制備；第二個環節是地基鉆孔；第三個環節壓力注漿。地基注漿對各環節實施質量要求特別高，上個環節實施質量不合格，嚴禁進入下環節項目的施工（如果上環節實施質量不合格就進入下個環節的實施，會造成重大損失，必須返工處理），有關過程如下流程圖。

三.深層地基加固質量控制

依據注漿施工工藝過程，地基注漿工程質量控制主要從制漿、鉆孔、注漿及質量驗收四個階段進行控制。

（一）漿液制備質量控制

1.制漿主要材料：細沙、碎石、水泥、粉煤灰、水、水玻璃等。細沙采用淮河細沙；碎石采用八公山的碎石，碎石不大于5mm；水泥采用325號普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用老電廠生產粉煤灰，不低于國家二級標準；水玻璃采用普通的水玻璃。

2.漿液配合比：設計采用3個級別的漿液，水固比分別為1：1、0.75：1、0.6：1。漿液配合比設計原則是確保結實體不小于85%，為保證結實體的強度，取水泥和粉煤灰的固相比為1：1，漿液能夠在設計壓力下順利注入孔中，并按照設計的擴散半徑進行擴散。

3.漿液制備過程：首先將細沙、碎石、水泥、粉煤灰按照預先設計的配合比混合后裝入攪拌機中進行充分攪拌混合，攪拌時間不超過5min，然后逐步加入水，邊加水邊攪拌，直到符合要求后放入存獎池中備用，在具備注漿條件后，再行加入水玻璃，充分攪拌后即可進行注漿工序。

（二）鉆孔的質量控制

由于該區域采掘時間悠久，采掘工程圖中采掘巷道的位置標定存在一定偏差，巷采區巖層破壞情況不明，因此需要采取邊探邊治的方式進行采空區注漿施工。以探查巷道為主，采用先疏后密、從外向里的方法，多輪次的探查巷道，利用現有成孔進行注漿孔布置設計，并確定施工順序。對已查明的巷道采用先充填骨料后注漿的方法，嚴格控制單孔注漿范圍。根據采空區治理經驗，初期應選取20%的注漿孔作為注漿實驗孔，根據實際情況進行合理注漿。

1.鉆孔定位及垂直度控制

首先根據電廠坐標系及廠區孔位布置圖，采用全站儀放線定位，經監理現場驗收確認；其次根據定位點、鉆孔機具及注漿機具等因素綜合考慮布設方位，確定后移動鉆機對點。最后調節鉆機底板水平度和豎桿控制裝置，保證鉆桿在下鉆過程中始終保持與水平底板垂直，從而確保成孔垂直度。

2.成孔驗收

根據本項目的設計情況，結合施工經驗，為了保證注漿效果，經過專題會討論確定成孔驗收標準：

（1）實際鉆孔深度達到設計深度；

（2）孔的直徑符合設計孔徑為190mm，加固區終孔孔徑不小于127mm，注漿段孔徑不小于91mm；

（3）終孔孔斜不應超過2%。

3.下套管護壁水泥封閉

成孔驗收合格后，下入Φ168套管護壁，四周采用水泥封閉，下入位置0-23m，下管7天后方可注漿；

（三）注漿過程質量控制要素

漿液制備質量及鉆孔質量符合確定的質量標準后，即可進行注漿施工工序，注漿質量主要控制以下指標：

1.注漿過程控制

注漿過程中，漿液池中漿液要不停的攪拌，防止出現秘水和沉淀現象，保證漿液始終符合設計要求。

2.注漿壓力表檢定

壓力表必須經過檢定，使用前后管內漿液要沖洗干凈，是壓力表始終符合檢定的標準，始終處于有效狀態。

3.注漿壓力控制

注漿壓力的大小將決定漿液的擴散距離和充填、壓密的效果。壓力大，漿液擴散距離大，裂隙中漿液充填的效果也高。由于采空區埋深較淺，注漿壓力較大時容易出現地面返漿等現象，根據實驗數據及相似工程的經驗：本項目設計注漿終壓為：巷采治理區0.7-1.0MPa；基本治理區、加固治理區0.7-1.2Mpa；為保證注漿的效果，要求重點控制注漿壓力，要求施工單位每隔半小時記錄一次注漿壓力，并由監理旁站監督。

4.注漿結束標準

當注漿壓力達到終壓值，泵量小于150L/min，穩定15 min時，可結束該注漿段的注漿施工。（四）注漿質量驗收

采空區治理工程的質量監控主要包括兩個方面的工作：一是施工過程中的監控；二是施工結束后的質量檢測工作。采空區注漿治理的監控工作主要從鉆孔、制漿、注漿3個環節進行控制，一般在施工過程中完成。

1.壓水試驗檢測

壓水試驗檢測，治理區注漿結束后預留15個鉆孔做壓水試驗，通過壓水試驗壓力、流量，判斷注漿充填效果，流量越小壓力越大充填效果越好，一般采空區注漿后壓水試驗流量值與結束標準相同，壓力達到結束標準壓力的50%注漿充填效果良好。壓水試驗鉆孔要求均勻分布，數量達到注漿鉆孔的20%左右。

2.控制注漿結束標準

嚴格控制注漿結束時點，控制漿液擴散距離，漿液不得擴散太遠也不能進入第四系地層風氧化帶，實現漿液有效充填。

總之，新莊孜電廠技改工程的地基注漿充填工程提出設計構想、編制設計文件、組織施工、完成第三方驗證，歷時11個月。在設計和施工過程中由于沒有國家及行業技術標準，實施難度很大，但在各參建單位技術人員的不懈努力下，地基深層注漿充填實施質量優良，順利通過獨立第三方質量檢驗，為電廠今后安全生產打下了堅實的基礎。