老窯采空區(qū)注漿治理工程技術(shù)管理

李龍清，朱南京，崔　鋒，鄒友平

(1.西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西西安710054; 2.教育部西部礦井開采與災(zāi)害防治重點實驗室，陜西西安710054;3.陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司小紀(jì)汗煤礦，陜西榆林719000; 4.天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部，北京100013)

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老窯采空區(qū)注漿治理工程技術(shù)管理

李龍清1，2，朱南京1，3，崔鋒4，鄒友平4

(1.西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西西安710054; 2.教育部西部礦井開采與災(zāi)害防治重點實驗室，陜西西安710054;
3.陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司小紀(jì)汗煤礦，陜西榆林719000; 4.天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部，北京100013)

［摘要］為保證安泰選煤廠擬建場地下方老窯采空區(qū)注漿治理效果，采取了設(shè)計單位協(xié)助業(yè)主單位進(jìn)行技術(shù)管理的方式。設(shè)計方代表在施工現(xiàn)場進(jìn)行了鉆孔位置調(diào)整，完善了注漿原料來料管理、配料抽檢措施，制定了合理注漿順序，有效協(xié)調(diào)了設(shè)計方、施工方及業(yè)主。結(jié)果表明:該注漿治理工程落實了設(shè)計思想，治理綜合檢測顯示老窯采空區(qū)得到有效填充，能滿足建設(shè)場地需要。采用設(shè)計方委派代表協(xié)助進(jìn)行現(xiàn)場技術(shù)管理，有利于保證施工質(zhì)量、節(jié)約施工投資、完成施工目標(biāo)。

［關(guān)鍵詞］注漿治理;現(xiàn)場技術(shù)管理;過程控制

［引用格式］李龍清，朱南京，崔鋒，等.老窯采空區(qū)注漿治理工程技術(shù)管理［J］.煤礦開采，2015，20 (2) : 102－105.

技術(shù)管理(Management of Technology，MOT)學(xué)科是一門關(guān)于開發(fā)和使用技術(shù)以創(chuàng)造競爭優(yōu)勢和財富的新興交叉學(xué)科，其定義為:“與科學(xué)、工程及管理理論相關(guān)的MOT是通過對技術(shù)能力的計劃、開發(fā)和實施，以規(guī)劃和完成組織的戰(zhàn)略性和操作性目標(biāo)”，是施工企業(yè)在經(jīng)營過程中的一個必不可少的組成部分［1－2］。針對煤礦采空區(qū)治理工程來說，就是利用技術(shù)手段，通過計劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)和控制，使采空區(qū)注漿治理的質(zhì)量目標(biāo)、投資目標(biāo)、進(jìn)度目標(biāo)得以實現(xiàn)。采空區(qū)注漿治理工程一般屬于大型工程，其工期及質(zhì)量直接影響后續(xù)工程的進(jìn)展及質(zhì)量。

老窯采空區(qū)注漿治理可分為設(shè)計、探測、治理及檢測四部分:根據(jù)已掌握采空區(qū)資料及擬建場地需要，判定需治理區(qū)域及位置，計算注漿量，完成設(shè)計;依據(jù)設(shè)計對擬建場地進(jìn)行物探及鉆探，揭露采空區(qū);利用鉆到采空區(qū)鉆孔進(jìn)行注漿治理，并進(jìn)行施工技術(shù)管理;利用物探、鉆探進(jìn)行采空區(qū)治理效果檢測，并對達(dá)不到要求的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充注漿治理，其技術(shù)管理流程如圖1所示［3］。

本文以安泰選煤廠下伏采空區(qū)治理為例，探討注漿技術(shù)管理措施在設(shè)計—探測—治理—檢測過程中對完成質(zhì)量目標(biāo)、進(jìn)度目標(biāo)、投資目標(biāo)的作用。

1　工程概況

安泰選煤廠擬建場地大部分位于原劉家山煤礦老采空區(qū)上方，還有部分建設(shè)場地位于小窯開采的采空區(qū)范圍內(nèi)。該采空區(qū)為黃土高原地貌，地表地貌丘谷相間，沖溝發(fā)育。地層主要有:第四系、石炭系、奧陶系地層，采空區(qū)地層為8號煤石炭系地層。

圖1　技術(shù)管理流程

安泰煤業(yè)坑口選煤廠擬建場地內(nèi)采空區(qū)主要為原劉家山煤業(yè)公司于2003－2005年開采，開采煤層為8號煤層，煤層平均傾角4.8°，平均厚度為2.38m，薄—中厚近水平煤層，煤層埋深45～60m，還有部分建設(shè)場地位于小窯開采的采空區(qū)范圍內(nèi)。煤層直接頂為2.0～9.3m厚炭質(zhì)泥巖，基本頂為3.9～9.6m砂巖，底板為2.1～5.2m厚炭質(zhì)泥巖。開采方式為巷柱式采煤法，采出率約20%，治理面積約21710m2。

2　技術(shù)管理作用

安泰洗煤廠下伏采空區(qū)治理過程中技術(shù)管理在整個注漿治理流程中發(fā)揮重要作用，確保了質(zhì)量目標(biāo)、進(jìn)度目標(biāo)及投資目標(biāo)的實現(xiàn)。

安泰洗煤廠注漿治理工程涉及三家單位:設(shè)計及檢測方、治理方及業(yè)主方，設(shè)計方配合業(yè)主方進(jìn)行技術(shù)管理，并委派了現(xiàn)場技術(shù)人員。

2.1設(shè)計

治理設(shè)計主要在掌握老窯采空區(qū)地質(zhì)采礦條件、開采歷史及擬建場地要求等資料條件下，解決如下問題:下伏采空區(qū)賦存狀況、采空區(qū)是否必須進(jìn)行治理、治理的區(qū)域及工程量。治理區(qū)域與工程量直接決定了施工投資及工期，合理的設(shè)計有利于進(jìn)度目標(biāo)及投資目標(biāo)的實現(xiàn)。

設(shè)計方依據(jù)規(guī)程規(guī)范編制了《采空區(qū)地基穩(wěn)定性評價及注漿治理方案設(shè)計》報告［5］(以下簡稱設(shè)計報告)，其中介紹了委托場地基本情況，計算了下伏采空區(qū)煤柱穩(wěn)定性、地面建筑物載荷、擬建場地殘余下沉及移動，認(rèn)為下伏采空區(qū)對地面建筑物構(gòu)成影響，特別是筒倉及主廠房附近。在論證注漿治理的可行性后，設(shè)計了注漿治理方案，得出了鉆探工程量、注漿工程量及工期概算:設(shè)計注漿孔46個，鉆探總進(jìn)尺約為3000m;采空區(qū)治理面積21710m2;注漿量13373m3;治理工期約為90d;治理投資約500萬元。

在設(shè)計中技術(shù)管理作用主要體現(xiàn)在:

(1)利用開采沉陷學(xué)及土力學(xué)知識論證得出該擬建場地需進(jìn)行治理方可利用，確保了選煤廠工程質(zhì)量。

(2)利用理論知識及地質(zhì)資料掌握了注漿治理的重點區(qū)域，在重點區(qū)域加密了鉆孔，有利于保證注漿質(zhì)量、降低工程投資。

(3)確定了鉆探工程量、注漿工程量及工期概算，設(shè)計了詳細(xì)的注漿治理技術(shù)方案，有利于進(jìn)度、質(zhì)量、投資目標(biāo)的管理。

2.2探測

注漿治理的前提是確定采空區(qū)位置及范圍，采空區(qū)探測尤為重要。傳統(tǒng)的探測手段為地球物理勘探(簡稱物探)與鉆探。物探是利用地層的物性差異(如電性、磁性、聲波等)，推斷采空區(qū)區(qū)域，而鉆探是通過鉆孔揭露該處采空區(qū)情況，相比較而言物探手段揭露采空區(qū)是一個區(qū)域但準(zhǔn)確性較低，鉆探揭露的是若干個點，準(zhǔn)確性高。因此通過技術(shù)分析，為減少工程量并提高精度，先采用物探推斷采空區(qū)范圍，再結(jié)合建筑物重要程度及物探結(jié)果進(jìn)行鉆探。

治理前物探觀測布置了301個測點、2800m測線;施工了41個鉆孔(受征地影響40～46號鉆孔未施工)，進(jìn)尺2143m，其中13個鉆孔揭露了采空區(qū)［6］。物探位置及結(jié)果保留，以便治理完成后再次進(jìn)行物探，對比揭示注漿治理效果;探測到采空區(qū)的鉆孔用做注漿孔。

在探測中技術(shù)管理作用主要體現(xiàn)在:

(1)采用物探及鉆探相結(jié)合的方式節(jié)省了工程量，提高了探測精度，有利于達(dá)到治理效果。

(2)現(xiàn)場技術(shù)人員結(jié)合施工情況對設(shè)計進(jìn)行了局部調(diào)整。如受地形地貌影響，調(diào)整后的36號和38號鉆孔距離較近(約10m)，取消了37號鉆孔施工;主廠房區(qū)域僅26號與33號鉆孔揭露采空區(qū)，為確保工程質(zhì)量，在主廠房濃縮機(jī)附近補(bǔ)充施工了加1、加2鉆孔。

(3)對鉆探施工實施計劃、組織、協(xié)調(diào)、控制管理。設(shè)計方與業(yè)主方計劃施工鉆孔順序，協(xié)調(diào)場地平整、修路及通水通電，監(jiān)督檢查每日施工，每個鉆孔經(jīng)現(xiàn)場驗收后方可移機(jī)。

2.3治理

注漿治理利用探測到采空區(qū)的鉆孔，依據(jù)設(shè)計報告進(jìn)行，主要由施工方完成。經(jīng)過35d注漿施工，共注入漿液13293m3(見表1)。

表1　注漿工程填充空間統(tǒng)計

為達(dá)到注漿治理的進(jìn)度、質(zhì)量、投資目標(biāo)，采用了如下技術(shù)管理方案:

(1)優(yōu)化了注漿施工順序由西向東施工(由低向高)，先邊界孔(形成帷幕)后中間孔，且采取隔孔逐漸加密注漿。在邊界孔注漿施工中，采取了定量(控制每次注入量)、定時(每次注漿后要間歇一定時間)，并加大速凝劑的用量，提高了注漿效果，防止了漿液外跑，節(jié)約了注漿材料。在中間孔注漿施工時，加大注入量，少加或不加速凝劑，并采取短時間間歇方法，即當(dāng)單孔注漿量達(dá)到800m3后，采用注100～150m3，然后停24h，再注100～150m3，停24h，如此循環(huán)直至達(dá)到停止注漿的設(shè)計要求。停止注漿的設(shè)計要求為:當(dāng)泵量小于60L/min時，孔口壓力在1.0～1.5MPa之間，穩(wěn)定20～35min，結(jié)束該孔的灌漿施工。

(2)原材料進(jìn)廠質(zhì)量檢驗充填原材料主要有粉煤灰、水泥、外加劑，通過現(xiàn)場簡易試驗室，保證了進(jìn)廠原材料質(zhì)量。

(3)料漿質(zhì)量控制為保證料漿質(zhì)量，依據(jù)專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)出具的報告(見表2)，每日不定期現(xiàn)場抽查料漿質(zhì)量并留樣，對質(zhì)量不合格料漿進(jìn)行了調(diào)整，對現(xiàn)場人員進(jìn)行了處分，確保了料漿質(zhì)量。通過留樣測出了漿液實際結(jié)石率為83%，為井下空間推算提供了依據(jù)。

(4)注漿孔驗收按照設(shè)計對各鉆孔注漿進(jìn)行驗收，驗收需提供注漿班次表，并進(jìn)行現(xiàn)場驗收，未經(jīng)驗收注漿量不予認(rèn)可。

表2　料漿配比檢測

2.4檢測

普通注漿治理檢測多采用“物探+鉆探”的手段進(jìn)行，為充分確保注漿治理效果，從技術(shù)角度考慮，本次檢測采用“物探+鉆探+漏失量觀測+鉆孔彩色電視+巖石力學(xué)測試”綜合手段，從多角度分析注漿效果［8－10］。如檢測仍發(fā)現(xiàn)空區(qū)，利用檢測孔及其他鉆孔進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

分別在注漿治理前后，采用EMRS－3電磁勘探儀進(jìn)行了野外原位物探，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出治理前在原煤緩沖倉、矸石倉、中煤倉及主廠房下方存在相對低阻區(qū)(視電阻率小于70Ω·m，注漿治理后這些區(qū)域視電阻率均有明顯提高(提升至150Ω·m以上)，說明巖層的整體均質(zhì)性有顯著提升。

圖2　煤層平面注漿前后視電阻率對比

注漿治理后在原煤倉及主廠房區(qū)域共施工了4個檢測孔，在施工過程中未發(fā)生掉鉆漏風(fēng)等現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)鉆孔沖洗液大量消耗，直至鉆探結(jié)束，孔內(nèi)仍有水位。利用鉆孔彩色電視探測了孔內(nèi)巖層結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)空區(qū)得到有效充填，觀測到空區(qū)上方裂隙被漿液充填，如圖3所示。

圖3　鉆孔彩色電視觀測裂隙填充情況

利用鉆孔，對充填結(jié)石體進(jìn)行取芯，測得其平均單周抗壓強(qiáng)度達(dá)到16.16MPa，滿足治理要求。

綜上所述，設(shè)計方、業(yè)主及施工方通力合作順利完成了安泰選煤廠下伏采空區(qū)注漿治理工程，采用了技術(shù)管理措施順利完成了質(zhì)量目標(biāo)、進(jìn)度目標(biāo)及投資目標(biāo)，如表3所示。

表3　注漿治理工程目標(biāo)與實際值對比

3　結(jié)論

采空區(qū)注漿治理屬于隱蔽工程，其工程質(zhì)量直接關(guān)系其上建筑物的安全。為確保安泰洗煤廠下伏采空區(qū)治理效果，業(yè)主與設(shè)計方采用了技術(shù)管理手段，實現(xiàn)了注漿治理的質(zhì)量目標(biāo)、進(jìn)度目標(biāo)及投資目標(biāo)，采用設(shè)計方委派代表協(xié)助進(jìn)行現(xiàn)場技術(shù)管理，有利于保證施工質(zhì)量，節(jié)約施工投資，完成施工目標(biāo)。

(1)在設(shè)計階段，利用開采沉陷及土力學(xué)理論計算得出該區(qū)域需進(jìn)行治理方可使用，確定了注漿治理重點區(qū)域，明確了注漿治理的工程量及工期。

(2)在探測階段，采用物探及鉆探相結(jié)合的手段，有利于保證注漿治理的質(zhì)量。

(3)在治理階段，采用優(yōu)化注漿順序、完善來料管理、料漿質(zhì)量抽檢、逐孔驗收等技術(shù)管理措施，確保了施工質(zhì)量，控制了工程投資。

(4)在檢測階段，采用“物探+鉆探+漏失量觀測+鉆孔彩色電視+巖石力學(xué)測試”綜合技術(shù)手段，提高了檢測的質(zhì)量。

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［責(zé)任編輯:鄒正立］

Technical Management of Gob Grouting Engineering in Waste Mine

LI Long-qing1，2，ZHU Nan-jing1，3，CUI Feng4，ZOU You-ping4

(1.Collage of Energy Science and Engineering，xi’an University of Science and Techonoly，xi’an 710054，China;
2.Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention，Minstry of Education，xi’an 710054，China;
3.Xiaojihan Coal Mine，Shanxi Huadian Yuheng Coal＆Electricity Co.，Ltd.，Yulin 719000，China;
4.Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China; )

Abstract:In order to insure grouting prevention effect of waste mine gob over which coal washing plant would be constructed，the technical management mode of design party assisting owner party was applied.Deign representative effectively coordinated design party，construction party and owner by bore-hole location adjustment，grouting material managing，ingredient sampling and formulating rational grouting sequence.Practice showed that the grouting engineering realized design idea and comprehensive inspection result showed that waste mine gob was stowed effectively and could meet the requirement of construction site.Applying the mode of design representative assisting site technical management was favorable for ensuring construction quality，saving construction investment and achieving construction goal.

Keywords:grouting engineering; site technical management; process control

［作者簡介］李龍清(1957－)，男，陜西藍(lán)田人，教授，主要從事礦井設(shè)計理論、開采技術(shù)及理論、工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究工作。

［基金項目］天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部青年創(chuàng)新基金(KJ－2014－TDKC－15，KJ－2013－TDKC－12)

［DOI］10.13532/j.cnki.cn11－3677/td.2015.02.028

［收稿日期］2014－09－18

［中圖分類號］TD265.4

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A

［文章編號］1006-6225 (2015) 02-0102-04