淺析礦山采空區(qū)治理技術(shù)

摘 要：文章分析了采空區(qū)注漿的加固機(jī)理，并系統(tǒng)介紹了在注漿過(guò)程中各階段的施工工藝要求，最后指出了灌漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。文章對(duì)利用注漿法進(jìn)行采空區(qū)治理工程具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：煤礦采空區(qū)；注漿治理；地層加固

1 注漿法加固機(jī)理

注漿法是采空區(qū)治理常用的方法之一，在進(jìn)行采空區(qū)注漿時(shí)，首先將配置好的漿液通過(guò)注漿管注入需要加固的地層中，通常注漿液是由水泥、粉煤灰、水及其他添加劑按照一定比例混合而成的漿液。當(dāng)漿液由用泥漿泵按設(shè)計(jì)注漿壓力注入地層時(shí)，會(huì)填充、滲透到地層空隙中[1]。當(dāng)注漿壓力進(jìn)一步加大時(shí)，漿液將會(huì)劈裂巖石并對(duì)巖體起到擠密作用。在上述漿液作用下，巖體中的空氣及水體會(huì)由注漿液體替代并被排出，當(dāng)漿液凝固之后，漿液強(qiáng)大的膠結(jié)作用會(huì)把較松散的巖石塊體或顆粒膠結(jié)在一起，提高注漿區(qū)域的整體性，提高注漿區(qū)域的抗拉強(qiáng)度及防水等性能[2-3]。

注漿壓力是影響采空區(qū)注漿效果的重要因素之一，隨著灌漿壓力的不斷提高，漿液在巖體中將依次對(duì)巖體起到劈充填、擠密、固結(jié)、劈裂作用，漿液在巖體中重復(fù)上述過(guò)程，使得漿液不斷擴(kuò)大注漿范圍，最終達(dá)到對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域的注漿加固目的。文章以神木某礦區(qū)為例，探討煤礦采空區(qū)的注漿治理問(wèn)題。

2 施工工藝

采空區(qū)注漿加固有較為成熟的施工工藝，現(xiàn)在較為普遍的施工方法是：首先加工注漿孔，為注漿提供渠道；其次是下管，作為注漿通道，直達(dá)注漿地層；第三是封孔，為注漿提高封閉環(huán)境，便于加壓注漿；第四是配漿，按照不同地質(zhì)特點(diǎn)及工程需要配置合理漿液；第五是灌漿，進(jìn)行采空區(qū)注漿作業(yè)；最后是設(shè)備處理，包括回收、清理設(shè)備等后續(xù)工作。

2.1 鉆孔

鉆孔是影響注漿效果的關(guān)鍵因素，鉆孔首先應(yīng)準(zhǔn)確探入設(shè)計(jì)位置，保證注漿質(zhì)量，同時(shí)應(yīng)當(dāng)避免鉆孔出現(xiàn)錯(cuò)孔等質(zhì)量問(wèn)題，保證順利注漿。施工中鉆孔直徑為89mm，鉆孔深入至煤層底板預(yù)定位置。

2.2 下管

鉆孔鉆入預(yù)定位置后，應(yīng)及時(shí)布設(shè)注漿管。當(dāng)鉆孔為裂隙孔時(shí)，注漿管材料選用UPVC管，花眼間距設(shè)計(jì)為10.00～20.00mm，直徑為40.00mm～500.00mm，形式為交錯(cuò)分布；當(dāng)鉆孔為采空孔時(shí)，注漿管采用575mm的UPVC管。

2.3封孔

封孔是為下一步加壓灌漿做準(zhǔn)備。封孔時(shí)首先把預(yù)制花管按規(guī)范放入孔中，然后用具有一定強(qiáng)度的水泥封堵孔口。為了保證封孔質(zhì)量，水泥的封孔長(zhǎng)度一般不小于1.5m。

2.4 控制指標(biāo)

（1）注漿長(zhǎng)度：注漿長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)及工程要求進(jìn)行分析計(jì)算確定。如果注漿區(qū)域地質(zhì)條件較差，或注漿要求較高，則應(yīng)加大注漿長(zhǎng)度。

（2）注漿壓力：不同的注漿形式所需的注漿壓力是不同的，注漿形式包括滲透注漿、劈裂注漿和壓密注漿等。滲透注漿不需外在壓力，僅靠漿液滲透完成注漿作業(yè)；劈裂注漿和壓密注漿則需要不同的注漿壓力完成注漿作業(yè)，根據(jù)地質(zhì)條件及工程施工要求不同，注漿壓力設(shè)計(jì)值在0.10～0.50MPa不等。

（3）漿液配比：漿液配比影響漿液膠結(jié)力、凝固時(shí)間及注漿質(zhì)量等，施工中應(yīng)根據(jù)不同的施工要求進(jìn)行配比，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行漿液配比試驗(yàn)確定最佳漿液配比方案。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件的變化，合理調(diào)整漿液的配比。

（4）攪拌時(shí)間：將主劑與溶劑按設(shè)計(jì)比例放入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌3～5min，待水泥、粉煤灰與水充分混合后，用泥漿泵將均勻混合的水泥粉煤灰漿液送入孔內(nèi)。

2.5 灌漿

上述步驟完成后，及時(shí)將注漿管與鉆孔連接，在灌漿初期不應(yīng)加注漿壓力，此時(shí)漿液將在重力作用下灌入孔內(nèi)。當(dāng)在規(guī)定范圍內(nèi)的鉆孔注滿漿液后，依據(jù)儀表壓力指示，通過(guò)控制泥漿泵從而實(shí)現(xiàn)對(duì)灌漿壓力的控制。當(dāng)泥漿達(dá)到巖層注漿區(qū)域后，在壓力作用下，其能夠克服外在壓力，對(duì)巖體產(chǎn)生劈裂作用，達(dá)到注漿作用。在注漿當(dāng)?shù)貙映詽{量較大時(shí)，可通過(guò)增大漿液濃度、添加粗骨料、間隔灌漿、調(diào)整壓力等技術(shù)手段來(lái)控制漿液的擴(kuò)散半徑，使?jié){液控制在有效范圍內(nèi)，達(dá)到節(jié)省材料和地基加固的最佳效果。

3 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

（1）間歇吃漿量。當(dāng)漿液出現(xiàn)外溢時(shí)，暫停注漿作業(yè)，一段時(shí)間后恢復(fù)注漿，若注漿壓力達(dá)到0.50MPa后鉆孔的吃漿量依然很小或者停止吃漿時(shí)，可以判斷注漿完成。

（2）竄漿復(fù)注。當(dāng)鉆孔出現(xiàn)竄漿現(xiàn)象后，暫停注漿，并進(jìn)行封孔作業(yè)，當(dāng)封孔完畢后，繼續(xù)注漿，直到注漿壓力達(dá)到規(guī)定范圍后，注漿完畢。

（3）注漿壓力驟升。隨著注漿作業(yè)進(jìn)行，注漿壓力出現(xiàn)快速升高至較高水平（0.50MPa以上），同時(shí)此時(shí)吃漿量很小或不吃漿，則可認(rèn)為達(dá)到注漿要求，注漿完畢。

（4）地表反應(yīng)。在注漿過(guò)程中，地表出現(xiàn)隆起，或者出現(xiàn)裂縫等現(xiàn)象，可以結(jié)束注漿。

4 結(jié)束語(yǔ)

注漿法是采空區(qū)治理常用的方法之一，通過(guò)填充、滲透、劈裂、擠密等作用，并通過(guò)漿液較高的膠結(jié)作用能有效提高注漿區(qū)域的整體性，提高注漿區(qū)域的抗拉強(qiáng)度及防水等性能。應(yīng)嚴(yán)格按照工程規(guī)范進(jìn)行注漿作業(yè)，同時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意注漿壓力、地表反應(yīng)、吃漿量等注漿標(biāo)準(zhǔn)，保證注漿質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭育新.煤田采空區(qū)注漿治理工程監(jiān)理質(zhì)量控制的探討[J].山西建筑，2014，24：233-234.

[2]鄭富洋，李俊福.注漿加固技術(shù)在治理瓦斯涌出異常煤體中的應(yīng)用[J].煤礦開(kāi)采，2014，3：79-81.

[3]白新斌.談公路設(shè)計(jì)中采空區(qū)的處置[J].山西建筑，2014，20：175-176.

作者簡(jiǎn)介：邢龍龍（1984，3-），工作單位：中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，長(zhǎng)期從事地質(zhì)災(zāi)害治理現(xiàn)場(chǎng)施工與管理工作。