營澇公路下伏采空區探測與注漿治理實踐

付小銅

(天地科技股份有限公司開采設計事業部，北京 100013)

1　營澇公路塌陷段概況

鷹手營子礦區營澇公路西梁塌陷段位于河北省承德市鷹手營子礦區東約3.5 km處，在350 m路面范圍內有多達5處的路面裂縫組段，沉降走向與路面斜交約40°，裂縫組段寬度為5～8 m，公路南北護坡多處出現寬大裂縫，根據資料，營澇公路西梁段1999年出現了一次路面塌陷，2004年營澇公路又一次出現路面塌陷，給當地人民生活和交通運輸帶來巨大安全隱患。

2　采空區探測及結果分析

營澇公路西梁塌陷段周圍主要煤礦包括西梁煤礦、汪莊煤礦和東風煤礦。主采煤層為下二疊系4號煤層，3號煤層局部可采作為輔采煤層。根據資料顯示，從20世紀50年代到70年代，多個煤礦在該區域進行了多次重復的開采，形成了煤礦采空區。由于時間久遠，路面沉降較多，規律不易掌握，為了及時采取防治措施，防患未然，采用地球物理手段來查清地下煤礦采空區的分布情況[1-2]。

本次勘測采用瞬變電磁測深方法，使用IGGETEM-20瞬變電磁儀?？紤]到公路塌陷段施工空間狹小，因此沿路面布設測線，采用重疊回線裝置進行工作，點距5 m，分別用10 m×10 m線框和10 m×30 m線框進行觀測，點距5 m，兩條測線合計完成測點數142個。

物探成果如圖1所示。由圖1可知：Ⅰ號異常位于剖面70～90 m段，表現為高電阻率異常反映，視電阻率最大值大于80 Ω·m，深度60～90 m，規模較??；Ⅱ號異常位于剖面140～160 m段，表現為高電阻率異常反映，規模較大，145 m處為異常中心，160 m處為次異常中心，深度30～60 m；Ⅲ號異常位于190～210 m段，表現為高電阻率異常反映，與Ⅱ號異常相似，規模略小，異常中心在200 m處，深度40～60 m；Ⅶ號異常位于剖面270～310 m處，表現為高電阻率異常反映，視電阻率最大值大于80 Ω·m，深度40～60 m；Ⅷ號異常位于320～340 m處，表現為高電阻率異常反映，視電阻率最大值大于100 Ω·m，深度30～60 m。

圖1　電阻率異常分布圖

物探資料結合地質采礦條件資料可知：Ⅰ號異常(坑一位置)下方存在4號煤層采空區；Ⅱ號異常(坑二位置)下方存在3號煤層和4號煤層采空區；Ⅲ號異常(坑三位置)下方存在3號煤層采空區；Ⅶ號異常(坑四位置)和Ⅷ號異常(坑五位置)下方存在3號煤層和4號煤層采空區分布，且4號煤層采空區分布面積較大。

3　注漿治理方案

對于煤礦采空區的治理，目前主要采取壓力注漿法來進行處理[3-7]。壓力注漿法是用人工的方法把具有充填、膠結性的材料注入到地層裂隙和空洞中，以加強其強度及密實性的施工方法。其處理原則：治理范圍由塌陷盆地向外再延長一定距離，寬度方向要考慮巖層的傾斜方向及保護要求；深度方向處理到采空區底部，一般開采多深處理多深，裂隙帶的處理深度要有深有淺，深淺結合。

根據煤礦采空區治理經驗，營澇公路西梁塌陷段注漿孔按30～50 m間距布設，設計注漿孔共8個，平均孔深為120 m，在地面變形嚴重段適當加密。在注漿孔布置時考慮到營澇公路西梁塌陷段兩側高程比較大，無法布置注漿鉆孔，本次注漿鉆孔沿公路布置。注漿液為水泥粉煤灰漿，其水固比為1∶1.4～1∶1.0，水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%，根據鉆孔鉆進過程中的具體情況，在漿液中摻加水泥重量的2%速凝劑。

采空區剩余空隙體積為治理范圍內的礦層體積乘以采出率，并扣除采空區因頂板垮落而已形成的變形。營澇公路西梁塌陷段采空區面積按照60%計算，煤層采空區剩余空隙率取50%，3號煤層煤厚按1.5 m取值，4號煤層厚按2.5 m取值，計算得空隙體積約為6 000 m3。注漿漿液的結石率按80%考慮，注漿充填體積為6 750 m3。

4　注漿治理效果

根據前述設計，該采空區治理工程共施工了8個注漿鉆孔。經過近一個月的鉆探及注漿施工，累計鉆進989.12 m，累計注漿量為4 597.9 m3。各孔注漿情況統計見表1。通過各孔的實際注漿量可以發現:塌陷段東側5號、6號、7號三個注漿孔單孔注漿量均較小，說明該段地下煤層開采不夠充分或上覆巖層垮落后大部分已被壓實，空區殘留空間較小；塌陷段西側的5個注漿孔中，除了最西側邊緣上的1號孔注漿量稍小一些，其他4個注漿孔注漿量均較大，該4個注漿孔總的注漿量達到該治理工程總注漿量的80%以上，這說明塌陷段西側地下煤層開采較為充分，采空區殘留空間較大。通過各注漿孔實際注漿情況與注漿方案中的預計注漿量的對比，說明采空區經過治理后得到了比較好的充填。

表1　注漿孔情況統計表

5　建　議

通過該采空區注漿治理工程，營澇公路地基穩定性得到了顯著提高，達到了注漿的預期目的，該治理段路面今后不會發生較大下沉，可保證公路的運行安全。同時為保證營澇公路西梁塌陷段公路采空區治理后，路面能保長期安全運行，提出以下建議。

1) 嚴格限制在治理范圍內進行地下開采活動，以免造成治理后的采空區重新活化，影響公路運行安全。

2) 由于來往礦區的重型運煤車輛較多，建議在注漿治理工程結束后對路面進行加筋處理，并重新鋪設混凝土路面，同時對兩側的公路護坡進行維修。