廢棄礦山采空區治理的施工應用

郭廣厚

（山東省物化探勘查院，山東濟南250012）

XX機場廢棄礦山地質環境恢復治理工程，是山東省國土資源廳2010年下達的《2009年中央補助礦山地質環境治理及地質遺跡保護項目任務書》中治理任務之一，也是煙臺市重點工程。本工程考慮到機場跑道的特殊性，為保證機場跑道未來運行的絕對安全，需采取特殊施工工藝對跑道范圍內的下伏采空區進行加固處理，跑道邊線外延20m，即總寬度85m的范圍內、下伏40m以上的采空區處治。需處治的采空區分為3種類型，即：未塌落至地表的采空區、僅由豎井和平巷組成的局部采空區、已塌至地表并形成塌陷坑的采空區。對尾礦庫區域的尾礦砂作為注漿原料加以利用。其中塌陷坑16處，廢棄礦井和平巷142處，需要布設勘察斷面371個。

1 未塌落至地表的采空區

（1）采空區局部密集。由于礦脈多且有分支，造成了潛在采空區在局部地段密集存在，以249號勘察線為例，在不足200m的范圍內，就聚集著5條礦脈，也就意味著可能存在著5個潛在的采空區。具體的施工方案見圖1。

圖1 未塌落至地表采空區處治方案圖

（2）采空區在空間分布上呈無序狀態。由于開采 周期長、各礦脈品位差異，特別是經過無序的民采，除2號脈、15號支脈和10號脈得到有序開采外，其它各礦脈存留空區分布極不均勻、時斷時續，又沒有可查的技術資料，無法在地表完成精確勘察。

（3）采空區在空間上有良好的貫通性。據調查，整個機場建設范圍內下伏開挖巷道達2×104m之多，不排除其間上下左右相互貫通，如果采用常規注漿填充采空區，漿液在無約束條件下無序流動，難以保證漿液在限定范圍內有效擴散。

2 采空塌陷及伴生地裂縫的治理

（1）對現有塌陷坑坑底及周幫夯實，土體壓實度應大于90%。

（2）在挖方區，在坑內回填水泥穩定砂礫至設計標高；在填方區，在坑內回填三合土并壓實至設計標高。水泥穩定砂礫中水泥用量不小于8%，三合土的配比為土∶石灰∶水泥＝0.7∶0.25∶0.05。

（3）在塌陷坑范圍內按3m×3m的網度施作向下鉆孔，孔深以穿過塌陷空區并進入基巖深度1m為準，并預埋注漿管，注漿管直徑為50mm，長度同孔深。

（4）注漿采用二次注漿的方法。首先，利用鉆孔進行一次注漿；在漿液初凝前即一次注漿20～30h內利用預埋注漿管進行二次注漿，以對塌陷坑頂部塌落體進行加固。

（5）二次注漿壓力采用1～1.5MPa。（6）注漿結石體的強度不小于3MPa。（7）填方區在填方前進行處治，挖方區在開挖至跑道底面高程后進行處治。具體的施工方案見圖2。

3 廢棄礦井和平巷治理

（1）在治理范圍內，存在較多廢棄礦井和平巷形成的局部采空區。此類采空區的治理原則是：

①當平巷頂面高程在0m以下時，平巷不做治理，僅需治理豎井；

②當平巷頂面高程在0m以上時，則采用回填廢石及注漿方式充填平巷和豎井。對于只有豎井無平巷的空區，治理方法相同。

（2）對于未知平巷位置的局部采空區處治方法如圖3所示，施工要點為：

①在豎井范圍內預設1根直徑為50mm注漿鋼管，注漿管長度等于豎井深度但最長不超過40m；

②對于挖方區用廢石將豎井充填至跑道底面高程，填方區充填至地表；

③在廢石充填完成后，利用井口和注漿鋼管進行注漿處治；

④注漿結石體強度不小于3MPa；

⑤如果廢棄礦井周邊明確存在局部采空區，且空區位于重要結構物下部，則在空區范圍內按5m×5m布設注漿孔進行注漿。

（3）對于已知平巷位置的局部采空區處治方法如圖4所示，施工要點為：

①在豎井范圍內預設1根直徑為50mm一次注漿鋼管，注漿管長度至平巷底面標高；

②對于挖方區用廢石將豎井充填至跑道高程，填方區充填至地表；

③以平巷長度大于或小于10m作為該類空區的處治判據，分別采取以下2種方案進行處治：

a.當平巷長度小于10m時，在廢石充填完成后，利用井口和預埋一次注漿鋼管進行注漿處治；

b.當平巷長度大于10m，且在處治范圍以內，在平巷上方施工直徑150mm的注漿鉆孔，預設1根直徑為50mm二次注漿管，注漿管長度同一次注漿管，二次注漿管按1m間距布置4個對稱的出漿孔，管下端口及出漿孔均以塑料膠帶纏繞，在原廢棄豎井一次注漿完成后，利用注漿鉆孔（孔徑150mm）及預設注漿管進行二次注漿；

④如果空區位于跑道道面或重要結構物下方，以上空區處治判據調整為平巷長度大于或小于5m；

⑤如果廢棄礦井周邊明確存在局部采空區，且空區位于重要結構物下部，則在空區范圍內按5m×5m布設注漿孔進行注漿；

⑥注漿結石體強度不小于3MPa。

圖3 平巷位置未知的條件下廢棄礦井和平巷處治方案圖

圖4 平巷位置已知下廢棄礦井和平巷治理施工圖

4 雙液漿注漿施工

雙液注漿的范圍為從機場跑道邊線外延20m，即總寬度85m的范圍內、下伏40m以上的空區處治。采用了水泥—水玻璃漿液，亦稱CS漿液（C代表水泥，S代表水玻璃），簡稱雙液漿，此種漿液是以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定的比例采用雙液方式注入。

（1）注漿壓力：單孔注漿壓力如果達到3.0MPa，無論注漿量為多少，均視為終孔。

（2）注漿量控制：地面冒漿。

（3）所注漿液為水泥—水玻璃雙液漿，漿液注入后將在360s內初凝，最大擴散范圍在30m之內。

（4）根據采空區的賦存情況，對采空區進行區段劃分，分別預估了各個區段可能的最大注漿設定量，應按此設定量進行注漿控制：設定量為能夠注入的漿量最大值。

（5）如果注入量超過此值，而又沒有起壓（達到3.0MPa的標準），說明注漿施工未能達到設計要求，漿液已經擴散到設計范圍之外，應繼續注漿，直至達到起壓標準（原則上，超出設計部分的注入量不能計量）。注漿壓力達到3.0MPa，注漿量即為此孔的最終注入量。

（6）由于雙液漿造價高于水泥尾礦砂漿，在可能的情況下，應盡量用廢石填滿空區，最大限度地減少注漿量。各探到空區的探孔，應根據礦脈的走向和傾角，先從空區的頂部進行充填治理，后充填空區的底部，填充順序見圖5。

圖5 填充順序圖

（7）注漿施工治理完成以后，由設計單位對機場跑道范圍內治理效果進行地質雷達探測驗證，測線下方雷達波反射圖像亦呈現均勻、無明顯電磁特性突變介質、界面及異常反射體的特征，表明所治理空區已經充填密實，達到了預期效果。認為本次空區加固治理總體達到了設計質量合格要求。

通過本工程的實施，有效地解決了建設場區范圍內未充填廢棄豎井、采礦巷道和采空區造成地面塌陷、地裂縫的危害，消除了存在嚴重的安全隱患。實施礦山地質環境的治理恢復，從而有效地保護了機場生產設施，為當地經濟發展提供了良好的地質環境。具有典型的示范性和代表意義，不但為周邊地區地質環境治理積累了寶貴的經驗，也為國內外有類似地質條件下的機場的環境治理提供了借鑒。