某建筑小區(qū)多層采空區(qū)場(chǎng)地治理工藝研究

張立合

摘要：住宅小區(qū)多層采空區(qū)場(chǎng)地的綜合治理是比較關(guān)鍵的前提條件，也是當(dāng)前研究重點(diǎn)內(nèi)容，本文就重點(diǎn)以藍(lán)庭國際小區(qū)為例，首先分析了該區(qū)域多層采空區(qū)的場(chǎng)地特點(diǎn)，然后又依據(jù)相應(yīng)特點(diǎn)探討了如何進(jìn)行治理，希望相關(guān)治理工藝能夠具備參考借鑒作用。

關(guān)鍵詞：多層采空區(qū)；特點(diǎn)；治理工藝

一、徐州市藍(lán)庭國際小區(qū)為賈汪區(qū)棚戶區(qū)改造重點(diǎn)工程，建設(shè)場(chǎng)地位于小煤礦開采的多層老采空區(qū)上，也是涉煤城市廢棄采空區(qū)場(chǎng)地再利用示范工程。通過對(duì)該工程的治理工藝的研究，對(duì)完善廢棄多層采空區(qū)場(chǎng)地治理方法做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)，治理成果具有重要的實(shí)踐意義和參考價(jià)值。

（一）工程概況

藍(lán)庭國際小區(qū)位于徐州市賈汪區(qū)，賈汪是因煤而生的城鎮(zhèn)，煤礦絕大部分已經(jīng)關(guān)閉，大部分土地位于采空區(qū)上方，廢棄采空區(qū)土地再利用顯得尤為重要，該小區(qū)為賈汪區(qū)棚戶區(qū)改造重點(diǎn)工程，建設(shè)場(chǎng)地位于小煤礦開采的多層老采空區(qū)上，也是涉煤城市廢棄采空區(qū)場(chǎng)地再利用示范工程。

（二）多層采空區(qū)特征

賈汪地層屬“華北地層魯西分區(qū)徐宿小區(qū)”，但發(fā)育不全，上元古界青白口系土門群系區(qū)內(nèi)分布的最老地層，其上為震旦系城山組～魏集組，古生界寒武系、奧陶系中下統(tǒng)、石炭系中上統(tǒng)和二迭系及新生界第四系中上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。

擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)下伏的基巖地層為石炭系上統(tǒng)太原組，巖性以灰?guī)r、砂巖、頁巖、砂頁巖夾煤層為主，多被第四系所覆蓋。

研究區(qū)位于泉東二井井田范圍內(nèi)，含煤地層為石炭系太原組，F(xiàn)21斷層（礦井編號(hào)韓1斷層）以西整體上為一單斜構(gòu)造，巖層走向近SN向，傾向W、WN，傾角15-20°左右。

對(duì)擬建場(chǎng)地有影響需要處理的采空區(qū)主要為泉東二井的17、20、21煤3層，各含煤地層的特征為：

17煤：為主采煤層，層位穩(wěn)定，分布普遍，頂板為頁巖，底板為砂頁巖。擬建場(chǎng)地內(nèi)17煤埋深約10～64m，煤層厚度約0.40～0.75m，場(chǎng)地內(nèi)17煤采空區(qū)的開采深度約20～57m。

20煤：為主采煤層，層位穩(wěn)定，分布普遍，煤層頂板為石灰?guī)r，煤層底板為砂巖。擬建場(chǎng)地內(nèi)20煤埋深約10～80m，煤層厚度約0.40～0.75m，場(chǎng)地內(nèi)20煤采空區(qū)的開采深度約28～70m。

21煤：為局部開采煤層，層位穩(wěn)定，分布普遍，煤層頂板為石灰?guī)r，煤層底板為砂質(zhì)頁巖。擬建場(chǎng)地內(nèi)21煤埋深約10～105m，煤層厚度0.20～0.75m，場(chǎng)地內(nèi)21煤采空區(qū)的開采深度約20～105m。

二、該場(chǎng)地多層采空區(qū)治理方法

結(jié)合該工程特征，綜合比較后，采用灌注充填治理方案，即向采空區(qū)注入水泥粉煤灰漿液，充填采空區(qū)內(nèi)的空洞和裂隙。

（一）注漿工藝

目前國內(nèi)外類似工程，在多層采空區(qū)注漿充填治理中，大多采用孔口封閉一次全灌注注漿工藝，其注漿流程如圖1所示。

由于孔口封閉一次全灌注注漿工藝雖然在單層采空區(qū)治理中有著很好的治理效果，但在多層采空區(qū)的治理應(yīng)用中，受多層采空區(qū)之間連通狀況等因素的影響，很難保證對(duì)每一層采空區(qū)的治理效果。

本研究為保證多層采空區(qū)的注漿充填效果，采用從上層到下層，分層鉆孔、分層注漿的施工工藝，其注漿充填流程如圖2所示。

（二）止?jié){裝置選擇

目前常用的效果良好的止?jié){裝置多為止?jié){塞，止?jié){塞是在靜壓注漿中，實(shí)現(xiàn)分段注漿，合理使用注漿壓力和有效控制漿液分布范圍，保證注漿質(zhì)量的重要設(shè)備。它在注漿孔中的安設(shè)位置，應(yīng)選擇在孔壁圍巖穩(wěn)定、巖性完整、無縱向裂隙和孔徑規(guī)則的孔段。目前常用的止?jié){塞主要有機(jī)械式、水力膨脹式兩種。

在機(jī)械式止?jié){塞中，最為成熟、常用的為卡瓦式（KWS型）止?jié){塞。

水力膨脹式止?jié){塞是借助于密封元件內(nèi)的高壓水來實(shí)現(xiàn)密封元件膨脹的，因此，它不需要支點(diǎn)，能在注漿孔的任意深度內(nèi)實(shí)現(xiàn)多次封隔止?jié){，是一種新型結(jié)構(gòu)的止?jié){塞。

由于KWS型止?jié){塞相比于水力膨脹式止?jié){塞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工制作，而且操作方便，使用靈活，結(jié)合本研究多層采空區(qū)的現(xiàn)狀，本研究選用KWS型止?jié){塞作為止?jié){裝置。

三、質(zhì)量檢測(cè)

在治理施工結(jié)束3個(gè)月后，對(duì)該工程進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)采用鉆探取芯、波速測(cè)試、鉆孔成像等多種方法對(duì)場(chǎng)地注漿效果進(jìn)行綜合檢測(cè)，不同檢測(cè)方法依據(jù)不同原理，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相互驗(yàn)證，可更準(zhǔn)確的反映注漿效果。根據(jù)各檢測(cè)方法成果資料，結(jié)合場(chǎng)地具體情況綜合分析，得出以下結(jié)論：

（一）檢測(cè)孔施工時(shí)，各采空區(qū)注漿段及巖石裂隙可見水泥-粉煤灰體，鉆進(jìn)過程中未見掉鉆及嚴(yán)重漏水現(xiàn)象，說明注漿對(duì)巖石裂隙及采空區(qū)空洞充填密實(shí)，充填效果較好，達(dá)到了本研究設(shè)計(jì)要求。

（二）根據(jù)剪切波速實(shí)測(cè)結(jié)果，采空區(qū)影響范圍內(nèi)基巖段波速值一般多在800-1500m/s左右，注漿結(jié)石體的波速值一般在400-500m/s左右，大于設(shè)計(jì)要求的不小于300m/s，滿足本研究設(shè)計(jì)要求。

（三）對(duì)檢測(cè)孔進(jìn)行鉆孔成像結(jié)果表明，漿液對(duì)裂隙及空洞的充填率較高，大于95%，未見明顯的大空洞存在，注漿對(duì)裂隙充填效果明顯，滿足本設(shè)計(jì)要求。

（四）根據(jù)檢測(cè)結(jié)果綜合分析，研究區(qū)藍(lán)庭國際小區(qū)建筑場(chǎng)地檢測(cè)范圍內(nèi)17、20、21煤采空區(qū)注漿充填治理工程的工程質(zhì)量達(dá)到了研究設(shè)計(jì)要求，滿足場(chǎng)地穩(wěn)定性要求。

四、結(jié)語：

藍(lán)庭國際小區(qū)場(chǎng)地位于多層老采空區(qū)之上，通過灌注充填法，采用從上到下采空區(qū)分層鉆孔、分層注漿工藝施工，對(duì)場(chǎng)地的治理達(dá)到了預(yù)期的效果，對(duì)類似多層采空區(qū)治理工程有重要的借鑒和參考作用。