煤礦采空區注漿工程質量檢測的試驗研究

（山西省地質勘查局二一二地質隊，山西 長治 046000）

一、工程概況

晉城某住宅小區項目建設場地位于晉城市城區書院街北部，澤州北路西部，隸屬晉城市城區北街辦事處，交通便利。

根據收集到的勘察報告，本場地受后河煤礦及村民私挖亂采的開采影響，導致勘察區下伏3#煤層存在采空區，9#、15#煤層未開采。3#煤層采空區具有埋深淺、采深采厚比小的特點，預測擬建工程建設容易遭受已有采空區誘發地面塌陷、地裂縫等地質災害可能性較大，可造成塌陷并伴生地裂縫、管線開裂等危害，故需對3#煤層采空及其影響區進行治理。經過對3#煤層采空區治理并檢測合格后，本場地方可進行工程建設。

二、采空區檢測的目的和任務

（一）本次檢測的主要目的是查明晉城某住宅小區項目建設用地范圍內下伏3#煤采空區治理的效果。

（二）本次采空區檢測的主要任務是：

1.通過鉆探驗證查看建設用地范圍內3#煤采空區治理的效果，并對水泥、粉煤灰結石體取樣進行室內單軸抗壓試驗，檢測結石體無側限抗壓強度是否滿足《設計》中巖芯無側限抗壓強度≥2MPa 的要求。

2.通過鉆探驗證查看建設用地范圍內3#煤采空區治理充填率是否大于85%。

3.通過物探方法中的橫波波速測試，查看水泥、粉煤灰結石體的橫波Vsm 是否滿足《設計》中橫波波速應≥350m/s 的要求。

4.對檢測形成的鉆孔進行壓漿試驗，水固比宜采用1:1.2。注漿結束條件為單位時間注入孔內漿量小于50L/min，注漿持續時間15～20 分鐘，終孔壓力2～3Mpa。注入漿量若小于處治施工時單孔平均注入量的5%，認為采空區處治已達到設計要求。

三、物探檢測

（一）波速測試原理

由于各土層的沉積年代不同，其土質顆粒度、孔隙度及密度等物理力學性質存在差異，彈性波在各地層中的傳播速度有所不同，彈性波的傳播實質是應力在介質中的傳播，其特性取決于介質的受力狀態和傳播介質的物理力學性質。

（二）測試儀器

本次測試儀器采用吉林大學工程技術研究所生產的SE2404EI 型地震儀及其專門處理軟件GeoVel6 進行數據的采集和處理；剪切波速傳感器為三分量速度型檢波器。

（三）測試方法

本次波速測試采用單孔檢層法，在鉆孔內進行，即鉆探終孔后將三分量檢波器放入孔內，距孔口2m 處放置一0.2×0.3×2.3m 枕木，其上壓大于500kg 的重物，然后用20 磅大錘水平敲擊木板兩端使其產生剪切波，經三分量檢波器檢取振動信號再經放大器放大后，由微型計算機記錄并儲存實測波形曲線。每1m 一個測點，每個測點左右各測一次，由孔底至孔口順測。

（四）資料整理及測試成果

本次檢測共完成橫波波速測試孔26 個，測試深度共計1585.60m。對采集的數據使用波速測試處理軟件GeoVel6 進行分析整理，得到時間深度曲線和速度深度曲線。按時距曲線的線性程度劃分速度段，根據曲線斜率計算每段的平均速度，由計算公式分析計算分段波速。

綜合分析，由于26 個檢測孔中僅在JC7、JC11、JC12、JC16 孔中發現有漿液結石體，且其中包裹有少量煤屑等碎屑，JC3、JC4、JC9、JC10 孔為冒落孔，見漿液、煤屑與砂巖的混合物，因此，受注層的波速值測試結果波速均大于350m/s。

（五）壓漿試驗

1.技術要求。執行技術方案如下：

(1)壓漿材料由水、水泥、粉煤灰組成；

(2)壓漿漿液配合比采用水固比為1:1.2。

(3)配制漿液時，先往一級攪池中放入標準量的水，水泥、粉煤灰準確計量后放入一級攪拌池中攪拌，然后經過濾網注入二級攪拌池攪拌。每次攪拌時間不得低于10 分鐘，待漿液攪拌均勻后，通過壓漿泵注入檢測段。

(4)壓漿及間歇壓漿前宜用清水洗孔，壓水時間不得小于5 分鐘。

(5)在壓漿孔的壓漿末期，泵壓逐漸升高，當泵量小于50L/min 時、孔口管壓力在2.0MPa 以上穩定15 分鐘后，或壓漿孔周圍有冒漿等現象出現時，可結束該孔的壓漿試驗施工。

2.壓漿試驗情況。本次采空區檢測共對26 個檢測孔進行壓漿試驗，從2018 年8 月11 日至8 月13 日和2019 年3 月15 日至3 月18 日，歷時7 天，共壓漿74.2m3。

綜合統計，場地壓漿試驗單孔平均注漿量為2.85m3，場地注漿施工單孔平均注漿量為95.36m3，壓漿試驗比為0.030，可以說明整個場地注漿實際充填系數滿足要求。

四、采空區治理效果綜合評價

本建設用地下伏采空區為小窖房柱式開采形成的采空區，本次檢測未見掉鉆等不良現象；在經過注漿治理的建設場地中施工的26 個檢測孔中，部分檢測孔存在少量漏水情況外，其余（占所施工檢測孔的35%）檢測孔全孔返水；場地壓漿試驗單孔平均注漿量為2.85m3，場地注漿施工單孔平均注漿量為95.36m3，壓漿試驗比為0.030，可以說明整個場地注漿實際充填系數滿足要求，說明其3 號煤層以上裂隙采空區充填效果良好，其符合《設計》中充填率≥90%要求。

綜上所述，綜合判定本次采空區治理符合設計要求，其治理質量等級為“合格”。

五、結論

1.3號煤層以上裂隙及3 號煤采空區充填效果良好；

2.水泥、粉煤灰結石體試塊，抗壓強度值在2.8～3.5Mpa 之間，符合《設計》要求。

3.本建設用地下伏采空區為小窖房柱式開采形成的采空區，本次檢測未見掉鉆等不良現象，場地壓漿試驗單孔平均注漿量為2.85m3，場地注漿施工單孔平均注漿量為95.36m3，壓漿試驗比為0.030，可以說明整個場地注漿實際充填系數滿足要求，說明其3號煤層以上裂隙采空區充填效果良好，單位壓漿量分別在10～31.25L/min 之間，符合《設計》要求。

4.3號煤采空區治理段的波速在368.41～686.55m/s 之間，符合《設計》要求。判定其采空區治理工程質量合格。