煤礦采空區(qū)注漿工程質(zhì)量檢測的試驗研究

（山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊，山西 長治 046000）

一、工程概況

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

根據(jù)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(dǎo)致勘察區(qū)下伏3#煤層存在采空區(qū)，9#、15#煤層未開采。3#煤層采空區(qū)具有埋深淺、采深采厚比小的特點，預(yù)測擬建工程建設(shè)容易遭受已有采空區(qū)誘發(fā)地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)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(qū)進行治理。經(jīng)過對3#煤層采空區(qū)治理并檢測合格后，本場地方可進行工程建設(shè)。

二、采空區(qū)檢測的目的和任務(wù)

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

（二）本次采空區(qū)檢測的主要任務(wù)是：

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

2.通過鉆探驗證查看建設(shè)用地范圍內(nèi)3#煤采空區(qū)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(jié)石體的橫波Vsm 是否滿足《設(shè)計》中橫波波速應(yīng)≥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(jié)束條件為單位時間注入孔內(nèi)漿量小于50L/min，注漿持續(xù)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(qū)處治已達到設(shè)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(zhì)顆粒度、孔隙度及密度等物理力學(xué)性質(zhì)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(zhì)是應(yīng)力在介質(zhì)中的傳播，其特性取決于介質(zhì)的受力狀態(tài)和傳播介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)。

（二）測試儀器

本次測試儀器采用吉林大學(xué)工程技術(shù)研究所生產(chǎn)的SE2404EI 型地震儀及其專門處理軟件GeoVel6 進行數(shù)據(jù)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(nèi)進行，即鉆探終孔后將三分量檢波器放入孔內(nèi)，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(chǎn)生剪切波，經(jīng)三分量檢波器檢取振動信號再經(jīng)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(shù)據(jù)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(jù)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(fā)現(xiàn)有漿液結(jié)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(jié)果波速均大于350m/s。

（五）壓漿試驗

1.技術(shù)要求。執(zhí)行技術(shù)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(jīng)過濾網(wǎng)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(wěn)定15 分鐘后，或壓漿孔周圍有冒漿等現(xiàn)象出現(xiàn)時，可結(jié)束該孔的壓漿試驗施工。

2.壓漿試驗情況。本次采空區(qū)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(tǒng)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(shù)滿足要求。

四、采空區(qū)治理效果綜合評價

本建設(shè)用地下伏采空區(qū)為小窖房柱式開采形成的采空區(qū)，本次檢測未見掉鉆等不良現(xiàn)象；在經(jīng)過注漿治理的建設(shè)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(shù)滿足要求，說明其3 號煤層以上裂隙采空區(qū)充填效果良好，其符合《設(shè)計》中充填率≥90%要求。

綜上所述，綜合判定本次采空區(qū)治理符合設(shè)計要求，其治理質(zhì)量等級為“合格”。

五、結(jié)論

1.3號煤層以上裂隙及3 號煤采空區(qū)充填效果良好；

2.水泥、粉煤灰結(jié)石體試塊，抗壓強度值在2.8～3.5Mpa 之間，符合《設(shè)計》要求。

3.本建設(shè)用地下伏采空區(qū)為小窖房柱式開采形成的采空區(qū)，本次檢測未見掉鉆等不良現(xiàn)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(shù)滿足要求，說明其3號煤層以上裂隙采空區(qū)充填效果良好，單位壓漿量分別在10～31.25L/min 之間，符合《設(shè)計》要求。

4.3號煤采空區(qū)治理段的波速在368.41～686.55m/s 之間，符合《設(shè)計》要求。判定其采空區(qū)治理工程質(zhì)量合格。