地面建筑物采空區的勘探及治理

王 寧

(兗礦新疆礦業有限公司硫磺溝煤礦，新疆 昌吉 831100)

利用地球物理勘探，采用地空協同時頻域電磁探測方法[1]，根據地下空洞特征、現場地形條件及擬建工程情況，通過分析收集的資料和工程地質調查初步結果，根據物探結合鉆探相互印證方法，確定地下空洞的特征和范圍，從技術角度分析了采空區勘探及治理經驗及做法[2]，提出了操作性較強的治理方案。

擬建場地受采空區影響，地基整體性、穩定性和抗變形性能不足。通過對治理方案的設計和優化，針對煤場重點區域進行重點治理，通過注漿，對地基穩定性影響較大的巖土體空洞、裂縫進行充填，發揮固結作用，以改善巖體結構的力學強度和抗變形能力，提高地基的整體性和穩定性[3]，以滿足建設工程施工需要。

1 勘察成果

1.1 物探成果

高阻異常包括空洞、巷道、采空區及異常高阻巖體，低阻異常包括水、金屬及異常低阻巖體。通過對原始數據的處理得出了各條測線時域瞬變電磁法電阻率反演斷面圖(圖1)，結合鉆孔資料及搜集到的原礦區資料，對勘探成果進行了分析(表1)。

圖1 綜合電阻率成果圖Fig.1 Comprehensive resistivity results

表1 物探異常區成果表Tab.1 Results of geophysical anomaly area

2.2 鉆探成果

2019年，采空區專項勘察共完成22個鉆孔，鉆探工程量4 621.19 m，其中10個鉆孔中均揭露4～5煤、9～15煤有掉鉆現象，掉鉆深度123.3～195.0 m，掉鉆0.4～4.0 m。其他12個鉆孔內4～5煤、9～15煤層均完整，未揭露空洞。選取擬建工程區域內鉆孔，介紹揭露情況如下：

表2 鉆孔成果一覽表Tab.2 List of drilling results

2.3 采動影響區范圍

鉆孔CK06-CK11均揭露采動影響區。鉆孔CK06-CK11控制范圍即為確定的采動影響A區范圍(圖2)，鉆孔CK01、CK02、CK03、BCK01、BCK02、BCK03、BCK04控制范圍為采動影響B區。圖2中，紅色橢圓范圍A區、B區為確定的采動影響區范圍。

圖2 采動影響區A、B區范圍示意圖Fig.2 Schematic diagram of the scope of mining influence zone A and B

1.4 場地穩定性及工程建設適宜性評價

通過停采時間、地表移動變形特征等對勘察區擬建工業場地范圍內場地穩定性進行綜合評價，結合以上各種評價結果，綜合判斷。擬建工業場地范圍內采動影響A區場地穩定性等級為基本穩定，采動影響B區場地穩定性等級為基本穩定。

根據定性及工作量分析、結合其他工程特征綜合判斷：擬建工業場地范圍內采動影響A區工程建設適宜性評價分級為基本適宜；擬建工業場地范圍內采動影響B區工程建設適宜性評價分級為基本適宜。

2 工程設計

編制了煤場及配套設施場地下采空區治理工程施工設計，設計中鉆孔分4排布置，共計40個鉆孔，治理區域為條形儲煤場、汽車快裝站及皮帶走廊，設計鉆探工程量7 357 m，注漿工程量6 000方。

3.1 鉆探工程

以采空區影響范圍為重點治理位置，各布置1個鉆孔，共計3個鉆孔。以受煤坑為中心，半徑20 m處，平行、垂直煤場中軸線方向各布置2個鉆孔，共計12個鉆孔。此外，在條形儲煤場混凝土墻基礎位置各布置2個鉆孔，煤場上邊界內部布置2個鉆孔，共計6個鉆孔，合計21個鉆孔。鉆孔設計終孔深度為采空區或老巷道底板以下1～2 m；若鉆孔未揭露采空區或老巷道，則鉆進至9～15煤層底板下1～2 m。開孔直徑不小于130 mm。穿透第四系進入基巖穩定地段1.0～2.0 m后，下入φ127mm套管，套管內徑110 mm，并用水泥漿液封閉套管與地層之間的間隙。換用φ110 mm口徑鉆頭繼續鉆進，直至設計孔深。

圖3 煤場區域注漿孔平面布置圖Fig.3 Coal yard area grouting hole layout

圖4 鉆孔設計結構圖Fig.4 Structural drawing of drilling design

3.2 注漿工程

注漿加固按分序加密的原則，采用分段純壓式注漿法[4]。即每個注漿孔，如能夠一次成孔，自下而上分段純壓式注漿施工，按注入率為70～100 L/min的泵量控制，當孔口注漿壓力達到設計壓力時，注漿孔維持10 min，結束該段注漿，上提栓塞50 m左右，進行封閉注漿。依次逐段往上循環作業，直至孔口段注漿。注入率控制為70～100 L/min，各注漿段的孔口注漿壓力達到設計壓力并維持10 min，結束該段注漿。距注漿孔口10.0 m范圍冒漿，結束注漿。注入率控制為70～100 L/min，當注漿段的孔口注漿壓力陡升，超過設計壓力值后，難以維持穩定、繼續上升，可直接結束該段注漿。

4 效果評價

本工程于2020年6月11日開工，9月20日野外工程全部完成，共施工鉆孔22個(掉鉆鉆孔9個，漏漿鉆孔12個，實體鉆孔1個)，總工程量3 992.16 m。根據鉆孔勘探情況，按照設計要求，分別對鉆孔進行了注漿、投料工作，共鉆孔注漿6 436方(11 247.261 t)，投料462方(785.4 t)。工程施工的所有鉆孔注漿壓力均達到設計壓力，施工工序、施工工藝均符合設計要求。通過對治理區域的采空區、巷道、裂隙的充填和固結，提高了場地地基的整體性和穩定性，治理場地穩定性等級為穩定，場地可作為擬建工業場地進行建設。

5 結語

后期計劃在擬建工業場地采空區范圍內建立地表沉降監測站[5]，定期進行監測，形成完整的地面沉降監測體系，以便監測采空區地表及建筑物下沉情況，根據變形程度采取措施并及時治理。