馬秋紅

(山西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012)

0 引言

隨著我國公路建設(shè)的不斷發(fā)展，經(jīng)常會遇到各種復(fù)雜的地層條件，尤其是煤礦采空區(qū)嚴(yán)重制約著公路工程的建設(shè)。小窯采空區(qū)因受人為因素干擾較大，一般開采巷道很不規(guī)則，開采時(shí)間久遠(yuǎn)，勘察難度很大，對公路工程產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。本文以山西某公路小窯采空區(qū)為例，詳細(xì)論述了小窯采空區(qū)的處治設(shè)計(jì)方案。

1 概述

山西某公路小窯采空區(qū)位于山西省北部擬建公路K4+445～K4+820段，為林家口煤礦小窯采空區(qū)，工程類型為路基。

根據(jù)收集采空區(qū)相關(guān)資料及野外地質(zhì)調(diào)查，該煤礦為房柱式開采，開采時(shí)間為1987年～1989年，開采9號煤層，回采率約35%，地表曾出現(xiàn)塌陷坑和裂縫。采用瞬變電磁法進(jìn)行勘探，該區(qū)域表現(xiàn)為高阻異常區(qū)，在異常區(qū)內(nèi)布設(shè)鉆孔，發(fā)生掉鉆現(xiàn)象，從而進(jìn)一步驗(yàn)證采空區(qū)的存在。

該采空區(qū)平均采厚為6.5 m，設(shè)計(jì)標(biāo)高下采深采厚比為6.3～12，上部為中硬覆巖，根據(jù)其采深采厚比評價(jià)場地穩(wěn)定性，為不穩(wěn)定，因此須進(jìn)行處治。

根據(jù)采空區(qū)特征，采用全充填壓力注漿法來處治煤礦采空區(qū)，注漿采用水泥粉煤灰漿。

采空區(qū)處治范圍包括采空區(qū)處治長度和采空區(qū)處治寬度。處治長度是以采空塌陷區(qū)邊界為起點(diǎn)所確定的長度，處治寬度為圍護(hù)邊帶外側(cè)向兩側(cè)按巖體擴(kuò)散角考慮所確定的邊界寬度。

2 處治工程設(shè)計(jì)

2.1 注漿孔設(shè)計(jì)

采空區(qū)注漿孔設(shè)計(jì)深度為地表至采空區(qū)底板下1 m，平面按帷幕注漿孔和注漿孔分別布設(shè)。

1)帷幕注漿孔布設(shè)。帷幕注漿孔為公路中心線兩側(cè)最邊緣一排孔，孔距為10 m。

2)注漿孔布設(shè)。注漿孔先沿公路中心線布設(shè)，孔距15 m，其次為路線兩側(cè)至帷幕孔區(qū)域，梅花形布設(shè)，排距和孔距均為15 m。其中兩側(cè)靠近帷幕孔區(qū)域各有一排注漿孔，孔距為20 m。

2.2 漿液配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，注漿材料采用水泥漿和水泥粉煤灰漿。

水泥粉煤灰漿液水固比1∶1～1∶1.5，水泥占固相的20%，粉煤灰占固相的80%。

帷幕孔根據(jù)具體情況，采用較稠的漿液或在漿液中摻加水泥重量的2%速凝劑，使注入采空區(qū)的漿液盡快凝固，以形成帷幕，防止?jié){液流失。路基工程處治標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)對比見表1。

表1 工程處治標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)對比

2.3 采空區(qū)注漿量設(shè)計(jì)

根據(jù)勘察結(jié)果，計(jì)算采空區(qū)剩余空洞體積為24 189 m3，漿液結(jié)石率按82%計(jì)算，路基下漿液對采空區(qū)及上覆巖層中的裂隙的充填率為90%，注漿量按公式:

其中，A為漿液損耗系數(shù)，取值1.1;ΔV為采空區(qū)剩余空隙體積，m3;η為漿液充填率，取值0.90;c為漿液結(jié)石率，取值82%;根據(jù)以上公式，計(jì)算注漿總量為29 204 m3。

2.4 工程量

1)帷幕注漿孔71個(gè)，注漿孔93個(gè)，鉆孔總數(shù)164個(gè)，鉆探總進(jìn)尺11 978 m;2)澆筑注漿管:水泥漿澆筑體積11.48 m3，注漿管長度2 945 m;3)注漿總量:29 204 m3;4)漿液材料:水為18 720 t，水泥 4 497 t，粉煤灰17 960 t，速凝劑 39 t，砂或石屑500 m3;5)檢查孔2個(gè)，總深度150 m;6)波速測井法測點(diǎn)150個(gè)。

2.5 注漿材料及其質(zhì)量要求

本設(shè)計(jì)文件中所規(guī)定的注漿材料由水、水泥、粉煤灰、速凝劑、砂或石屑組成。

施工拌制用水符合《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》。

水泥為符合國家標(biāo)準(zhǔn)的32.5號硅酸鹽水泥或具抗腐蝕性的同標(biāo)號其他水泥，采用汽車運(yùn)輸，運(yùn)距15 km。

速凝劑可選用水玻璃等。

石屑或砂參照有關(guān)規(guī)定。

2.6 臨時(shí)設(shè)施

1)平整場地2 460 m2。2)攪拌池3個(gè)，每個(gè)4 m3。3)臨時(shí)占地32畝。4)便道2 km。5)水池2個(gè)。

3 工藝設(shè)計(jì)

本工程施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖

4 采空區(qū)處治過程監(jiān)測及處治效果檢測

4.1 施工過程中的工程質(zhì)量監(jiān)測

施工技術(shù)人員必須掌握采空區(qū)處治工程的目的、加固原理、技術(shù)要求和質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)等。施工中應(yīng)有專人負(fù)責(zé)質(zhì)量控制，并做好施工記錄。

施工單位的自檢。原材料檢驗(yàn)，包括水泥、粉煤灰、砂的檢驗(yàn)，原材料的出廠檢驗(yàn)單、每批量的檢驗(yàn)等。每班對漿液配合比、漿液參數(shù)如結(jié)石率、粘度進(jìn)行測試和試塊制作。

監(jiān)理單位進(jìn)行全方位的監(jiān)督和管理，不定期進(jìn)行抽檢，對原材料用量、漿液各種指標(biāo)和工藝等進(jìn)行控制和管理。

業(yè)主進(jìn)行檢查和現(xiàn)場指導(dǎo)。檢查施工單位是否嚴(yán)格按設(shè)計(jì)文件進(jìn)行施工，對嚴(yán)重不符合設(shè)計(jì)或?qū)こ檀嬖谖：Φ氖┕し椒ㄟM(jìn)行制止或下停工令，并對施工單位進(jìn)行整改，加大管理力度。

4.2 施工結(jié)束后處治效果檢測

采空區(qū)處治結(jié)束6個(gè)月后，采用鉆孔取芯和孔內(nèi)波速測井法進(jìn)行采空區(qū)處治效果檢驗(yàn)、評價(jià)。公路主體工程(路基)應(yīng)在采空區(qū)處治施工后，經(jīng)檢測認(rèn)為施工質(zhì)量滿足要求后方可開工。檢查孔位置一是考慮布置在有代表性的采空區(qū)位置，二是在施工過程中出現(xiàn)異常情況的部位。檢查孔的分布數(shù)量視工程類型以及重要程度有所不同。路基采空區(qū)檢查孔數(shù)不小于處治注漿鉆孔數(shù)的2%。

1)鉆探檢測法。檢查孔深度為地表至采空區(qū)底板的深度，終孔直徑89 mm，全孔取芯。通過孔內(nèi)取芯直接觀察采空區(qū)的漿液充填情況，鉆孔的巖芯采取率應(yīng)大于90%。巖芯的完整程度、循環(huán)液的漏失量大小，采空區(qū)冒落裂隙帶漏失情況等，觀察并描述采空區(qū)冒落裂隙帶漿液結(jié)石體的充填程度、裂隙閉合情況等，觀察結(jié)石體的顏色，用錘擊結(jié)石體的聲音，手捏結(jié)石體的感覺，指甲或小刀是否能刻劃等物理性質(zhì)，并結(jié)合鉆探過程中循環(huán)液的漏失情況及孔壁的穩(wěn)定性等評價(jià)注漿質(zhì)量，對巖芯進(jìn)行編錄、拍照、保管和存檔。

2)物探檢測法。在鉆孔內(nèi)進(jìn)行孔內(nèi)波速測試，路基采空區(qū)處治后巖體橫波波速應(yīng)大于250 m/s。

在結(jié)石段取芯做強(qiáng)度試驗(yàn)，漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度不小于0.6 MPa。

5 結(jié)論與建議

公路主體工程(路基)應(yīng)在采空區(qū)處治施工后，經(jīng)檢測認(rèn)為施工質(zhì)量滿足要求后方可開工。

公路工程范圍內(nèi)，應(yīng)禁止一切采礦活動(dòng)，如在勘察設(shè)計(jì)以后發(fā)生新采或復(fù)采，應(yīng)對采空區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充勘察設(shè)計(jì)。

[1] 竇隨兵.山西煤礦采空區(qū)勘察與處治設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2006，32(1):114－115.

[2] 李景山.小煤窯采空區(qū)工程地質(zhì)勘察的幾點(diǎn)認(rèn)識[J].科技交流，2006(4):30－33.

[3] 孫忠弟.高等級公路下伏空洞勘探、危害程度評價(jià)及處治研究報(bào)告集[M].北京:科學(xué)出版社，2000.

[4] 劉佑弄.鐵路路基小煤窯采空區(qū)處理方法初探[J].山西建筑，2008，34(17):306－307.

[5] JTG/T D31－03－2011，采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則[S].