付小銅

(天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部，北京 100013)

1　營澇公路塌陷段概況

鷹手營子礦區(qū)營澇公路西梁塌陷段位于河北省承德市鷹手營子礦區(qū)東約3.5 km處，在350 m路面范圍內(nèi)有多達5處的路面裂縫組段，沉降走向與路面斜交約40°，裂縫組段寬度為5～8 m，公路南北護坡多處出現(xiàn)寬大裂縫，根據(jù)資料，營澇公路西梁段1999年出現(xiàn)了一次路面塌陷，2004年營澇公路又一次出現(xiàn)路面塌陷，給當?shù)厝嗣裆詈徒煌ㄟ\輸帶來巨大安全隱患。

2　采空區(qū)探測及結(jié)果分析

營澇公路西梁塌陷段周圍主要煤礦包括西梁煤礦、汪莊煤礦和東風煤礦。主采煤層為下二疊系4號煤層，3號煤層局部可采作為輔采煤層。根據(jù)資料顯示，從20世紀50年代到70年代，多個煤礦在該區(qū)域進行了多次重復(fù)的開采，形成了煤礦采空區(qū)。由于時間久遠，路面沉降較多，規(guī)律不易掌握，為了及時采取防治措施，防患未然，采用地球物理手段來查清地下煤礦采空區(qū)的分布情況[1-2]。

本次勘測采用瞬變電磁測深方法，使用IGGETEM-20瞬變電磁儀?？紤]到公路塌陷段施工空間狹小，因此沿路面布設(shè)測線，采用重疊回線裝置進行工作，點距5 m，分別用10 m×10 m線框和10 m×30 m線框進行觀測，點距5 m，兩條測線合計完成測點數(shù)142個。

物探成果如圖1所示。由圖1可知：Ⅰ號異常位于剖面70～90 m段，表現(xiàn)為高電阻率異常反映，視電阻率最大值大于80 Ω·m，深度60～90 m，規(guī)模較??；Ⅱ號異常位于剖面140～160 m段，表現(xiàn)為高電阻率異常反映，規(guī)模較大，145 m處為異常中心，160 m處為次異常中心，深度30～60 m；Ⅲ號異常位于190～210 m段，表現(xiàn)為高電阻率異常反映，與Ⅱ號異常相似，規(guī)模略小，異常中心在200 m處，深度40～60 m；Ⅶ號異常位于剖面270～310 m處，表現(xiàn)為高電阻率異常反映，視電阻率最大值大于80 Ω·m，深度40～60 m；Ⅷ號異常位于320～340 m處，表現(xiàn)為高電阻率異常反映，視電阻率最大值大于100 Ω·m，深度30～60 m。

圖1　電阻率異常分布圖

物探資料結(jié)合地質(zhì)采礦條件資料可知：Ⅰ號異常(坑一位置)下方存在4號煤層采空區(qū)；Ⅱ號異常(坑二位置)下方存在3號煤層和4號煤層采空區(qū)；Ⅲ號異常(坑三位置)下方存在3號煤層采空區(qū)；Ⅶ號異常(坑四位置)和Ⅷ號異常(坑五位置)下方存在3號煤層和4號煤層采空區(qū)分布，且4號煤層采空區(qū)分布面積較大。

3　注漿治理方案

對于煤礦采空區(qū)的治理，目前主要采取壓力注漿法來進行處理[3-7]。壓力注漿法是用人工的方法把具有充填、膠結(jié)性的材料注入到地層裂隙和空洞中，以加強其強度及密實性的施工方法。其處理原則：治理范圍由塌陷盆地向外再延長一定距離，寬度方向要考慮巖層的傾斜方向及保護要求；深度方向處理到采空區(qū)底部，一般開采多深處理多深，裂隙帶的處理深度要有深有淺，深淺結(jié)合。

根據(jù)煤礦采空區(qū)治理經(jīng)驗，營澇公路西梁塌陷段注漿孔按30～50 m間距布設(shè)，設(shè)計注漿孔共8個，平均孔深為120 m，在地面變形嚴重段適當加密。在注漿孔布置時考慮到營澇公路西梁塌陷段兩側(cè)高程比較大，無法布置注漿鉆孔，本次注漿鉆孔沿公路布置。注漿液為水泥粉煤灰漿，其水固比為1∶1.4～1∶1.0，水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%，根據(jù)鉆孔鉆進過程中的具體情況，在漿液中摻加水泥重量的2%速凝劑。

采空區(qū)剩余空隙體積為治理范圍內(nèi)的礦層體積乘以采出率，并扣除采空區(qū)因頂板垮落而已形成的變形。營澇公路西梁塌陷段采空區(qū)面積按照60%計算，煤層采空區(qū)剩余空隙率取50%，3號煤層煤厚按1.5 m取值，4號煤層厚按2.5 m取值，計算得空隙體積約為6 000 m3。注漿漿液的結(jié)石率按80%考慮，注漿充填體積為6 750 m3。

4　注漿治理效果

根據(jù)前述設(shè)計，該采空區(qū)治理工程共施工了8個注漿鉆孔。經(jīng)過近一個月的鉆探及注漿施工，累計鉆進989.12 m，累計注漿量為4 597.9 m3。各孔注漿情況統(tǒng)計見表1。通過各孔的實際注漿量可以發(fā)現(xiàn):塌陷段東側(cè)5號、6號、7號三個注漿孔單孔注漿量均較小，說明該段地下煤層開采不夠充分或上覆巖層垮落后大部分已被壓實，空區(qū)殘留空間較??；塌陷段西側(cè)的5個注漿孔中，除了最西側(cè)邊緣上的1號孔注漿量稍小一些，其他4個注漿孔注漿量均較大，該4個注漿孔總的注漿量達到該治理工程總注漿量的80%以上，這說明塌陷段西側(cè)地下煤層開采較為充分，采空區(qū)殘留空間較大。通過各注漿孔實際注漿情況與注漿方案中的預(yù)計注漿量的對比，說明采空區(qū)經(jīng)過治理后得到了比較好的充填。

表1　注漿孔情況統(tǒng)計表

5　建　議

通過該采空區(qū)注漿治理工程，營澇公路地基穩(wěn)定性得到了顯著提高，達到了注漿的預(yù)期目的，該治理段路面今后不會發(fā)生較大下沉，可保證公路的運行安全。同時為保證營澇公路西梁塌陷段公路采空區(qū)治理后，路面能保長期安全運行，提出以下建議。

1) 嚴格限制在治理范圍內(nèi)進行地下開采活動，以免造成治理后的采空區(qū)重新活化，影響公路運行安全。

2) 由于來往礦區(qū)的重型運煤車輛較多，建議在注漿治理工程結(jié)束后對路面進行加筋處理，并重新鋪設(shè)混凝土路面，同時對兩側(cè)的公路護坡進行維修。