楊運(yùn)林 賴樹欽 孫麗軍 李鵬程

（1.福建省地質(zhì)工程勘察院；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

20世紀(jì)90年代，我國礦產(chǎn)資源濫采現(xiàn)象普遍，采空區(qū)治理意識(shí)不強(qiáng)，給環(huán)境帶來不利影響的同時(shí)，也容易誘發(fā)地表塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，且對(duì)地表工程活動(dòng)構(gòu)成安全隱患［1-2］。因此，安全、有效地治理地下采空區(qū)是當(dāng)前行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問題［3-5］?，F(xiàn)有的采空區(qū)的治理方法大致可分為崩、充、撐、封等4類及簡單的聯(lián)合法［6］。其中，充填注漿法治理采空區(qū)是在地表打孔，向地下采空區(qū)輸送水泥漿（或水泥砂漿等），依靠膠結(jié)后的結(jié)石體強(qiáng)度來支撐上覆巖層，起到控制地表塌陷和沉降的作用，因具有施工簡單、安全性高、施工易于管理等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用。以龍巖市紫金山虎中煤礦地下采空區(qū)為工程背景，提出將勘探孔兼做注漿孔的“邊探邊治”空區(qū)治理方式，以確保治理后對(duì)地表的擾動(dòng)程度最小，將存在的安全隱患降到最小，同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)、合理、安全的綜合目標(biāo)。

1 工程概況

治理對(duì)象位于龍巖市新羅區(qū)紅坊鎮(zhèn)下洋村紫金山，該區(qū)地下遺留了巷道密布、錯(cuò)綜復(fù)雜的采空區(qū)，其中虎中煤礦占地1.49 km2，此外眾多小煤窯也存在無序開采情況，分布范圍極廣。經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，直至2008年初，開采煤炭總量約300萬t，開挖巷道及采空區(qū)標(biāo)高主要位于-200～465 m。紫金山虎中煤礦總規(guī)劃建設(shè)用地位于采空區(qū)地表，規(guī)劃總面積約2.34 km2。為順利完成建設(shè)目標(biāo)，對(duì)該場地地下采空區(qū)進(jìn)行治理。

2 采空區(qū)鉆孔布置方案

2.1 鉆探范圍劃分

根據(jù)地表劃分用地對(duì)采空區(qū)進(jìn)行探測：①對(duì)于非建筑區(qū)域，根據(jù)勘察情況對(duì)地表以下50 m 范圍內(nèi)的采空區(qū)及巷道進(jìn)行鉆探及治理；②對(duì)于建筑區(qū)域，根據(jù)建設(shè)單位提供的設(shè)計(jì)范圍，考慮房建高度、荷載以及基礎(chǔ)選型，對(duì)地表以下82 m 范圍內(nèi)的采空區(qū)及巷道進(jìn)行鉆探及治理。

2.2 鉆孔布置

采用地質(zhì)鉆機(jī)成孔，成孔直徑100 mm（巷道成孔直徑500 mm），鉆孔垂直度誤差小于1%?？咨罡鶕?jù)擬處理空洞深度確定，并探明空洞深度，鉆過洞底不小于1m 后終孔。根據(jù)鉆孔巖芯復(fù)核勘察報(bào)告所提供的采空區(qū)與空洞的層位及深度，劃分采空區(qū)特征，依據(jù)不同特征開展不同的布孔方案。對(duì)于采空區(qū)及空洞，鉆孔在平面上采用梅花型布置，以存在揭露采空區(qū)的勘察鉆孔為基準(zhǔn)，以2.5 m為孔間距，等角度環(huán)形向外輻射布置6 個(gè)鉆孔，布置方案如圖1 所示。若新孔仍揭露出采空區(qū)，則重新以此孔再次輻射，直至所有鉆孔均無揭露空洞或已達(dá)到治理邊界則停止外擴(kuò)。結(jié)合“邊探邊治”的治理思路，注漿孔兼做勘探孔用，以節(jié)省造價(jià)，具體布置方案如圖2所示。

對(duì)于巷道區(qū)域，以已揭露采空區(qū)的勘察鉆孔為基準(zhǔn)，孔距5 m，沿巷道走向，雙向輻射2孔（孔間補(bǔ)充引孔進(jìn)行高壓旋噴補(bǔ)強(qiáng)），重復(fù)充填治理，直至治理邊界，布置方案如圖3所示。

3 鉆孔注漿治理技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 鉆孔治理過程

鉆孔治理的工藝過程分為鉆機(jī)成孔→下注漿管→灌水泥漿（或水泥砂漿/粗骨料）→旋噴固結(jié)。針對(duì)不同采空區(qū)特征區(qū)別治理，具體方案如下。

（1）已充填的采空區(qū)。采用鉆孔注入水泥凈漿方式治理，選用P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥凈漿，水灰比的范圍取0.4∶1～0.5∶1；漿體的傳輸管道選用單向袖閥管，管體采用內(nèi)徑48 mm、節(jié)長50 cm 的塑料管（每節(jié)塑料管之間用橡皮套連接），插入鉆孔時(shí)管端封閉管內(nèi)充滿清水以避免堵孔。重復(fù)對(duì)揭露孔進(jìn)行注漿治理，直至治理邊界。

（2）未充填的采空區(qū)。采用注入水泥砂漿的方式治理，砂漿材料選用M5 水泥砂漿，P.C32.5 復(fù)合硅酸鹽水泥，配比為水泥∶中砂=1∶2～1∶5，水灰比為1∶1左右。砂漿的傳輸管道選用直徑90 mm的鍍鋅管，壁厚3.5 mm，單節(jié)長2 m，每節(jié)間采用可拆卸式的鋼制扣件進(jìn)行連接。對(duì)于采空區(qū)空洞尺寸小于50 cm 的孔，采用水泥凈漿泵送入采空區(qū)，即埋設(shè)一根直徑22 mm 的鍍鋅鋼管和直徑20 mm 的PVC 管以及止?jié){板。將孔口注漿壓力設(shè)為1～2 MPa，注漿至孔口返漿，30 min后進(jìn)行補(bǔ)漿，補(bǔ)漿壓力為1～2 MPa，至漿液溢出停止。經(jīng)30 min 后再次補(bǔ)漿。重復(fù)以上補(bǔ)漿步驟直至漿液無法再次注入。根據(jù)空洞大小，還可以在上述注漿完成12 h 后選擇性地進(jìn)行高壓二次注漿，孔口注漿壓力控制在5 MPa，直至注漿完畢。

（3）巷道。采用大口徑鉆孔注入粗骨料的方式治理，粗骨料配比為粗砂∶粉煤灰∶重鈣=4∶3∶3，并采用高壓旋噴固化。首先插入旋噴管，由孔口填入骨料至巷道頂，旋噴提管至巷道頂標(biāo)高。旋噴時(shí)采用P.C32.5 復(fù)合硅酸鹽水泥凈漿（水灰比為1∶1）。鉆孔由揭露本區(qū)域的勘察孔為基點(diǎn)，沿巷道走向線性外擴(kuò)，重復(fù)對(duì)揭露孔進(jìn)行治理，具體注漿方法如圖4所示。

3.2 治理效果檢測

采空區(qū)治理結(jié)束后，依據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）對(duì)治理區(qū)域進(jìn)行鉆孔取芯檢驗(yàn)，驗(yàn)證治理方案的有效性。檢驗(yàn)工作包括采空區(qū)充填完整性調(diào)查及充填體強(qiáng)度等級(jí)測試2 個(gè)方面。按照相關(guān)設(shè)計(jì)要求，水泥砂漿充填孔的漿體終凝后強(qiáng)度要大于5 MPa，水泥漿充填孔里的漿體終凝后強(qiáng)度要大于2 MPa。

采用XY-100型鉆機(jī)，芯樣直徑為86 mm，區(qū)域內(nèi)共布置檢驗(yàn)孔15個(gè)，取芯后測量充填物芯樣長度，并取樣做單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。當(dāng)充填率達(dá)到75%以上，芯樣平均抗壓強(qiáng)度值大于設(shè)計(jì)值時(shí)，表明治理有效。測試結(jié)果表明，15個(gè)檢驗(yàn)孔均滿足設(shè)計(jì)要求，見表1。

4 結(jié) 論

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結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際提出了將勘探孔兼做注漿孔的“邊探邊治”空區(qū)治理方式和等角度環(huán)形向外輻射6孔的梅花式外擴(kuò)布孔方案。根據(jù)采空區(qū)特征對(duì)已充填采空區(qū)、未充填采空區(qū)及巷道分別采取凈漿、水泥砂漿、粗骨料區(qū)別治理。待治理工作結(jié)束后選取了15 個(gè)檢驗(yàn)孔，經(jīng)過取芯測量充填物芯樣長度，并做單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明，芯樣的充填率均達(dá)到75%以上，芯樣強(qiáng)度均超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，由此說明紫金山虎中煤礦地下采空區(qū)治理方案安全、合理、有效。