李鹏飞
黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司益新煤矿 黑龙江鹤岗 154107
摘要：随着我国经济的快速发展以及人口密度逐渐增加，土地资源日益紧张。在一些较为发达以及现代化程度较高的地区，土地紧张成为阻碍现代化进程的瓶颈。特别在一些老矿区，由于煤炭开采，造成地表沉降严重，加上这些地区本来土地资源就比较匮乏，从而导致土地资源更加紧缺和匮乏。为了缓解土地资源紧缺的问题，一些矿区城市被迫在采空区上方建造设施，如房屋、公路等。由于采空区上方地质结构复杂，灾害不易治理，加上当前我国尚未形成成熟统一的行业标准，因此给这些建筑物的建造造成了许多困难。
关键词：采空区；注浆；效果监测
1工程概况
在某废弃矿区工业广场建造一工厂，由于该煤矿开采年代较为久远，开采资料丢失。工业广场下有部分保护煤柱和多煤层采空区。虽然该矿井早已停产，大部分采空区沉降基本停止，但8号采空区依然有沉降的可能。根据部分地质资料，该矿区在煤田西部的边缘，矿区被两条南北走向的断层划分为6个部分，除此之外，还有许多小断层。拟建造工厂位于两条断层之间，这两条断层既不属于全新世活动断裂带，也不是区域性构造，因此对工程建造影响不是很大。拟选厂址下面共有煤层12层，5层可采，煤层倾角10°~15°，煤层厚度1.5~2.3m，各可采煤层采深200~260m。该矿区水文地质条件简单，用水量较小，对地表建筑物影响不大。
2采空区现状
由于拟建造厂房为大型工业性厂房，对地基载荷较大且要求其稳定性要好。由于地质资料不足，难以掌握地质条件，因此采取打钻的方式对厂房下面及周围地质条件进行分析。结合实际情况和已掌握地质资料，一共施工勘探钻孔8个，其中主厂房布置4个，职工宿舍布置2个，办公楼布置2个。为了更好地了解地下岩层完整情况，采用可视钻探系统观测了上述8个钻孔岩层构造。通过可视钻探系统对上述钻孔的观测分析，初步掌握了拟建造工厂下方采空区以及岩层的情况。1～4号钻探结果显示，主厂房所在位置岩层较为破碎，并且还存在冒落采空区；5～6号钻探结果显示，职工宿舍地表至地下158m岩层完整性较好，158m以下岩层裂隙较为发育，破碎严重。根据裂隙特征发现，该区域岩层受到采动的影响；7～8号钻探结果表明，职工宿舍所在区域地表至地下198m岩层完整性较好，198m以下裂隙较为发育，破碎严重。存在许多横向裂缝及纵向裂隙，且部分裂隙较大，此区域可能位于垮落带上部。据此推断，该区域老采空区可能发生活化。根据上述分析推断，拟选厂址下面岩层结构和采空区分布复杂，岩层破碎严重。如不采取相应措施，在日后工厂建造时，有可能出现沉降失稳，造成安全事故。
3注浆方案
3.1方案选择
结合上述可视化钻探系统对厂址下方采空区及岩层观测结果，拟建造工厂下方有一定数量的采空区，岩层受到采动的影响，裂隙较为发育，造成结构破碎，极不稳定。由于岩层结构破碎，在进行注浆时，浆液能够发生均匀扩散。为了控制浆液扩散范围及注浆效果，设计采用分段注浆方法。为了对注浆效果进行控制，注浆的同时对注浆效果进行检测。在采空区域范围较广，岩层破碎较为严重的地区，布置相对密集的钻孔进行注浆，以保证浆液扩散效果，保证岩层裂隙得到充填，增加岩层稳定性。
3.2注浆范围
根据地质勘探结果及理论分析，地表与采空区老顶裂隙带最小距离为186m。在后续进行详细补充勘探时，根据可视化钻探系统及钻孔含水情况，地表以下120~140m处，岩层裂隙发育严重，由于位于采空区上方，该部分岩石与采空区贯通。因此，在进行注浆时，该区域浆液极易发生漏失。尤其是办公楼下方，采空区上覆岩层裂隙带距离地表较近，因此需要对该区域加强注浆。根据工厂建造范围及保护区域，本次注浆加固的范围按照基岩和冲积层的移动角垂直剖面法确定。垂直方向范围是地表下120m至采空区底板以下2m。
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3.3钻孔布置方案
根据上述工厂建造方案及地址勘探分析结果，参考其他采空区注浆方案，在注浆范围内均匀布置钻孔，钻孔间距为35~45m，在破碎情况较为严重的区域适当减小钻孔间距。为了对勘探钻孔进行充分利用，可将勘探钻孔作为注浆钻孔使用。本次共布置注浆钻孔20个进行注浆加固，对采空区进行治理。
3.4注浆量工艺参数
（1）注浆量。根据以往经验及理论计算公式，所需注浆量与岩层性质、采空区范围、采空区高度、地质构造以及采空区顶板冒落情况有关。通过对注浆范围及地址情况分析，结合注浆扩散半径模型进行计算，本次注浆总量约33000m3。（2）注浆压力。注浆压力选择的影响因素有岩层破碎情况、浆液黏度、岩石黏聚力等有关。根据理论计算结果，结合以往经验，确定注浆压力为2.2~3.0MPa。（3）注浆扩散半径。扩散半径的影响因素有注浆压力、浆液黏度、岩石破碎情况以及注浆工艺。为了获得较好的注浆效果，确定注浆扩散半径为22m~28m.
4注浆效果检验
为了对注浆加固效果进行分析验证，采用物探与钻探相结合的方法并对比分析了地表残余变形量。
4.1钻探结果
对岩层破碎情况较为严重的区域进行钻探检测，共布置2个检查孔。1号钻孔布置在主厂房区域，2号钻孔布置在办公楼区域。在施钻过程中，1号钻孔冲洗液未发现大量漏失，施工正常。在施工至233m时冲洗液有少量间歇性漏失，没有出现大幅度冲洗液消耗现象，进尺比较正常。在246m左右，冲洗液中含有大量灰黑色物质，判断为粉煤灰，这表明浆液渗透至该区域。2号钻孔施工至160m时冲洗液流失严重，至254m时冲出大量粉煤灰，取芯率达到90%。显示注浆取得了良好的效果。
4.2物探结果
结合注浆钻孔布置情况及浆液扩散半径设置了三条长度为348m的测线。对探测结果进行研究分析。注浆以前，测线电阻率普遍在70Ω/m；注浆后，测线电阻率为150~200Ω/m，比注浆之前大幅提高。这说明注浆加固后，岩层裂隙及采空区被充填，积水较少，因此电阻率增大。
4.3沉降监测
注浆从6月25日至8月28日，共64d。为了对比考察注浆效果，注浆前、中、后分别对注浆区域沉降4个测点监测。注浆前、中、后平均沉降速率分别为0.0530425、0.031785、0.00621mm/d。说明随着注浆加固的进行，地表沉降值不断减小，说明注浆取得了良好的效果。
5结语
（1）为了进行注浆加固，对拟建工程下方采空区及岩层情况通过可视化钻探系统进行探测，结果表明下方存在采空区且岩层较为破碎，需进行注浆加固。（2）根据钻探结果，制定了相应的注浆加固措施及施工方案，确定了注浆量、扩散半径及注浆压力等参数。（3）通过钻探、物探和沉降观测对注浆加固效果进行考察分析，表明注浆效果良好。
参考文献:
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论文作者:李鹏飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/19
标签：采空区论文; 注浆论文; 岩层论文; 钻孔论文; 裂隙论文; 浆液论文; 地表论文; 《防护工程》2018年第14期论文;