综合检测技术在采空区注浆治理效果检验中的应用

刘治国

（天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013）

综合检测技术在采空区注浆治理效果检验中的应用

刘治国

（天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013）

根据内蒙古某矿斜井井筒下采空区注浆治理实践，详细介绍了物探检测、钻探检测、钻孔电视观测和岩石力学试验的综合检测技术，实现了由点到面、从定性到定量的综合检测。检测结果表明该组合检测模式切合实际工程特点，可供相关施工单位与技术人员参考。

综合检测;采空区;注浆充填;效果检验

内蒙古某煤矿斜井建在原房柱式采空区上方，井壁出现了斑裂，为保证建设安全，进行了采空区勘察与注浆处理。由于采空区治理工程的隐蔽性和复杂性，其治理效果检测就显得至关重要。本次斜井井筒采空区注浆效果检测设计了“物探+钻探+彩色钻孔电视+岩石力学试验”的综合检测技术方案，以实现由点到面、从定性到定量的综合分析。

1 物探检测

物探检测技术是采空区治理工程施工完成后对工程质量检验的重要方法，在美国等国家应用较为广泛［1］。物探检测是根据采空区治理区域内同范围、同点、同深度处岩层的物理性质在注浆前后的变化对比，直观判断注浆工程质量的优劣。

1.1 检测仪器

采空区注浆效果物探检测主要采用高密度电阻率法［2］、瞬变电磁法 （TEM）、孔内测井、钻孔弹性波CT等。本次物探检测选取的是EH－4电导率成像系统。

EH－4［3］是美国Geometrics公司和EMI公司联合研制的双源型电磁/地震系统，仪器设计特别适合地面 2D，3D连续张量式电导率测量，将CSAMT和MT方法结合在一起，实现了天然信号源与人工信号源的采集和处理，而且2种数据互相补充。

1.2 物探资料解释与分析

本次物探检测，根据注浆钻孔的布置方向、位置和岩层倾向共设置了5条检测勘探线，其中沿井筒的东西方向2条，南北方向3条。数据处理采用EH－4连续电导率成像系统提供的EMAGE－2D软件包，经过EMAGE－2D对各探测线数据的规范处理和二维反演，得到各探测线注浆前后电磁成像的视电阻率剖面图。

选取W1测线结果为例进行分析。图1、图2为注浆前后W1测线的视电阻率等值线剖面，图中的纵坐标为深度，横坐标为探测线长度。

由图1可以看出，40m深度以上区域视电阻率等值线平滑，横向上无大变化，故该深度以上的岩层内比较完整;在40～70m深度范围，横向150～320m（测点9～测点17）区域视电阻率等值线明显“下凹”，且等值线起伏较大，表现为相对低阻，推测该区域地层受采动影响，岩体比较破碎或是裂隙发育，地层的整体性和均一性比较差。其他区域视电阻率等值线平缓，说明地层的整体性和均一性较好。

由图2可以看出，整个剖面中视电阻率等值线平缓，横向150～320m（测点9～测点17）区域视电阻率等值明显增大，说明经过注浆治理后，原来岩体比较破碎或是裂隙发育的区域得到了充填，地层的整体性和均一性得到了提高。

另外计算得出，在采空区主要分布区域，40m，50m，60m深度9～17测点的视电阻率值升高幅度均大于20%，其他区域的测点注浆前后视电阻率值变化不大。

图1 注浆前W1测线视电阻率等值线剖面

图2 注浆后W1测线视电阻率等值线剖面

2 钻探检测

钻探是最直观、最有效的检测方法。在采空区治理效果的检测中，各种物探方法所得到的结果都必须要用钻探结果来进行验证［2］，而且能为孔内裂隙实测和钻孔漏失量观测提供工作平台。根据钻进过程中循环液消耗量，可判断浆液对破碎岩体充填和胶结后的完整程度，根据彩色钻孔电视观测与分析，可判断浆液结实体与围岩的胶结程度。

2.1 检测孔漏失量观测

根据施工后钻孔检验基本原则与经验［4－5］，在工程注浆量较大的区域布置了6个检测孔。其中A2检测孔位于主井井筒北部15m处，75与81号注浆钻孔之间，以检测主井井筒附近注浆效果。A2孔终孔深度为55.90m，揭露第四系厚度约2m，风化砂岩8m，套管深度为11.2m。于孔深12m开始钻孔冲洗液漏失量及钻孔水位观测，钻孔在孔深12～37m冲洗液漏失量在0.2L/m·s左右，在孔深38～41m冲洗液漏失量突然增大，增至0.7L/m ·s，水位也随之下降至30.2m，此位置与原采空区位置相符。鉴于75号与81号注浆孔施工过程中泥浆均在此处完全漏失，至终孔未见返浆，而A2检测孔清水钻进，虽然漏失量有所增大，但增量较小，且所取岩芯中水泥粉煤灰浆液已凝结，可见水泥粉煤灰浆液对空区及裂隙进行了很好地充填。

2.2 彩色钻孔电视观测与分析

彩色钻孔电视系统是把一自带光源的防水摄像探头放入钻孔中，可现场对钻孔中地质体的各种特征及细微变化实时观测、监控和记录。可观测地层岩性、岩石结构、钻孔内裂隙产状及发育情况、地层注浆后浆液充填情况、地下水位变化等。

仍以A2孔为例进行说明，A2号检测孔从12m开始观测，至52m结束，观测段为40m。由于观测时间距成孔时间较长，孔内水位已经渗透到岩层中，因此，此段观测效果相对较好，孔内基岩段总体比较完整，上部没有注浆痕迹，36～37m，43～44m位置有明显的注浆痕迹 （图3）。

2.3 钻孔岩芯力学试验

在以往的采空区治理经验中，由于考虑强度指标的出发点和条件有所不同，给出的指标差异较大［6］。为更精确描述强度指标，对检测孔的顶底板与浆液结实体都进行了室内压力试验。对6个注浆孔取芯，共取出岩芯60块，分为28组，做单轴抗压试验。具体数据见表1。

对比注浆前后的岩石力学强度数据可以看出，3－1上煤层上覆岩层、底板及经注浆后的岩石力学性能得到了加强，顶板砂岩最大抗压强度由107.51MPa增大至132.30MPa，底板砂岩最大抗压强度由26.04MPa增至51.20MPa，由此判断浆液与裂隙胶结较好，提高了地层的完整性与抗压性。

图3 A2号检查孔岩层观测情况

表1 检测孔岩石力学试验结果

3 结束语

国内外对于高速公路下采空区注浆治理效果检测研究较多，而对于煤矿斜井井筒下采空区注浆治理的效果检测研究较少。本文以内蒙古某矿斜井井筒下注浆治理实际为基础，结合物探检测与钻探检测，综合分析注浆前后物探资料、检测钻孔漏失量观测、检测孔彩色钻孔电视观测、岩芯力学试验，分析结果表明采空区注浆效果良好。

［1］童立元，刘松玉，邱 钰，等.高速公路下伏采空区问题国内外研究现状及进展［J］岩石力学与工程学报，2004，23 （7）:1198－1202.

［2］童立元，刘松玉，方 磊.高速公路下伏采空区治理质量监控技术试验研究［J］.公路交通科技，2002，19（6）.

［3］张华兴，张刚艳，许延春.覆岩破坏裂缝探测技术的新进展［J］.煤炭科学技术，2005，33（9）:60－62.

［4］叶海霞，张登科.高速公路下伏采空区注浆治理效果的检测技术［J］.土工基础，2009，23（3）:96－98.

［5］史殿胜，贾学民，王可佳.高速公路采空区治理的综合检测优化评价［J］.岩土工程技术，2010，24（2）:84－88.

［6］张 波，王万顺，范运岭，耿玉岭.高速公路下伏采空区治理工程质量检测方法研究［J］.中国煤田地质，2004，16 （5）:53－57.

App lication of Com prehensive Detection Technology in Gob Grunting Effect Exam ination

LIU Zhi-guo

（Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd，Beijing 100013，China）

Based on practice of treating gob under slope shaft by grunting in amine of Inner Mongolia，comprehensive detection technology including geophysical prospecting，drilling detection，bore-hole TV observation and rock＇s physical and mechanical testwas introduced.It realized comprehensive detection from point to face and from qualitative to quantitative analysis.Detection results showed that this technologywas fit for engineering practice andmightprovide reference for responding construction and technological personnel.

comprehensive detection;gob;stowing by grunting;effect examination

P62

A

1006-6225（2011）04-0110-03

2011－06－28

刘治国 （1979－），男，河北涞源县人，工程师，主要从事“三下”采煤、煤矿灾害防治等方面的研究。

［责任编辑:邹正立］