论采空区施工工艺

2011-04-12康振胜

科学之友 2011年7期

康振胜

（山西路桥第二工程有限公司，山西临汾 041051）

1 引言

山西是一个煤炭大省，煤矿资源分布范围广，开采范围和开采规模（原煤产量、矿井数量）也大，这对公路建设构成了严重的危害。钉对这个问题，可对采空区采用全填充压力注浆，该法施工简单、安全可靠、经济合理。文章结合省道临午线核桃凹采空区治理施工，简单介绍采空区治理工程的施工工艺。

2 工程概况

核桃凹采空区分布于K29+610-K30+100，处治长度490 m，宽度110 m，面积53 900 m3，形成于2003—2005年，埋深218~267 m，倾角11°，煤层厚度5 m，刀柱式开采，采深采厚比44~53，回采率50%。采空区上覆地层为砂泥岩互层，中夹石灰岩，顶板为石灰岩，厚2.3 m，底板为薄层泥岩、石灰岩。

处治方法为全填充压力注浆。为了保证施工质量，从原材料上严格把关，在施工顺序及施工工艺上严格要求。结合本工程交叉施工的具体情况，制订了切实可行的施工方案，为本工程在确保施工质量的前提下顺利竣工打下了基础。

3 采空区治理主要技术指标

治理长度：490 m，治理宽度：110 m，治理深度：216～267 m，帷幕孔孔距：15 m，注浆孔孔距：20 m，帷幕孔数量：65个，注浆孔数量：150 个，注浆管直径：50 mm，注浆压力：2～3 MPa，水泥、粉煤灰固相比：3∶7，水固比：1∶1.0～1∶1.5，注浆总方量：83377 m3，充填率：90%～95%。

4 采空区治理施工工艺流程

施工准备→测量定位→安装钻孔设备→钻孔→验孔→浇筑孔口管→制浆→泵压输送→检查验收。

5 采空区治理主要施工工艺

5.1 准备工作

在施工现场修建一级搅拌池3个、二级搅拌池2个、蓄水池2个。共安装5套搅拌设备，二级搅拌池配备4台BW-250/50泥浆泵，在邻近一级搅拌池位置建设料场。现场配置150 kW发电机一台，电源控制柜一个，每个搅拌池容量为5 m3。在一级搅拌池中，根据不同浆液配比，用水泥钢钉作标志作为拌和水控制线，搅拌池、蓄水池均做防渗处理，并在周边设立围栏和安全警示牌。

5.2 测量放样

帷幕孔与注浆孔定位采用坐标定位法。根据设计提供的孔位坐标，用全站仪准确定位，经监理复检，孔位偏差在10cm范围之内。

5.3 钻孔施工

根据测量放样结果，结合本工程的施工方法，在现场施工负责人的安排下钻机就位。钻探工艺要求钻机安装必须做到平衡，保证孔位中心、主轴中心、天车中心在同一直线上。经技术人员对钻机的水平度、主轴垂直度进行检查，确认符合设计要求后，报请监理工程师申请开钻。钻孔采用隔孔二序法施工，钻机的成孔工艺采用Φ127 mm开孔，钻至完整基岩6 m后，变径为91 mm，钻至采空区底板下1 m处终孔。开孔后先轻压慢钻，钻进时为保证施工质量采取清水钻进，设置泥浆沉淀池采用循环水将钻杂带出。在钻进施工中随时校正钻具长度，其误差不超过±5 cm，确保孔深数据准确，对循环液的漏失量变化以及掉钻等发生的位置做了详细记录，以此判断地层的完整度及采空区的特征。为了准确掌握采空区地层以及采空区特征，在施工中布置了7个取芯孔，其岩芯采取率均大于70%，并做好岩芯编录与拍照工作，根据取芯孔的钻探结果，对区域地层及采空区特征做到准确把握。具体钻孔的施工顺序如下：

帷幕孔：

第一序次：215、213、211、209、207、205、203、201、199、197、195、193、191、189、187、185、183、31、29、27、25、23、21、19、17、15、13、11、9、7、5、3、1

第二序次：214、212、210、208、206、204、202、200、198、196、194、192、190、188、186、184、182、30、28、26、24、22、20、18、16、14、12、10、8、6、4、2

注浆孔因受桥梁桩基交叉施工影响，具体施工顺序如下：

第一序次第一批：57、33、32、60、126、93、63、34、36、38、40、102、69、42、104、71、106、44、73、108、46、75、77、48、114、81、50、116、52、83、118、54、85、120、87、122、89、56

第一序次第二批：181、155、121、179、153、177、119、150、151、175、117、149、147、115、173、112、113、110、111、144、171、109、142、141、169、107、139、167、105、137、103、135、165、100、101、133、163、98、99、131、96、97、129、161、94、95、127、159、92、125、157、90、91、123、124、156

第二序次第一批：158、160、128、162、130、164、132、166、134、168、136、170、138、140、172、143、145、174、146、176、148、178、152、180、154

第二序次第二批：88、86、55、84、53、82、79、80、51、78、49、76、47、74、45、72、43、70、41、67、68、65、66、64、37、39、62、35、61、59、58

钻孔终孔经监理验收合格后，下置孔口管。孔口管采用Φ50mm钢管，在其前端200 mm处焊接直径为120 mm圆形法兰托盘，下入孔内变径处。为了防止浇注孔口管的水泥浆进入孔内形成堵塞，先向孔内填入厚约10 cm的砾石（其规格5~10 mm）后，再填入厚200 mm的粘土来增加密封效果，最后用水灰比为1∶1.2的水泥浆对孔口管进行浇铸，浇铸厚度为6 m，孔口管高出地表1 m，深至完整基岩下6 m处，丝扣连接。

5.4 注浆施工

注浆施工从原材料检验、浆液配比、制浆工艺、注浆工艺4方面严格把关，保证施工质量达到设计要求。

5.4.1 原材料检验

（1）水泥：本工程选用临汾黄河水泥厂生产的九泰牌32.5#矿渣水泥，经山西省临汾公路工程质量检测中心检验，其28天强度为2.4 MPa。报请试验监理工程师复检合格后进入施工场地，进场后每200 t抽检一次，抽检结果均满足设计要求。

（2）粉煤灰：采用蒲县长益晟电厂的粉煤灰，经山西省临汾公路工程质量检测中心检验，其各项指标均满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596）国家Ⅲ级技术要求。

（3）水：采用下垣煤矿坑水，经山西省城市供水水质监测网临汾监测站检测，均符合《混凝土拌和用水标准》的要求。

5.4.2 浆液配比选用

浆液配比根据设计要求，固相比为3∶7（水泥占30%，粉煤灰占70%），水固比为1∶1~1∶1.5。本工程采用了水固比为1∶1.2和1∶1.3两种浆液，以1∶1.3浆液为主，原因在于1∶1和1∶1.1的浆液可注性好，填充率高，但强度较低；1∶1.4和1∶1.5的浆液可注性较差，填充率低，但强度较高；而1∶1.3浆液从强度上满足（超过）设计要求，可注性、填充率居中，故选择了1∶1.2和1∶1.3的浆液灌注。

5.4.3 制浆工艺

先在一级搅拌池中按浆液配比（1∶1.2，1∶1.3），加入定量的水、水泥、粉煤灰（1∶1.2 水 670 kg/m3，水泥 241 kg/m3，粉煤灰563 kg/m3；1∶1.3 水 652 kg/m3，水泥 254 kg/m3，粉煤灰 593 kg/m3）进行搅拌，搅拌时间不少于3 min，然后将搅拌好的浆液放入二级搅拌池进行二次搅拌，搅拌时间不少于3 min，随后将配制好的浆液通过注浆泵送入孔内进行注浆。

5.4.4 注浆工艺

①施工顺序：先帷幕空，后注浆孔。根据钻孔及设计提供的采空区倾斜方向，先施工采空区底板标高较低位置的注浆孔及构造物处的注浆孔在沿倾斜方向由低向高、由边部向中心展开施工。

②注浆前先用清水洗孔，洗孔时间不低于10 min。洗孔后开始注浆，每孔注浆前100 m3的浆液配比为1∶1.2，其后改用1∶1.3的浆液灌注，直至终孔。

本工程注浆施工不同于以往注浆施工之处在于很少投入速凝剂和骨料，而是采用多次间歇的方法完成。因投入骨料或加入速凝剂易形成一个快速堆积的圆锥体，造成注满的假象，对工程质量造成一定的影响。在注浆间歇前，先用清水洗孔，洗孔时间不少于10min，间歇时间均在12h以上，间歇后再用清水洗孔10min，再次开始注浆。如此反复，直至达到单孔注浆结束标准而终孔。

根据设计要求，单孔注浆结束标准为孔口压力2~3 MPa，泵量小于70 L/min，稳定10~15 min，方可结束该孔的注浆施工。然而由于本采空区地层裂隙发育，连通性强，个别孔在注浆中发生地表冒浆现象，冒浆位置距离注浆孔十几米至数百米不等。此类孔由于裂隙泄压，无法达到设计的孔口压力而终孔，其余注浆孔均达到设计要求的孔口压力。通过对单孔注浆结石面高度的测量结果发现，其在0.2~28 m之间。