山西某公路小煤窑采空区处治设计说明

2012-08-20马秋红

山西建筑 2012年31期

马秋红

(山西交通规划勘察设计院，山西太原 030012)

0 引言

随着我国公路建设的不断发展，经常会遇到各种复杂的地层条件，尤其是煤矿采空区严重制约着公路工程的建设。小窑采空区因受人为因素干扰较大，一般开采巷道很不规则，开采时间久远，勘察难度很大，对公路工程产生严重的负面影响。本文以山西某公路小窑采空区为例，详细论述了小窑采空区的处治设计方案。

1 概述

山西某公路小窑采空区位于山西省北部拟建公路K4+445～K4+820段，为林家口煤矿小窑采空区，工程类型为路基。

根据收集采空区相关资料及野外地质调查，该煤矿为房柱式开采，开采时间为1987年～1989年，开采9号煤层，回采率约35%，地表曾出现塌陷坑和裂缝。采用瞬变电磁法进行勘探，该区域表现为高阻异常区，在异常区内布设钻孔，发生掉钻现象，从而进一步验证采空区的存在。

该采空区平均采厚为6.5 m，设计标高下采深采厚比为6.3～12，上部为中硬覆岩，根据其采深采厚比评价场地稳定性，为不稳定，因此须进行处治。

根据采空区特征，采用全充填压力注浆法来处治煤矿采空区，注浆采用水泥粉煤灰浆。

采空区处治范围包括采空区处治长度和采空区处治宽度。处治长度是以采空塌陷区边界为起点所确定的长度，处治宽度为围护边带外侧向两侧按岩体扩散角考虑所确定的边界宽度。

2 处治工程设计

2.1 注浆孔设计

采空区注浆孔设计深度为地表至采空区底板下1 m，平面按帷幕注浆孔和注浆孔分别布设。

1)帷幕注浆孔布设。帷幕注浆孔为公路中心线两侧最边缘一排孔，孔距为10 m。

2)注浆孔布设。注浆孔先沿公路中心线布设，孔距15 m，其次为路线两侧至帷幕孔区域，梅花形布设，排距和孔距均为15 m。其中两侧靠近帷幕孔区域各有一排注浆孔，孔距为20 m。

2.2 浆液配合比设计

根据工程经验，依据试验数据，注浆材料采用水泥浆和水泥粉煤灰浆。

水泥粉煤灰浆液水固比1∶1～1∶1.5，水泥占固相的20%，粉煤灰占固相的80%。

帷幕孔根据具体情况，采用较稠的浆液或在浆液中掺加水泥重量的2%速凝剂，使注入采空区的浆液尽快凝固，以形成帷幕，防止浆液流失。路基工程处治标准及参数对比见表1。

表1 工程处治标准及参数对比

2.3 采空区注浆量设计

根据勘察结果，计算采空区剩余空洞体积为24 189 m3，浆液结石率按82%计算，路基下浆液对采空区及上覆岩层中的裂隙的充填率为90%，注浆量按公式:

其中，A为浆液损耗系数，取值1.1;ΔV为采空区剩余空隙体积，m3;η为浆液充填率，取值0.90;c为浆液结石率，取值82%;根据以上公式，计算注浆总量为29 204 m3。

2.4 工程量

1)帷幕注浆孔71个，注浆孔93个，钻孔总数164个，钻探总进尺11 978 m;2)浇筑注浆管:水泥浆浇筑体积11.48 m3，注浆管长度2 945 m;3)注浆总量:29 204 m3;4)浆液材料:水为18 720 t，水泥 4 497 t，粉煤灰17 960 t，速凝剂 39 t，砂或石屑500 m3;5)检查孔2个，总深度150 m;6)波速测井法测点150个。

2.5 注浆材料及其质量要求

本设计文件中所规定的注浆材料由水、水泥、粉煤灰、速凝剂、砂或石屑组成。

施工拌制用水符合《混凝土拌合用水标准》。

水泥为符合国家标准的32.5号硅酸盐水泥或具抗腐蚀性的同标号其他水泥，采用汽车运输，运距15 km。

速凝剂可选用水玻璃等。

石屑或砂参照有关规定。

2.6 临时设施

1)平整场地2 460 m2。2)搅拌池3个，每个4 m3。3)临时占地32亩。4)便道2 km。5)水池2个。

3 工艺设计

本工程施工工艺流程如图1所示。

图1 施工工艺流程图

4 采空区处治过程监测及处治效果检测

4.1 施工过程中的工程质量监测

施工技术人员必须掌握采空区处治工程的目的、加固原理、技术要求和质量评定标准等。施工中应有专人负责质量控制，并做好施工记录。

施工单位的自检。原材料检验，包括水泥、粉煤灰、砂的检验，原材料的出厂检验单、每批量的检验等。每班对浆液配合比、浆液参数如结石率、粘度进行测试和试块制作。

监理单位进行全方位的监督和管理，不定期进行抽检，对原材料用量、浆液各种指标和工艺等进行控制和管理。

业主进行检查和现场指导。检查施工单位是否严格按设计文件进行施工，对严重不符合设计或对工程存在危害的施工方法进行制止或下停工令，并对施工单位进行整改，加大管理力度。

4.2 施工结束后处治效果检测

采空区处治结束6个月后，采用钻孔取芯和孔内波速测井法进行采空区处治效果检验、评价。公路主体工程(路基)应在采空区处治施工后，经检测认为施工质量满足要求后方可开工。检查孔位置一是考虑布置在有代表性的采空区位置，二是在施工过程中出现异常情况的部位。检查孔的分布数量视工程类型以及重要程度有所不同。路基采空区检查孔数不小于处治注浆钻孔数的2%。

1)钻探检测法。检查孔深度为地表至采空区底板的深度，终孔直径89 mm，全孔取芯。通过孔内取芯直接观察采空区的浆液充填情况，钻孔的岩芯采取率应大于90%。岩芯的完整程度、循环液的漏失量大小，采空区冒落裂隙带漏失情况等，观察并描述采空区冒落裂隙带浆液结石体的充填程度、裂隙闭合情况等，观察结石体的颜色，用锤击结石体的声音，手捏结石体的感觉，指甲或小刀是否能刻划等物理性质，并结合钻探过程中循环液的漏失情况及孔壁的稳定性等评价注浆质量，对岩芯进行编录、拍照、保管和存档。

2)物探检测法。在钻孔内进行孔内波速测试，路基采空区处治后岩体横波波速应大于250 m/s。

在结石段取芯做强度试验，浆液结石体抗压强度不小于0.6 MPa。