谈注浆法采空区治理设计

崔御风

(晋城市建筑设计院，山西晋城 048000)

谈注浆法采空区治理设计

崔御风

(晋城市建筑设计院，山西晋城 048000)

根据晋城市某采空区的地质勘察报告，制定了采空区治理的目标，并从注浆孔设计、注浆工艺、注浆材料、浆液配比、质量检测等方面，阐述了采用注浆法进行采空区治理的设计方案，为类似工程施工积累了经验。

采空区，注浆法，注浆材料，质量检测

0 引言

近年来，晋城市建成区范围不断扩大，原来属乡村之间的大片煤矿采空区也列入了城市扩建范围，采空区经过治理后作为建设用地的项目也越来越多。由于大多数采空区开采深度较深，开采后任其垮塌，终采关闭矿后时间较长，许多采空区已无法下人采取治理施工，所以大多采用了注浆法治理采空区，本人参照相关规范，总结了部分工程治理设计实例，提出了注浆法采空区治理设计的基本方法步骤，作为注浆法采空区治理设计的参考，以期获得推广运用。

1 采空区治理设计的基本条件

采空区治理设计的基本条件是详实准确的《采空区勘查报告》，由于采空区现状与矿层厚度、埋层深度、采深采厚比、上伏岩层特性、顶板、伪顶板特性、矿层产状、开采方式、回采放顶方式、终采时间等各方面因素有关，而采空区勘察的手段又有一定的局限性，因此要求实现详实准确的采空区勘查报告难度较大，所以，尽管要求采空区勘查报告要详实准确，但一定要考虑动态设计、动态施工，在施工过程中进一步查明采空区情况，调整采空区治理设计。

2 采空区治理设计的目的

采空区治理设计的最终目的是要满足场地稳定性要求，满足上部建筑的承载力和变形要求，因此采空区治理设计以及上部建筑的情况，要依据采空区现状塌陷情况，以及采空区对地表的影响情况，采取不同的治理设计要求以期达到治理设计的目的。

2.1 采空区治理设计的基本内容

采空区治理设计的基本内容包括:注浆孔的设计布置;注浆孔的工艺要求;注浆材料;注浆液配合比;注浆浆液添加剂;注浆工艺要求;采空区注浆量确定，注浆治理质量检测。

2.2 注浆孔的设计布置

注浆孔的设计布置，要结合采空区勘查报告进行，其范围的确定应在采空区圈定的范围基础上，考虑建筑物的保护带宽度，考虑采空区上覆岩层移动影响宽度。建筑物的保护带宽度，可依据建筑物的安全等级，按一级的30 m、二级的20 m、三级的15 m确定。采空区上覆岩层移动影响宽度可按D'=2hcotφ+H1cotβ'+ H2cotγ'确定。其中，h为地表松散层厚度;H1，H2分别为采空区上山和下山边界上覆岩层厚度;β'为采空区下山方向上覆岩层斜交移动影响角;γ'为采空区上山方向上覆岩层斜交移动影响角。

式中:β——采空区下山方向上覆岩层移动影响角;

γ——采空区上山方向上覆岩层移动影响角;

δ——走向方向采空区上覆岩层移动影响角;

θ——围护带边界与矿层倾向线之间所夹的锐角(公式字母含义见图1)。

图1 公式字母含义示意图

采空区影响宽度基岩移动影响角(γ，δ)可按表1取值。

表1 基岩移动影响角取值表

注浆孔的间距可按表2选取。

表2 注浆孔间距选取表

在采空区范围边缘部位设置帷幕孔，宜按双排、三角形布置、间距可取普通注浆孔间距的1/2～2/3且不宜大于10 m。

注浆孔的深度应钻至煤层下1 m～2 m。注浆孔开孔孔径宜控制在130 mm～150 mm。经变径后孔径不应小于91 mm，变径应在进入完整基岩4 m～6 m处(软岩取大值，硬岩取小值)，变径处为注浆管的封口位置。

2.3 注浆材料及配合比添加剂

注浆材料选用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5;粉煤灰符合国家二、三级质量标准;砂粒径不大于2.5 mm，有机物含量不大于3%;石屑或矿渣最大粒径不大于10 mm，有机物含量不大于3%;水符合拌制混凝土要求，pH值大于4;水玻璃，模数2.4～3.4，浓度50°Be'以上。水泥、粉煤灰的比例应为2∶8或3∶7，水与干料的比例应为1∶1.0～1∶1.3。并按试验确定试块抗压强度，按设计要求达到1.0 MPa～2.0 MPa。遇采空区注浆孔吃浆量较大或采空区有水时，可加入添加剂水玻璃，一般为水泥重量的3%～5%。

2.4 注浆工艺要求

注浆顺序应先帷幕孔、倾斜矿层先下山脚孔，后中间孔;注浆压力控制在1.5 MPa～2.0 MPa;单孔结束注浆标准:在1.5 MPa～2.0 MPa下，持续15 min，注浆孔吃浆量小于50 L/min。当地表冒浆时，也可在孔口压力不小于0.3 MPa时结束，后期补注浆处理。当采空区为单层时，采用一次成孔，自下到上，一次全灌注施工;当采空区为多层采空区，矿层间隔较小，各矿层冒落、裂隙带互相贯通时，采用上行法注浆施工工艺，一次成孔，自下到上，一次全灌注施工;当采空区为多层采空区，矿层间隔较大，各矿层冒落、裂隙带没有互相贯通时，采用下行法注浆施工工艺，自上到下，分段成孔，分段注浆。当单孔注浆量较大时，可采用多次间歇注浆法注浆，注浆间隔时间12 h，每次注浆前用清水冲孔5 min～10 min，采空区充水时，可灌注石粉、砂等粗骨料、加入水玻璃，采用低压浓浆灌注等方法。

2.5 采空区注浆量的确定

总注浆量可按下式估算:

式中:S——采空区地基处理面积，按采空区处理范围确定;

M——采空区平均厚度;

K——矿层回采率，%;

τ——灌注损耗率，可取1.2～2.0;

η——充填系数，取0.85～0.95;

C——结石率，以试验确定，并不小于80%;

α——矿层倾角;

ΔV——采空区剩余空隙率，由采空区勘查报告确定。

单孔注浆量可按下式估算:

其中，R为注浆孔半径，其他字母同总注浆量公式中的含义。

2.6 注浆治理质量检测

注浆治理质量检测，一般在注浆完成6个月后，委托第三方检测。检测指标标准见表3。

表3 采空区治理质量验收标准

注浆孔检测数量一般为注浆孔总量的3%～5%，位置选取可在主要建筑物下，施工有疑点的地方，以及设计单位认为有必要的地方。

3 结语

上述方法步骤检测标准等，基本涵盖了采空区治理设计的主要内容。在具体的工程实践中，应针对主要问题进一步分析研究细化，必要时组织相关专家论证，以期达到经济合理，技术可行的标准。

［1］JTG/T D31—03—2011，采空区公路设计与施工技术细则［S］.

［2］山西省交通厅，中交通办公路勘察设计工程有限公司.高速公路采空区(空洞)勘察设计与施工治理手册［M］.北京:人民交通出版社，2005.

On design for goaf treatment with grouting method

Cui Yufeng
(Jincheng Architectural Design Institute，Jincheng 048000，China)

According to the geological survey report of some goaf in Jincheng，the paper makes out the aims for th e goaf treatment，and illustrates the design scheme for the goaf treatment with the grouting method from the grouting hole design，grouting craft，grouting materials，grout mix ratio，and quality detection，so as to accumulate experience for similar projects.

goaf，grouting method，grouting material，quality detection

TU472

:A

1009-6825(2016)36-0078-03

2016-10-13

崔御风(1960-)，男，工程师