采空区地质灾害治理钻探方法选择

2016-04-14曹海燕梁雁飞

地球 2016年2期

关键词：成孔采空区冲洗

■曹海燕梁雁飞

(1山西省第二地质工程勘察院山西运城044300；2广西第六地质队广西贵港537000)

采空区地质灾害治理钻探方法选择

■曹海燕1梁雁飞2

(1山西省第二地质工程勘察院山西运城044300；2广西第六地质队广西贵港537000)

在经济极速发展的今天，矿产资源作为基础能源之一在世界范围内的需求量越来越大。我国纵然地大物博，但在大规模的矿石开采供求中，不少矿区都变成了规模不一的采空区。随着国民经济的发展，一些公路、铁路、工厂、民居等生产生活设施要进过或坐落于采空区上。大部分采空区由于其地质松动结构复杂等特点，容易发生冒落塌陷，影响其上的建构筑物和人员安全，成为我国地质灾害频发的重灾区。本文就浅层采空区治理中的钻探方法进行探讨。

采空区地质灾害治理钻探方法

1　采空区的形成、危害和治理方法

我国矿产丰富区最早的采矿活动可以追溯到清朝初期，彼时中国的矿产业主要以高品位的矿石开采为主，以提炼银、铅等重金属为主要目的。从明末清初之后，我国的矿产品开采业在矿产区就一直盛行至今，采矿活动日益高涨，不仅有官方采矿活动、企业采矿活动，甚至民间自发的采矿活动也十分盛行。

近年来我国工业持续繁荣发展，国家工业经济对矿产资源的需求越来越高，致使矿产区的矿产开采量持续呈现爆发式增长，造成了我国大量采空区的存在。我国大部分采空区由于矿产开采时民间、正规方式并存，开采方式并不完全规范合理，因此普遍存在隐伏行强、空间分布规律性差、冒落塌陷概率大、灾害后果严重等特点。

对采空区的治理，通常采用全部垮落、回填、加强支撑、注浆等方式。其治理过程不仅容易出现施工进度慢、工程预算高等现象，其材料需求量也十分巨大，施工安全有一定隐患。为了解决这些问题，我国不少采空区治理公司与部门都进行了不断的探索，最终实践证明，注浆技术是对采空区的地质灾害治理工作比较节省、彻底、安全的一种方式，是唯一一种能全面充填采空区本身采空区上部空隙的方式。

2　采空区钻孔注浆治理的钻探施工技术探讨

采用钻探施工与注浆技术相结合的方式，能够极大地提高采空区地质结构的稳定程度，值得在同类采空区地质灾害治理工程中被推广使用。在我国实际工程的采空区钻孔注浆治理过程中，钻孔是建立注浆通道的手段，钻孔工作对象主要是顶板上部的地层。

2.1采空区顶板地层分析

采空区顶板上部地层，比较复杂，各地情况千差万别，但不外乎沙卵砾石层、土层、岩层几大类，有由于在资源开采过程中和开采后顶板的自然变形（下沉）和地下水的流失使地层中空隙增大，一般都存在冲洗液漏失现象。基于此，相关部门可以对新型的冲洗液体系进行研究，比如研制无固相的冲洗液或者低固相的冲洗液和物理性的甲盐酸冲洗液等多种类型进行冲洗液方面的革新以减少流失现象。从另一方面来说，可以从钻孔工艺的改进与应用方面来侧面减少冲洗液的漏失与治理采空区地质问题，钻孔工艺主要列举以下两种。

2.2钻孔工艺

根据地层，一种钻孔方法是泥浆钻进，其优点是成孔有保障，钻进过程中可以采取芯样，能够对地层和采空区进行准确判断，为下一步注浆工作提供所需的各种参数参考，以实现钻孔技术与注浆工作的完美结合，建立系统的采空区治理程序。但这种钻孔工艺的缺点是其成孔速度慢，施工用水数量大，泥浆可能会充填地层空隙、堵塞部分进浆通道，对注浆效果产生消极影响，阻碍注浆进程。采用这种钻孔方法进行作业时，需要严格注意钻孔的大小问题，为注浆提供的通道必须合理适宜才能使浆液和采空区的岩石层更好地形成水泥和砂浆的结合体。

另一种钻孔方法是利用空气潜孔锤钻进，这种钻孔技术是基于回转钻探的基础上，通过利用与其现场相配套的泥浆泵所输送的冲洗液空气潜孔锤进行冲洗液力量驱动的方法对破碎岩石施加冲击力以达到钻孔目的的方法。这种钻孔工艺的钻头上回转钻探的冲击能量强，对岩石结构的冲击负荷大，因此有成孔速度快，成孔过程不用水，对地层空隙不会产生堵塞，对注浆效果有力的优点，能够极大地提高钻孔工作的效率，提高钻孔的质量与稳定性。但由于这种钻孔技术是对我国传统钻探工艺的重大改革，是结合我国现代采空区实际的钻探新方法，因此其技术对高科技型使用人员需求高，对设备的要求更精密，因此其缺点是对地层的判断主要依靠现场操作人员，对现场操作人员、技术人员要求高，对施工企业的管理水平要求也更加严格。

然而，无论采用哪种工艺方法，需要共同注意的是在进行钻孔作业之前，必须结合注浆治理区的实际情况进行科学规划，对钻孔的大小、深度、宽窄等因素及钻孔结构，施工时需要注意的问题等因素严格规范化，必要时，要设计符合当地采空区地质情况的工艺具体实施安排。

2.3两种成孔方法的施工成本

施工成本与工艺选择和企业管理水平关系密切，根据多年施工经验各方面情况汇总，在以软柔层为主的成孔过程中，由于其工作难度小，因此泥浆钻进工艺更为适合，性价比高成本较低，而在以较硬岩层的成孔过程中，空气潜孔锤钻的工作效率更高，更能符合其钻孔要求，因此应用起来成本占优。