阳泉荫营煤矿棚户区二期采空区注浆处治实例

李 保 平

(山西机械化建设集团公司，山西 太原 030009)



阳泉荫营煤矿棚户区二期采空区注浆处治实例

李 保 平

(山西机械化建设集团公司，山西 太原 030009)

以荫营煤矿矿区西南部某拟建场区为例，介绍了其工程概况，并阐述了采空区注浆孔设计、浆液参数设计及材料的选择，从钻孔施工工序、注浆工序施工、浆液配制、注浆施工四方面，分析了注浆施工方法，并进行了质量检验，结果显示其强度符合设计要求。

采空区，注浆孔，钻孔，水泥

1 工程概况

1.1 工程概述

拟建场区位于荫营煤矿矿区西南部，家属区锅炉房侧，建筑红线面积77 664 m2。本场地地层为煤系建造地层，15号煤层厚度大，分布稳定，埋藏浅，赋存深度40 m～50 m，地层稳定，开采条件良好，建国后尤其是改革开放以来，乡镇等地方煤业对场区及其周边区域进行了多次无序采掘。其特点是：1)开采方式多为房柱式或无规律式开采；2)顶板只进行简单支护；3)回采后即废弃；4)无资料记载。此类开采留下的采空区地表变形的特点是：1)地表变形小，稳定时间长；2)地表变形破坏规律性差。

根据以往工程经验，采用压力注浆方法进行处理。为保证处理效果的可靠性，采用帷幕法灌浆，以防止浆液沿不利构造形迹渗漏；基于场地软硬岩层相间的特征，在构造和采空区条件下，硬岩层会产生虚脱空间，灌浆应将此空间填满，尤其在地基持力层范围内更是如此，为达此目的，采用全孔注浆。

1.2 工程地质及地貌

场区地貌属山地剥蚀型地貌特征。场地西部和西北部地域分布两个出口窄内阔的葫芦形沟谷，二者毗邻相交部位的山脊汇集于场地部位，由于风化剥蚀和山洪的切蚀作用，山脊凸出部位渐失。于场地部位两沟汇于一谷。经场地人工挖掘和整平作用，现场地地形较平坦，自西向东呈5°～10°微倾斜。

2 采空区注浆孔设计

采空区注浆孔设计深度为地表至采空区底板下0.5 m。注浆孔孔距均按7.5 m间距进行梅花形布置，围护带按12.5 m考虑。位于异常区和掉钻冒落孔的拟建建筑物范围内布置3排孔，在楼外围两侧各增加1排孔，掉钻冒落孔周围再补孔注浆。

3 采空区注浆浆液参数设计及材料选择

1)浆液设计。本工程揭露采空区均使用水固比1∶1.2、固相比为3∶7的浆液注浆，浆液配合比以水固比1∶1.2、固相比为3∶7的浆液注浆为主，特殊情况进行调整。

2)注浆量设计。本工程治理面积约16 901 m2，注浆量估算按照以下公式计算：

Q总=A×S×M×K×ΔV×η/c。

其中，A为浆液损耗系数，取值1.5；S为治理面积，取值16 901 m2；M为15号采煤厚度，取值4 m；K为回采率，取值30%；ΔV为剩余孔隙率，取值50%；η为注浆充填系数，取值0.90；c为浆液结石率，取值0.85。

根据以上公式，计算采空区注浆量为16 105 m3。

3)材料选择。本工程浆液由符合设计与规范要求的水，水泥，粉煤灰，速凝剂，砂和石屑组成。

4 施工

4.1 钻孔施工工序

4.1.1 钻孔施工顺序

钻孔的施工顺序以区内煤层倾向为主要参考因素，先施工拟建建(构)筑物楼边线上的注浆孔，后施工中部注浆孔；应按采空区的走向，先施工采空区帷幕孔，再沿走向由低向高展开施工。

4.1.2 测量放线要求

注浆孔应用GPS进行实地测量放样，钻孔点位偏差不大于0.5 m。

4.1.3 施工方法

1)钻孔采用WD-200地质钻机，均在地表施工。

2)用φ127 mm钻头开孔，钻至完整基岩3 m～5 m后，然后变径为91 mm。

3)取芯孔数量为注浆孔和帷幕孔总数的3%～5%。取芯孔施工过程中应做好钻探原始记录和岩芯编录及拍照工作，为绘制竣工剖面图及评定注浆质量提供依据。

4)钻进结束后，应进行钻孔冲洗，孔底沉积厚度不得超过设计孔深的2.0%。

5)钻孔冲洗。在注浆前，为确保水泥颗粒顺利通过透浆通道，应对所有注浆孔(段)进行裂隙冲洗，直至回水清净为止。不返水时，在注浆泵70 L/min～100 L/min的排量下，冲洗时间不少于10 min。

4.1.4 钻孔施工技术要求

1)每个注浆孔至少测斜2次，孔斜不超过2%。

2)钻孔过程中准确做好钻探原始记录和岩芯收集工作。

3)钻进施工过程中，如发现漏水、卡钻、埋钻现象，及时准确记录。

4)每个注浆孔检测孔位、孔径、孔深、孔底沉渣等项目。

4.2 注浆工序施工

4.2.1 注浆工程量

本工程设计注浆工程量16 105 m3。

4.2.2 制浆工艺

制浆工艺如图1所示。

4.3 浆液的配制

浆液配制应按设计浆液配合比进行，并随机抽查浆液的各项指标。

4.3.1 原材料计量

1)施工现场自制的容器计量施工用水；

2)水泥按袋或现场过磅(散装水泥)计量；

3)粉煤灰用自制定量容器计量，并要求抽查水泥、粉煤灰的数量。

4.3.2 浆液配制及搅拌

1)先在一级搅拌池内按配合比进行水泥浆液的搅拌；搅拌完成后使浆液流入二级搅拌池进行搅拌，浆液搅拌时间控制以获得流动性与稳定性较好的稳定浆液为原则。

2)浆液从开始制备至用完时间一般不超过2 h。

3)浆液温度保持在5 ℃～40 ℃，低于或超过此标准的应视为废浆。

4)浆液每次搅拌时间不得少于5 min。

5)原材料严格按配比计量掺入水泥、粉煤灰。

4.4 注浆施工

4.4.1 注浆施工顺序

先施工拟建建(构)筑物楼边线上的注浆孔，再施工其他注浆孔；应按采空区的走向，先施工帷幕孔，再沿走向由低向高展开施工。

4.4.2 注浆施工工艺

当钻孔钻至设计要求成孔后，采用φ127 mm钢管(套管)下至孔内变径处(完整基岩下3 m～5 m)。同时把φ50 mm的注浆管(加托盘)下入孔中(完整基岩下3 m～5 m)，将配制好的1∶2水泥浆导入孔中待水泥凝结后即完成孔口管的浇铸。注浆管管口距地面高度0.5 m，以利于与注浆管连接。随后进行注浆。具体施工工艺流程见图2。

4.4.3 注浆方式

注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，稀浆的注浆时间不小于10 min，灌注量取单孔注浆量的30%为宜。注浆开始后，派专人观测注浆泵的工作情况，记录数据，依据注浆情况及时调整注浆泵的工作参数。当注浆量较大时，可选用以下几种方法：

1)采用间歇式注浆法施工;

2)在孔口加一漏斗状的投砂器，用浆液将砂或石屑带入孔内;

3)在浆液中加入2%的速凝剂。

4.4.4 注浆技术要点

1)注浆及间歇注浆前用清水洗孔，洗孔时间大于10 min。

2)稀浆灌注量取设计单孔注浆量的30%为宜。

3)单孔注浆结束标准。

a.压力管压力在1.0 MPa～1.5 MPa，稳定10 min～15 min，且灌注量小于70 L/min，可结束该孔的注浆施工。

b.若出现大量跑浆时，应采用间歇式注浆，如此反复3次以上，仍跑浆时即可结束该孔注浆施工。

4)注浆过程准确记录压力、流量、注浆量、孔位编号等相关参数，随时测量浆液浓度。

5 质量检验

注浆施工完成后，通常对注浆区采用钻孔取芯、波速检测、压水实验方法进行检测，本工程布置的检查孔，取出的浆液结石体,结石体完整性较好，呈柱状，结石体试样由山西省太原城通工程检测有限公司试验测定，所测试试件无侧限抗压强度均大于1.8 MPa，完全满足设计要求；采空注浆段(水泥、粉煤灰浆液结石体)的剪切波速在765 m/s～980 m/s之间，满足注浆设计要求且大于160 m/s。压水实验泵加压送水不超过5 min，压入流量升至峰值后，注水量呈直线缓慢降低或呈波状起伏状态缓慢降低，直至试验结束上升幅度低，大多在3 L/min以下，最高不超过9 L/min。

6 结语

采空区治理采用全充填结合压力注浆的施工方法完全符合设计要求，适宜在煤矿采空区的地质地层条件下采用，同挖土直接回填、浆砌片石等方法相比，具有造价低廉、工期时间短、加固效果明显等优点。浆液配制中加入粉煤灰，工程造价大大降低，虽然注浆胶结体在早期强度低，但后期强度增长率明显，其强度满足设计要求。

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On examples of grouting treatment at goaf of second phase of shanty towns at Yinying coal mine of Yangquan city

Li Baoping

(Shanxi Mechanized Construction Group Company, Taiyuan 030009， China)

Taking some planned constructed area in the southwest of Yinying coal mine as the example, the paper introduces its engineering survey, illustrates the selection for the grouting hole design at goaf, serosity parameter design, and materials for the goaf, analyzes the grouting construction methods from the drilling construction sequence, grouting sequence construction, serosity preparation, and grouting construction, and undertakes the quality inspection, so it proves that the strength adheres to the design requirement.

goaf, grouting hole, drilling, cement

1009-6825(2017)16-0072-02

2017-03-27

李保平(1976- )，男，工程师

TB302

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