地面建筑物采空区的勘探及治理

王 宁

(兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿，新疆 昌吉 831100)

利用地球物理勘探，采用地空协同时频域电磁探测方法[1]，根据地下空洞特征、现场地形条件及拟建工程情况，通过分析收集的资料和工程地质调查初步结果，根据物探结合钻探相互印证方法，确定地下空洞的特征和范围，从技术角度分析了采空区勘探及治理经验及做法[2]，提出了操作性较强的治理方案。

拟建场地受采空区影响，地基整体性、稳定性和抗变形性能不足。通过对治理方案的设计和优化，针对煤场重点区域进行重点治理，通过注浆，对地基稳定性影响较大的岩土体空洞、裂缝进行充填，发挥固结作用，以改善岩体结构的力学强度和抗变形能力，提高地基的整体性和稳定性[3]，以满足建设工程施工需要。

1 勘察成果

1.1 物探成果

高阻异常包括空洞、巷道、采空区及异常高阻岩体，低阻异常包括水、金属及异常低阻岩体。通过对原始数据的处理得出了各条测线时域瞬变电磁法电阻率反演断面图(图1)，结合钻孔资料及搜集到的原矿区资料，对勘探成果进行了分析(表1)。

图1 综合电阻率成果图Fig.1 Comprehensive resistivity results

表1 物探异常区成果表Tab.1 Results of geophysical anomaly area

2.2 钻探成果

2019年，采空区专项勘察共完成22个钻孔，钻探工程量4 621.19 m，其中10个钻孔中均揭露4～5煤、9～15煤有掉钻现象，掉钻深度123.3～195.0 m，掉钻0.4～4.0 m。其他12个钻孔内4～5煤、9～15煤层均完整，未揭露空洞。选取拟建工程区域内钻孔，介绍揭露情况如下：

表2 钻孔成果一览表Tab.2 List of drilling results

2.3 采动影响区范围

钻孔CK06-CK11均揭露采动影响区。钻孔CK06-CK11控制范围即为确定的采动影响A区范围(图2)，钻孔CK01、CK02、CK03、BCK01、BCK02、BCK03、BCK04控制范围为采动影响B区。图2中，红色椭圆范围A区、B区为确定的采动影响区范围。

图2 采动影响区A、B区范围示意图Fig.2 Schematic diagram of the scope of mining influence zone A and B

1.4 场地稳定性及工程建设适宜性评价

通过停采时间、地表移动变形特征等对勘察区拟建工业场地范围内场地稳定性进行综合评价，结合以上各种评价结果，综合判断。拟建工业场地范围内采动影响A区场地稳定性等级为基本稳定，采动影响B区场地稳定性等级为基本稳定。

根据定性及工作量分析、结合其他工程特征综合判断：拟建工业场地范围内采动影响A区工程建设适宜性评价分级为基本适宜；拟建工业场地范围内采动影响B区工程建设适宜性评价分级为基本适宜。

2 工程设计

编制了煤场及配套设施场地下采空区治理工程施工设计，设计中钻孔分4排布置，共计40个钻孔，治理区域为条形储煤场、汽车快装站及皮带走廊，设计钻探工程量7 357 m，注浆工程量6 000方。

3.1 钻探工程

以采空区影响范围为重点治理位置，各布置1个钻孔，共计3个钻孔。以受煤坑为中心，半径20 m处，平行、垂直煤场中轴线方向各布置2个钻孔，共计12个钻孔。此外，在条形储煤场混凝土墙基础位置各布置2个钻孔，煤场上边界内部布置2个钻孔，共计6个钻孔，合计21个钻孔。钻孔设计终孔深度为采空区或老巷道底板以下1～2 m；若钻孔未揭露采空区或老巷道，则钻进至9～15煤层底板下1～2 m。开孔直径不小于130 mm。穿透第四系进入基岩稳定地段1.0～2.0 m后，下入φ127mm套管，套管内径110 mm，并用水泥浆液封闭套管与地层之间的间隙。换用φ110 mm口径钻头继续钻进，直至设计孔深。

图3 煤场区域注浆孔平面布置图Fig.3 Coal yard area grouting hole layout

图4 钻孔设计结构图Fig.4 Structural drawing of drilling design

3.2 注浆工程

注浆加固按分序加密的原则，采用分段纯压式注浆法[4]。即每个注浆孔，如能够一次成孔，自下而上分段纯压式注浆施工，按注入率为70～100 L/min的泵量控制，当孔口注浆压力达到设计压力时，注浆孔维持10 min，结束该段注浆，上提栓塞50 m左右，进行封闭注浆。依次逐段往上循环作业，直至孔口段注浆。注入率控制为70～100 L/min，各注浆段的孔口注浆压力达到设计压力并维持10 min，结束该段注浆。距注浆孔口10.0 m范围冒浆，结束注浆。注入率控制为70～100 L/min，当注浆段的孔口注浆压力陡升，超过设计压力值后，难以维持稳定、继续上升，可直接结束该段注浆。

4 效果评价

本工程于2020年6月11日开工，9月20日野外工程全部完成，共施工钻孔22个(掉钻钻孔9个，漏浆钻孔12个，实体钻孔1个)，总工程量3 992.16 m。根据钻孔勘探情况，按照设计要求，分别对钻孔进行了注浆、投料工作，共钻孔注浆6 436方(11 247.261 t)，投料462方(785.4 t)。工程施工的所有钻孔注浆压力均达到设计压力，施工工序、施工工艺均符合设计要求。通过对治理区域的采空区、巷道、裂隙的充填和固结，提高了场地地基的整体性和稳定性，治理场地稳定性等级为稳定，场地可作为拟建工业场地进行建设。

5 结语

后期计划在拟建工业场地采空区范围内建立地表沉降监测站[5]，定期进行监测，形成完整的地面沉降监测体系，以便监测采空区地表及建筑物下沉情况，根据变形程度采取措施并及时治理。