采空区治理粉煤灰等级对浆液性能指标的影响研究

邵凤局 耿 金

(中交通力建设股份有限公司，陕西 西安 710075)

我国地下开采矿山目前的实际情况是采空区灾害发生频繁，因事故死亡人数和国外同类相比相对较高，安全生产形势相当严峻，危及到人民群众的生命安全，对生态环境造成了严重破坏，给国家造成了巨大的经济损失，制约了我国矿山企业的可持续发展[1]。

目前，采空区治理大部分采用压力注浆的形式进行治理[2]，其中采用水泥粉煤灰浆液者居多。而浆液的各项性能指标是检验注浆质量好坏的一个很重要的检测内容，其性能指标主要有密度、粘度、结石率和抗压强度。注浆效果既要达到一定的填充率，又要满足上部土体及结构物承载力和变形的要求，还要求注浆工作便于开展施工。浆液的各项性能指标既要满足设计及施工要求，又要多方面兼顾，以求达到最佳的注浆效果，满足工程建设的需要。本文主要针对粉煤灰等级进行试验研究，以探讨粉煤灰等级对水泥粉煤灰浆液各项性能指标的影响规律，得出不同工程需要条件下注浆用粉煤灰等级的选取标准。

1 试验材料及试验方案

试验材料主要有：水泥(32.5号矿渣硅酸盐水泥)、粉煤灰(Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级)、水，采用不同细度的粉煤灰在相同固相比、不同水固比条件下测定水泥粉煤灰浆液各项性能指标。试验方案见表1。

表1 试验方案汇总表

2 试验结果分析

采用的试验设备主要有：泥浆比重计、泥浆粘度计、量筒及抗压试验机，各指标的测试均按照相关规范标准要求进行。

表2 试验结果汇总

通过对1∶1.0和1∶1.3两种水固比条件下的水泥粉煤灰浆液的试验结果可初步得到以下结论：

1)粉煤灰等级越高，水泥粉煤灰浆液的密度越大。浆液的密度越大，注浆效果越好；2)粉煤灰等级越高，水泥粉煤灰浆液的粘度越高。粘度越低，越便于注浆施工的开展；粘度越高，对注浆设备的要求也越高；3)粉煤灰等级越高，水泥粉煤灰浆液的结石率越高。浆液的结石率越高，注浆的填充效果越好，处理后的岩土体抵抗水平和垂直变形能力越强；4)粉煤灰等级越高，水泥粉煤灰浆液结石体的抗压强度越高。浆液结石体的抗压强度越高，处理后的岩土体的地基承载力越高。

为了得到粉煤灰等级对浆液性能指标更为直观的影响规律，将表2中的各项试验结果数值在直角坐标系中进行绘制，见图1～图4。

由图1～图4可见，密度和粘度与粉煤灰的关系曲线基本呈线性关系，结石率和抗压强度与粉煤灰等级的关系曲线可用二阶多项式进行拟合，可初步得到浆液各项指标和粉煤灰等级的数值拟合公式。由于试验数据有限，该数值规律有无共性还有待验证。

3 结论及施工控制

1)粉煤灰等级越高，水泥粉煤灰浆液的密度越大、粘度越高、结石率越高、浆液结石体的抗压强度也越高；2)密度和粘度与粉煤灰的关系曲线基本呈线性关系，结石率和抗压强度与粉煤灰等级的关系曲线可用二阶多项式进行拟合；3)采空区治理工程水泥粉煤灰浆液尽量采用Ⅲ级粉煤灰进行浆液的配制，其密度、结石率和抗压强度均能达到较高的数值。无论是其填充效果，还是处理后岩土体的地基承载力及抗变形的能力都较高；对于细微裂隙的注浆可采用Ⅰ级粉煤灰进行浆液的配制，这样能使浆液最大限度的填充细微裂隙，达到最佳的治理效果。

参考文献：

[1] 康宏申，秦海清.煤矿安全经济开采研究[M].北京：煤炭工业出版社，2011.

[2] 童立元.建筑下老采空区塌陷区地基注浆填充材料试验研究[J].建筑技术，2003,36(6)：456-459.