煤矿采空区治理工程实践

王少东

摘 要：该工程为煤井采空区上的新建加油站的地基处理工程，通过对比条带式注浆法和全充填注浆法的优缺点，该工程采用全充填注浆法进行处理，通过工程参数设计，用量经验公式计算，与施工实际用量对比，具有较高的准确性。通过三年的运营，场地范围内沉降控制在2mm以内，取得良好效果，可以推荐类似工程使用。

关键词：全充填注浆法；采空区治理；工程量；注浆量；沉降值

本工程为新建加油站工程，占地面积1500㎡，位于长治高速（南口）东南侧，长治——临汾公路北侧，根据区域地质资料及踏勘，本建设用地处于三元煤业3#煤井田范围内，建设用地下存在煤井采空区，采空区埋深约350m，煤层厚度约5.6m，采空区总面积约672㎡。

1.地基处理方案选择

根据《矿山开采沉陷学》〔1〕理论及煤矿“三下”采煤经验，结合国内多个采空区治理工程实践，通常采用条带式注浆法和全充填注浆法。

条带式注浆法是在采空区影响范围内，在采空区形成类似煤炭系统的“保安煤柱”，起着支撑采空区及上覆岩层的作用，该方法材料用量较小，但施工工艺复杂，造价相对较大。

全充填注浆法是在采空区影响范围内，按一定孔距和排列方式，将水泥粉煤灰注入采空区及上覆岩体裂隙中，浆液经过固化，胶结岩层裂隙带，同时采空区的浆液形成的结石体对其上覆岩层形成支撑作用，阻止上覆岩层的进一步冒落塌陷。全充填注浆法施工相对简单，安全性高，施工工艺成熟，施工易于管理，但缺点是材料用量较大。

两种方法比较，本次注浆采用全充填注浆法。

2.采空区治理范围确定

根据对该场地所做物探资料解释，场地下部存在2处高阻异常区，由于采空区引起的变形不止局限于采空区上部，因此治理范围应根据物探推测的采空区及塌陷造成的异常区，结合现场调查中场地东部发现的积水坑、西北部发现墙体裂缝等地面变形，从保证加油站整体场地的安全稳定性及场地条件等因素综合确定，本次加油站全部用地范围，治理面积约2500㎡。

采空区治理深度，根据地层情况，依据区域资料该区域3#煤层顶板埋深246.2米，煤层厚度5.2米，本次采空区治理深度为地面至3#煤层地板下2米，涉及注浆孔深度平均360米。

3.参数设计

3.1配合比确认

通过配比试验，浆液为水泥粉煤灰浆，水固比一般取1：1—1：1.3，本次以1：1.1为主，浆液稠稀随注浆情况进行调整。水泥占固相30%，粉煤灰占固相70%。帷幕孔的浆液中参加水泥重量2%—5%速凝剂，同时视情况加入2.5—5mm的石粉，以此减小浆液的流动性能，使灌入采空区内的浆液尽快凝固，在钻孔预设的影响半径范围内形成结石体，充分利用煤层顶板基岩的强度，形成帷幕，防止浆液流失。采空区空隙体积为拟处理采空区范围内的矿层体积乘以回采率，并扣除采空区因顶板冒落已经产生的变形。

3.2注浆量的估算

胶结注浆治理的实质就是以水泥粉煤灰浆液对采空区空隙体积进行充填和固结。其总注浆量可按下式估算：

式中：Q--采空区总注浆量（m?）；

S—采空区治理面积（㎡）；

m—采空区每层厚度（m）；

—采空区剩余空隙提及率；

K—每层采出率；

A—浆液损耗系数；

—注浆充填率；

C—浆液结石率；

—岩层倾角。

本次设计对治理区下伏3#煤层采空区治理参数选择为：A=1.2，m=5.6，K=70%， =45%， =90%，C=90%， =5°，S=2500。经计算注浆量约为5312m?。

3.3钻孔的布置

场地采空区治理所设注浆孔和帷幕布置于前述采空区治理范围内，结合由岩体裂隙程度设定的浆液扩散半径，根据采空区及上部建筑物的特点，本工程设计孔距15-20米，排距20米，梅花形布置。煤层采空区边缘的注浆钻孔沿采空区范围外缘布设，在多数块段边缘处注浆孔的浆液扩散半径已相互搭接，为使上覆土层裂隙也得到有效充填，注浆管采用花管，花眼间距0.5米。

3.4注漿

1、施工顺序：先施工外边缘帷幕孔，再施工注浆孔，注浆分二序次进行。

2、注浆：注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，注浆开始后，要定时观测泵的吸浆量和泵压，根据实际情况及时调整浆量和浆液浓度。

在注浆孔的注浆末期，当泵量小于70L/min时，孔口压力大于1.0MPA并稳定保持10分钟以上或注浆孔周围有冒浆等现象出现时，报技术部及监理部批准后可结束该孔的灌浆施工。

4.工程量

本次地基处理工程共计钻孔16个，钻孔注浆量5895m?。

5.结语

1、实际注浆量与预测值相差约11%，总体估计还是较准确且略小于实际值，对材料用量的估计及造价有较好的指导作用；

2、加油站经过三年的运营，场地范围及建筑未出现明显裂缝，沉降值控制在2mm以内。全充填注浆法可以推荐为类似工程使用。

参考文献

[1]洪镀.《矿山开采沉陷学》〔M〕中国矿业出版社.1994

（作者单位：中国石化销售有限公司山西石油分公司）