淺析礦山采空區(qū)治理技術(shù)

摘 要：文章分析了采空區(qū)注漿的加固機理，并系統(tǒng)介紹了在注漿過程中各階段的施工工藝要求，最后指出了灌漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。文章對利用注漿法進行采空區(qū)治理工程具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：煤礦采空區(qū)；注漿治理；地層加固

1 注漿法加固機理

注漿法是采空區(qū)治理常用的方法之一，在進行采空區(qū)注漿時，首先將配置好的漿液通過注漿管注入需要加固的地層中，通常注漿液是由水泥、粉煤灰、水及其他添加劑按照一定比例混合而成的漿液。當(dāng)漿液由用泥漿泵按設(shè)計注漿壓力注入地層時，會填充、滲透到地層空隙中[1]。當(dāng)注漿壓力進一步加大時，漿液將會劈裂巖石并對巖體起到擠密作用。在上述漿液作用下，巖體中的空氣及水體會由注漿液體替代并被排出，當(dāng)漿液凝固之后，漿液強大的膠結(jié)作用會把較松散的巖石塊體或顆粒膠結(jié)在一起，提高注漿區(qū)域的整體性，提高注漿區(qū)域的抗拉強度及防水等性能[2-3]。

注漿壓力是影響采空區(qū)注漿效果的重要因素之一，隨著灌漿壓力的不斷提高，漿液在巖體中將依次對巖體起到劈充填、擠密、固結(jié)、劈裂作用，漿液在巖體中重復(fù)上述過程，使得漿液不斷擴大注漿范圍，最終達到對設(shè)計區(qū)域的注漿加固目的。文章以神木某礦區(qū)為例，探討煤礦采空區(qū)的注漿治理問題。

2 施工工藝

采空區(qū)注漿加固有較為成熟的施工工藝，現(xiàn)在較為普遍的施工方法是：首先加工注漿孔，為注漿提供渠道；其次是下管，作為注漿通道，直達注漿地層；第三是封孔，為注漿提高封閉環(huán)境，便于加壓注漿；第四是配漿，按照不同地質(zhì)特點及工程需要配置合理漿液；第五是灌漿，進行采空區(qū)注漿作業(yè)；最后是設(shè)備處理，包括回收、清理設(shè)備等后續(xù)工作。

2.1 鉆孔

鉆孔是影響注漿效果的關(guān)鍵因素，鉆孔首先應(yīng)準(zhǔn)確探入設(shè)計位置，保證注漿質(zhì)量，同時應(yīng)當(dāng)避免鉆孔出現(xiàn)錯孔等質(zhì)量問題，保證順利注漿。施工中鉆孔直徑為89mm，鉆孔深入至煤層底板預(yù)定位置。

2.2 下管

鉆孔鉆入預(yù)定位置后，應(yīng)及時布設(shè)注漿管。當(dāng)鉆孔為裂隙孔時，注漿管材料選用UPVC管，花眼間距設(shè)計為10.00～20.00mm，直徑為40.00mm～500.00mm，形式為交錯分布；當(dāng)鉆孔為采空孔時，注漿管采用575mm的UPVC管。

2.3封孔

封孔是為下一步加壓灌漿做準(zhǔn)備。封孔時首先把預(yù)制花管按規(guī)范放入孔中，然后用具有一定強度的水泥封堵孔口。為了保證封孔質(zhì)量，水泥的封孔長度一般不小于1.5m。

2.4 控制指標(biāo)

（1）注漿長度：注漿長度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)特點及工程要求進行分析計算確定。如果注漿區(qū)域地質(zhì)條件較差，或注漿要求較高，則應(yīng)加大注漿長度。

（2）注漿壓力：不同的注漿形式所需的注漿壓力是不同的，注漿形式包括滲透注漿、劈裂注漿和壓密注漿等。滲透注漿不需外在壓力，僅靠漿液滲透完成注漿作業(yè)；劈裂注漿和壓密注漿則需要不同的注漿壓力完成注漿作業(yè)，根據(jù)地質(zhì)條件及工程施工要求不同，注漿壓力設(shè)計值在0.10～0.50MPa不等。

（3）漿液配比：漿液配比影響漿液膠結(jié)力、凝固時間及注漿質(zhì)量等，施工中應(yīng)根據(jù)不同的施工要求進行配比，必要時應(yīng)進行漿液配比試驗確定最佳漿液配比方案。同時，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件的變化，合理調(diào)整漿液的配比。

（4）攪拌時間：將主劑與溶劑按設(shè)計比例放入攪拌機內(nèi)攪拌3～5min，待水泥、粉煤灰與水充分混合后，用泥漿泵將均勻混合的水泥粉煤灰漿液送入孔內(nèi)。

2.5 灌漿

上述步驟完成后，及時將注漿管與鉆孔連接，在灌漿初期不應(yīng)加注漿壓力，此時漿液將在重力作用下灌入孔內(nèi)。當(dāng)在規(guī)定范圍內(nèi)的鉆孔注滿漿液后，依據(jù)儀表壓力指示，通過控制泥漿泵從而實現(xiàn)對灌漿壓力的控制。當(dāng)泥漿達到巖層注漿區(qū)域后，在壓力作用下，其能夠克服外在壓力，對巖體產(chǎn)生劈裂作用，達到注漿作用。在注漿當(dāng)?shù)貙映詽{量較大時，可通過增大漿液濃度、添加粗骨料、間隔灌漿、調(diào)整壓力等技術(shù)手段來控制漿液的擴散半徑，使?jié){液控制在有效范圍內(nèi)，達到節(jié)省材料和地基加固的最佳效果。

3 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

（1）間歇吃漿量。當(dāng)漿液出現(xiàn)外溢時，暫停注漿作業(yè)，一段時間后恢復(fù)注漿，若注漿壓力達到0.50MPa后鉆孔的吃漿量依然很小或者停止吃漿時，可以判斷注漿完成。

（2）竄漿復(fù)注。當(dāng)鉆孔出現(xiàn)竄漿現(xiàn)象后，暫停注漿，并進行封孔作業(yè)，當(dāng)封孔完畢后，繼續(xù)注漿，直到注漿壓力達到規(guī)定范圍后，注漿完畢。

（3）注漿壓力驟升。隨著注漿作業(yè)進行，注漿壓力出現(xiàn)快速升高至較高水平（0.50MPa以上），同時此時吃漿量很小或不吃漿，則可認(rèn)為達到注漿要求，注漿完畢。

（4）地表反應(yīng)。在注漿過程中，地表出現(xiàn)隆起，或者出現(xiàn)裂縫等現(xiàn)象，可以結(jié)束注漿。

4 結(jié)束語

注漿法是采空區(qū)治理常用的方法之一，通過填充、滲透、劈裂、擠密等作用，并通過漿液較高的膠結(jié)作用能有效提高注漿區(qū)域的整體性，提高注漿區(qū)域的抗拉強度及防水等性能。應(yīng)嚴(yán)格按照工程規(guī)范進行注漿作業(yè)，同時應(yīng)時刻注意注漿壓力、地表反應(yīng)、吃漿量等注漿標(biāo)準(zhǔn)，保證注漿質(zhì)量。

參考文獻

[1]鄭育新.煤田采空區(qū)注漿治理工程監(jiān)理質(zhì)量控制的探討[J].山西建筑，2014，24：233-234.

[2]鄭富洋，李俊福.注漿加固技術(shù)在治理瓦斯涌出異常煤體中的應(yīng)用[J].煤礦開采，2014，3：79-81.

[3]白新斌.談公路設(shè)計中采空區(qū)的處置[J].山西建筑，2014，20：175-176.

作者簡介：邢龍龍（1984，3-），工作單位：中煤科工集團西安研究院有限公司，長期從事地質(zhì)災(zāi)害治理現(xiàn)場施工與管理工作。