煤礦采空區注漿地基加固處理技術
為了防止采空區地基沉降，采用注漿方法對采空區及破碎巖層進行加固處理。本案例中闡述了對煤礦采空區治理的特點、施工工藝、施工過程質量控制及出現問題的處理措施等方面，淺談煤礦采空區注漿治理技術的應用。
1、工程概況
1.1工程概況
本項目擬建區域是原亨達煤礦潘家溝采區，位于鷹手營子礦區營子鎮河北村潘家溝，與營子城區隔河相望，緊鄰112國道，交通便利。
1.2工程地質條件
在勘探深度范圍內，地層自上而下為：
石炭系(C)：①砂巖為灰白色~青色，主要為石英砂巖，中粗粒結構，塊狀構造，巖芯呈柱狀，屬較硬巖：②頁巖為灰黑色，主要為炭質頁巖，含石英長石云母等，具薄片狀層理，巖芯呈短柱狀，屬軟巖;③煤巖，主要為六層煤。
二疊系(P)：①砂巖為兩層，上層為黃褐色，下層為青色-灰白色，主要為石英砂巖和長石砂巖;②頁巖為灰黑色，主要為炭質頁巖，含石英長石云母等，具薄片狀層理，巖芯呈短柱狀，屬軟巖;③煤巖，主要為四層煤。
第四系全新統(Q)：卵石為黃褐色，亞圓狀，具輕微~中等風化，填充物為中粗砂和粘性土，頂部局部含雜填土、粘性十、碎石。
1.3水文條件
礦區屬燕山山地水文地質分區，低山裂隙水亞區，主要含水層為第四系沖積層、茂山層含水層。第四系沖積層潛水主要存在于第四系松散沉積物的孔隙中，水位埋深為1~3.5m，主要受大氣降水補給，隨季節性變化顯著。茂山含水層主要由細砂巖、粉砂巖以及含礫粗砂巖組成，基巖水類型為風化網狀裂隙水，水位埋深約為22~25m。
1.4煤層分布及采空分布
本區域內主要可采煤層為4、6層。
四層煤：為全區主采煤層，由于火成巖侵入煤層破壞嚴重，煤厚2.7~2.8m，煤層東部厚西部薄，煤層傾角23°煤層夾石1~3層，夾石總厚為0.6~3.5m，屬于較穩定煤層。四層煤頂板為粉砂巖，頂部為頁巖、泥巖和薄層泥質灰巖，屬Ⅰ類不冒落頂板。
六層煤：為本區主要可采煤層之一，煤厚0.18~3.41m，平均煤厚為1.48m，厚度變化較大屬于不穩定煤層。六層煤底板往往有1~2m厚泥質頁巖或粉砂巖。頂底板巖石節理、裂隙發育，使其強度減弱，綜合分析判斷本場地采空區深度在80m以內。
2、采空區的注漿治理設計參數
采空區采用全灌注充填法進行注漿治理，即地表注漿充填覆巖裂隙區和全部充填采空區空洞支撐覆巖，以徹底消除地基沉陷隱患，從而達到有效控制采空塌陷對地面建筑的影響。根據治理范圍及勘察情況，本次治理設計采用帷幕孔和注漿孔兩種鉆孔進行治理。
2.1注漿治理深度
注漿治理深度為基巖面至采空區以下3m，注漿治理深度約為80m。
2.2注漿孔的設計
①平面布置：帷幕孔在治理注漿孔外圍呈線性布設，注漿孔在帷幕孔內呈網格型布設。
②孔距：根據有關施工規范和本采空區治理的施工經驗，綜合確定建筑物內帷幕注漿孔布置2排，孔間距10m，排距5米，治理注漿孔排距10m、孔間距10m。其他區域治理注漿孔排距15m、孔間距15m;治理注漿孔距帷幕注漿孔10m。
③孔徑：鉆孔孔徑控制在130~150mm，經一至兩次變徑后，終孔孔徑不應小于91mm。
④注漿施工順序：帷幕孔、注漿孔均采取間隔式分次序施工和注漿，一序孔要注意對采空區的補勘，二序孔要根據一序孔的鉆進效果判斷是否調整治理設計。具體施工順序為：
一序帷幕孔→二序帷幕孔→一序注漿孔→二序注漿孔
2.3注漿量設計
根據《采空區建筑物地基處理技術規范》GB51180-2016第4.2.4條全灌注充填法灌注量按下式估算：
式中：Q.為灌注量(m);t為灌注量損耗系數，可取1.2~1.5：S為采空區地基處理面積(m);M為采出煤層法向厚度(m);N為煤層回采率(%);n為采空區剩余空隙率(%);n為充填系數;c為漿液結石率(%)，以試驗或地區經驗確定，并不小于80%;a為煤層傾角(°)。
Q=1.4×29800×2.9×50%×30%X 0.85-0.85-cos 23°=19726.3m3
根據本區采空區治理施工經驗，每米注漿量約為0.5m3~1.5m3，平均每米注漿量約為0.79m。本次注漿孔共21990m，估算注漿量為17372.1m3。
2.4漿液配合比
參照本煤礦采空區注漿治理經驗，漿液水固比宜取1：1.0~1：1.3，固相中水泥、粉煤灰比為1：0.4，水玻璃為漿液的2.5%，膨潤土為漿液的1%，注漿前應取樣進行配比試驗，再確定配合比。
3、采空治理施工工藝
3.1注漿施工工藝流程
定點 → 鉆孔及下焊管 → 下注漿管 → 備料 → 攪拌漿液 → 注漿 → 終止注漿
3.2鉆孔定位
按照設計鉆孔坐標進行測量放線工作，定點測量誤差控制范圍為±10mm，鉆機就位誤差控制在±20mm。鉆機就位后，提交分項開工報告申請，經監理同意后方可進行開鉆。
3.3鉆孔施工注意事項
①勘察孔、勘察性試驗孔和注漿孔施工均采用中130mm或中146mm鉆頭開孔，鉆至完整基巖(10m左右)后，下入①127mm套管護壁，然后變徑為D91mm，孔深80m。如遇到厚層采空區可先進行分段注漿然后再施工，以免埋鉆。
②在鉆孔施工過程中，如發現漏水、掉鉆、埋鉆、機上見軟、見硬等現象，要詳細記錄其深度、層位和耗水量，并應立即采取相應措施。
③每個注漿孔鉆孔中測斜至少一次，終孔孔斜不得超過2°/100m。
④采用回轉方式鉆進，不允許用沖擊式鉆進，以防采空區突然發生塌落，施工時做好鉆孔開孔通知書、鉆探班次報表、巖芯編錄等資料。
⑤待鉆孔至采空區底板或煤層底板以下3m時，向技術負責和駐地監理工程師申請終孔，經驗收合格方可進行下一道工序。
⑥壓水沖孔。由于鉆進過程中孔內沉淀物較多，在下注漿管前應將鉆具下至孔底，壓水沖洗孔內殘留巖粉及其它沉淀物，保持孔內裂隙暢通。
3.4澆筑孔口管
(1)用中50mm鋼管作為注漿管，長度根據注漿孔深度而定。
(2)在注漿管前端200-300mm處焊接法蘭托盤中120~130mm或采用橡膠、尼龍條封堵。下入帶法蘭托盤或尼龍條的注漿管，注漿管下到變徑位置下2-3m。
(3)調制水泥漿，水灰比為1：1.5-1：2，可加入水泥重量的2-3%的水玻璃或其他快凝材料，攪拌均勻，灌入水泥漿液，澆筑長度應不低于10m。
3.6注漿施工
帷幕孔灌漿時，應在制漿材料中加入水泥重量的2%~3%水玻璃，使注入采空區的漿液盡快凝固，以形成幕墻。漿液濃度先稀后稠，逐級變換，漿液的配合比為1：1.3~1：1.4。
注漿孔灌漿時，應避免在短時間內注入大量的水泥粉煤灰漿，當灌注量達到設計量的30%，注漿壓力和單位吸漿量均無明顯變化時，應調濃灌注、采用間歇式注漿法施工。
當空洞體積較大或單孔注漿量達到120m”時，應使用漏斗狀的投砂器，用漿液將砂或礦渣帶入孔內，必要時可在漿液中加入水泥重量1%~3%的速凝劑。
3.7單孔灌漿結束標準
在灌漿孔灌漿的末期，泵壓逐漸升高，當泵量小于70L/min， 孔口管壓力在2.0MPa之時， 穩定10~15min， 可結束該孔的灌漿施工。
