关于煤炭采空区治理技术研究
摘要：采空区是指地下煤矿产被采出后留下的空洞区，在采空区上部进行工程施工之前，需要及时而有针对性地处理采空区，这些处理工作为采空区处理。我国幅员辽阔，采空区分布较广，山西、新疆、青海、陕西、河北、辽宁、黑龙江、蒙古、贵州、云南、江苏、山东及河南等省（自治区）均有分布。由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，因此，如何对地下采空区的分布范围、空间形态特征和采空区的空区处治对况等进行量化评判，一直是困扰工程技术人员进行采空区潜在危害性评价及合理确定采空区处治对策的关键技术难题。因此本文就对煤矿采空区治理技术进行深入的分析和探究。
关键词：煤矿；采空区；治理技术
根据相关的用地物探勘查报告可知，山西晋城某项目用地下部存在9号煤层、15号煤层双层采空区。其中9号煤层采空区分布在本场地内大面积存在，9号煤采空异常区5处，总计在场地内异常区面积为3033m2，15号煤采空异常区3处，总计在场地内异常区面积为16277m2，并且9号煤层异常区与15号煤层异常区还存在重叠，重叠部分面积为10036 m2。9号煤层治理深度为27~45m，平均深度为37m，15号煤层治理深度为58~86m，平均深度为71m。根据相关报告，只有对本场地的采空区进行治理之后，才能够进行上部结构的施工，下面是针对该煤矿采空区的治理技术。 一、设计依据
据勘察确定的方案和以往的治理经验，本地区采空区采用灌注充填法治理，即在地表打孔，通过注浆泵、注浆管，将水泥粉煤灰浆注入采空区及其上覆岩体裂隙中，浆液固化后胶结岩层裂隙带，同时采空区内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，防止地面因冒落而引起的沉陷变形，保证拟建建筑物的稳定[1]。鉴于小煤窑开采和塌陷变形的复杂性，通过有限的钻孔资料尚难以精确查明地下的全部情况，如出现与设计不符的情况，应及时与设计单位沟通以便对设计孔深进行调整。注浆孔应用全站仪、动态GPS等进行实地测量放样，钻孔实际位置原则上不应超过设计位置0.5m，当受地形及高压线影响，钻机不能就于设计位置时，可视具体情况进行调整。 二、成孔工艺
钻进初始阶段，首先在治理区域内布设注浆孔、帷幕孔总数的3%~5%的取芯钻孔布置取芯孔23~37个，取芯孔施工至15号煤层底部1m。对地层情况进行勘测和验证，确定和指示周边钻孔的钻进层位，其余钻孔可参照取芯钻孔的钻进情况实施不取芯钻进[2]。为保证按时完成治理施工任务，须采用相应的施工工艺和施工设备。在施工工艺方面，土层及强风化基岩选用合金钻头钻进，泥浆或套管护壁；中等及微风化基岩选用复合体钻头钻进。先用Φ127mm钻头开孔，开孔孔径控制在130mm以上，钻进至完整基岩面下5m后，下入110mm的套管。然后变径Φ89mm（成孔91mm），施工至9号煤层采空区中的塌陷冒落或煤层底板以下1.0m终孔。待9号煤层治理完成凝固后，再进行治理15号煤层，由于15号煤层钻孔与9号煤钻孔采用同一孔位，施工15号煤层钻孔时，用Φ89mm钻头（成孔不小于91mm）从孔口施工至采空区中的塌陷冒落或煤层底板以下1.0m
终孔。钻孔经钻探技术员及建设单位验收同意后，就可以浇铸注浆管。 三、浇铸孔口管
钻孔结束后，对9号煤层治理时，下入φ110mm钢管（壁厚不小于2.5mm）作为注浆管，在管子前端20～30cm处焊接一圆形法兰托盘（托盘直径110～125mm之间），松动套管，下入孔内变径处，再灌入水灰比为1：1.5～1：1.2的稠水泥浆，浇铸长度为4～6m，φ110mm钢管要高出地面0.5m，并在管口安装堵头[3]。浇铸质量要求达到注浆过程中浆液不会从孔口管外溢出；为加速注浆管与孔壁固结，可在水泥浆液中加入水泥重量2～5%的速凝剂。进行15号煤治理时，15号煤层钻孔施工完毕后，下入φ50mm钢管作为注浆管，φ50mm钢管要高出地面0.5m，注浆管浇筑长度为4～6m。
四、制浆工艺
本设计文件中规定的注浆材料主要由水、水泥、粉煤灰、速凝剂等组成，所有的注浆材料都需要符合相关标准的要求。对于浆液的配合比可以参照以往采空区治理工程的经验，还可以结合当地材料供应情况，通过配比试验，浆液为水泥粉煤灰浆，水固比一般取为1：1.1～1：1.3，施工时根据试验结果选择能够达到设计要求的结石率的配合比进行注浆，浆液稠稀可根据具体注浆情况进行适当调整。砂、碎石等骨料可就近取材。天然砂或人工砂，粒径不宜大于2.5mm，有机物含量不宜大于3%，石屑或矿渣最大粒径不大于10mm，有机物含量不宜大于3%，水泥占固相30％，粉煤灰占固相70％[4]。帷幕孔根据具体情况，采用较稠的浆液或在浆液中掺加水泥重量的2%~5%速凝剂，使注入采空区的浆液尽快凝固，以形成帷幕，避免浆液流失。配制浆液时，水泥与粉煤灰准确计量后，混入一级搅拌池中搅拌，然后经过滤网注入二级搅拌池搅拌，每次搅拌时间不得低于10分钟，待浆液搅拌均匀后，通过注浆泵注入采空区。一级搅拌池的搅拌时间不得低于8分钟，浆液在二级搅拌池停留时间不得超过4小时。 五、注浆施工顺序
同一段内应先施工帷幕孔，再施工注浆孔，注浆分二序次进行，煤层有倾角时，应先施工煤层底板较低处，再施工煤层底板较高处。注浆工作应间隔式分序次进行，从而提高充填率。每孔注浆前或必要的间歇期间采用清水洗孔，压水时间5-10分钟，另外在钻孔过程中岩层如以遇水易软化岩石为主时，注浆前可不进行空隙、裂隙的压水重洗；孔内不返水和掉钻的钻孔可不进行压水冲洗[5]。注浆前应量测注浆孔的孔深、水位，当实测孔深与终孔孔深相差较大时，应扫孔至设计标高。在注浆施工的开始阶段，注意搜集整理各地段各种配比浆液的灌注充填情况，获取更为合理的注浆施工参数。对于小窑采空区，要做好施工中注浆情况的分析整理和及时反馈，对浆液的配制和灌注进行适当的调整，最终实现治理工程的经济、合理、优质、高效。 六、注浆施工技术
在注浆施工的前期，要注意搜集各地段各种配比浆液的灌注充填情况，以提取更为合理的注浆施工参数。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，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。注浆设备宜采用BW250型泥浆泵。当地下采空区空隙较小时，可采用水灰比1：0.9～1：1.0的水泥粉煤灰浆，水泥为固体总重的30%，粉煤灰为固体总重的70%；当采空区充水时，宜采用浓浆并添加速凝剂。当帷幕孔地下采空区空洞体积较大或向场区外侧渗漏浆液时注浆量较大，可在制浆材料中增添水泥重量5%的速凝剂[6]。大面积灌注施工前，应根
据采空区特征选择代表性区段进行钻孔工艺性成孔试验和灌注试验，试验段孔数一般宜为设计灌注孔总数的3%～5%。对于单孔注浆孔结束标准中，灌注结束标准应在设计规定灌注压力下，单位吸浆量小于50L/min，稳定15min以上时结束灌注。当注入一定浆量，孔口压力不小于2.0MPa，若出现地表裂隙大量跑浆时，即可结束该孔的注浆施工，后期进行补浆处理。 结语
总而言之，在实际的煤矿采空区治理过程中，要注重制定一个科学的施工组织设计，这样才能够更好的保证工程施工的质量。由于采空区治理本身就属于隐蔽性的工程，施工方之后紧密结合工程的实际情况，及时和相关单位进行交流联系，进行科学的分析，才能够真正实现治理工程的合理性、经济性和高效性。 参考文献
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