采空区注浆方案

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1、1、治理方案选择之欧侯瑞魂创作依据矿山开采沉陷学理论及煤矿“三下”采煤经验，结 合国内多个采空区治理工程实践，通常采取条带式注浆法和全胶 结注浆法。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 方法资料用量较小，但施工相对复杂。全胶结注浆法是在采空区影响范围内，按一定孔距和排列方 式，布设足量的注浆孔，用钻机成孔，通过注浆泵、注浆管，将 水泥粉煤灰浆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。全胶结注浆法已 在国内多个采空区治理

2、工程中取得了成功的经验，该方法施工相 对简单，平安性高，施工工艺成熟，施工易于管理，但缺点是资 料用量较大。两种方法比较，本次注浆采取全胶结法。2、采空区注浆治理范围治理长度为铁路路线走向上采空区（空洞）实际分布长度。 当采空区煤层较厚，地表变形破坏严重，采空区治理长度应考虑 增加覆岩移动角影响范围内的治理长度。采空区治理宽度可按如下公式计算： 倾斜岩层时路线与岩层走向平行或者斜交：L=D+2B+ （2hctg+H ctg B + H ctgY）下上 水平岩层时：L=D+2B+2 （hetg+H etg S ）式中：L垂直铁路中线的水平方向宽度（m）；D铁路路基底面宽度（m）；B路基维护带一侧

3、的宽度（一般为10m）；h上覆松散层厚度（m）；H采空区上覆基基岩厚度（m）；e松散移动角（）, 一般取45；5走向方向采空区上覆基岩移动角（）；B 一一下山方向采空区上覆基岩移动角（）；Y上山方向采空区上覆基岩移动角（）；采空区治理深度一般不小于采空区底板深度。4、采空区注浆体积与注浆量 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发生的变形。全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。总注浆量可按下式估算： 式中：1-采空区总注浆量（m3）；冈-采空区治理面积（m2）；m-采空区煤层厚度（m）；匡-采空区剩余空隙体积率，

4、即煤层被采出后，原空间经塌陷冒 落岩块充填后剩余的空隙率，其取值在0.21之间； 囲-煤层采出率，参照采掘平面图经矿山调查选取； 园-浆液损耗系数，经验值取1.11.5； 冋-注浆充填率，经验值取0.9；C-浆液结石率，取0.9；5、采空区注浆设计5.1注浆资料及配比注浆资料选用水泥粉煤灰浆液，其水固比1： 1.01： 1.4, 水泥含量占固相的30%，粉煤灰占固相的70%，帷幕孔根据具体情 况采纳较稠的浆液或在浆液中掺加水泥质量的 2%速凝剂（水玻 璃，模数2.43.4，浓度30Be40Be），使注入采空区的浆液 尽快凝固，以形成帷幕，防止浆液流失。5.2注浆孔（帷幕孔）设计1）钻孔布设注浆

5、孔设计的深度为地面至采空区煤层底板，注浆孔的主要 灌注长度为采空区最上部岩层顶面以下5m至采空区底板，孔口管 长度为地面上0.5m至基岩下5m变径处的深度。为了防止在压力注浆过程中浆液的四处蔓延，为此设计了帷 幕孔。帷幕孔布在处理区周边，孔距根据经验可选择1820m。 注浆孔在采空区治理范围内梅花型安插，注浆孔孔距 1020m，排距 1020m。为检查施工质量，通常按灌浆孔的25%设置检查孔数量， 检查孔可随机安插。检查孔长度应为原地面至采孔区底板的深 度。2) 钻孔结构(1) 孔 深采空区注浆孔(帷幕孔)设计深度为m,实际以揭穿采空区底 板0.30.5m处为准。(2) 孔 径钻孔开孔直径宜在

6、130-150mm，进入完整基岩5m后变径，终 孔直径不小于91mm。(3) 取 芯取芯孔数量应占总孔数的 5%。采空区段和岩层破碎段岩芯采 纳率不低于30%，其它部位不低于 60%。(4) 止 浆 可采取似法兰盘简易止浆法完成止浆。6、采空区注浆施工工艺及质量控制6.1 工艺流程概述采空区治理工艺流程是采空区治理工程的核心内容，是关系到采空区治理工程质量和效益的关键环节，包含成孔工艺、制浆工艺、注浆工艺等一系列前后连续、配合紧密的工艺流程。采空区治理工艺流程内各环节的相互关系如下图所示：注浆孔应用经纬仪、皮尺进行实地丈量放样，钻孔实际位置原则上不该超出设计位置0.5m,当因地面影响，钻机不克

7、不及就 于设计位置时，可视具体情况进行调整。2）成孔工艺及技术要求（1）成孔工艺钻进初始阶段，各采空区治理区域内分别布设23个取芯钻 孔,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。为包管按时完成治理施工任务,须采取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。施工设备需采取 10 台以上的工程地质钻机,并配备大功率空 气压缩机实施潜孔锤钻进。成孔工艺简述如下： 用130mm钻头开孔，钻进至基岩面下5m后，下入127mm 套管护壁，然后变径89mm

8、。 用89mm钻头，钻进至采空区中的塌陷冒落或煤层底板 0.30.5m终孔。 钻孔经钻探技术员及现场监理验收同意后，浇铸注浆管。（2）技术要求 钻孔位置要与丈量所定孔位一致，偏差不该超出，如因地 形影响钻机不克不及就位时，报技术部视具体情况，请示监理工 程师变动孔位，不得擅自改变孔位。 钻孔测斜频率：在终孔前丈量一次孔斜（顶角、方位 角），要求终孔孔斜W2。 钻进时必须采取一定的导向措施，以包管成孔质量。基岩 面5m以下必须采纳清水钻进，回水池岩粉要及时清理干净。采空 区底板岩芯必须取芯并拍照。 钻孔施工过程中，要做好钻探原始记录，尤其是采空区塌 陷冒落带。钻探记录要使用蓝、黑色钢笔填写，记录

9、要整齐、清 晰、真实、规范，地层分界、岩性鉴定要准确，并有施钻和记录 人员签字。 钻孔施工过程中，如发现漏水、漏风、掉钻、埋钻、卡钻 等异常现象要详细记录其深度、层位和耗水量、耗风量，并通知 技术部。 钻孔施工过程中和终孔后，要进行水位观测，并记录。 钻进过程中要及时观察并记录钻孔耗水量。 终孔后经技术人员检查钻探原始记录和岩芯辑录后，报监理验 收并签发终孔通知书后，方可转入下一道工序。3）浇铸孔口管钻孔结束后，采取Q50mm钢管，在管子前端2030cm处焊 接一圆形法兰托盘（托盘直径120130mm之间），下入孔内变径 处，松动原ei27mm护壁管，再灌入水灰比为1：1.2的稠水泥 浆，浇铸

10、长度为46m，然后起拔护壁管。浇铸质量要求达到注 浆过程中将液不会从孔口管外溢出。水泥浆液中应加入水泥重量 2%的速凝剂，快速将注浆管与孔壁固结Q50mmm，并在管口装置 堵头。1）注浆资料要求注浆资料主要由水、水泥、粉煤灰、速凝剂等组成，水为甲 方提供，参照混凝土拌合用水尺度（JTJ-89），其SO -2含量4100cm(2) 注浆系统技术要求 料场：堆放资料的料场场地要平整，运料车辆能正常通 行，且紧邻搅拌机，使资料便于运输、搬运；要求设有防潮、防 雨措施。 搅拌机：要求能满足正常施工要求，搅拌后的浆液应均 匀，符合设计要求，一次搅拌量应$3。 搅拌池：修建的搅拌池应满足正常施工要求，池为

11、圆柱 体，中间设置搅拌系统，使得搅拌后的浆液均匀，符合要求，一 次搅拌量应$3O 蓄水池：制浆站应根据施工注浆总量需要，建立数个蓄水 池，以包管正常施工，蓄水池建筑规模及要求视工地具体情况而 定。 注浆泵：宜采取变量泵，其额定排浆量不小于200L/min, 注浆泵压力应大于注浆最大设计压力的1.5倍。 压力表：注浆孔压力表最大指数应大于2.0MPao帷幕孔压 力表最大指数应大于5.0MPa。 封孔装置：注浆孔采取50mm钢管，在管子前端2030cm 处焊接一圆形法兰托盘(托盘直径120125mm之间)，下入孔 内变径处。封孔装置也可采取球形止浆塞，封孔位置在基岩内510m处，或采空区上方102

12、0m处。该封孔装置具体封孔位置 由现场试验来定。 注浆管：采取50mm钢管，丝扣连接。2)注浆工艺及其有关参数(1) 施工顺序：先施工帷幕孔，再施工注浆孔，注浆分二序次 进行。按煤层倾斜方向，先施工米空区低的钻孔，后施工米空区 高的钻孔。(2) 注浆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。注浆采取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。注浆设备宜采取灰浆泵。当地下采空区空隙较小时，可采取 水灰比1:1.01:1.2的水泥粉煤灰

13、浆，水泥为固体总重的30%， 粉煤灰为固体总重的70%。制浆资料中增添水泥重量25%的速凝 剂。当地下采空区空洞体积较大或向场区外侧渗漏浆液时，可于 孔口处增设一漏斗状的投砂器，用浆液将砂或石粉带入孔内。防 止浆液向场区外侧渗漏是实现本期采空区治理工程经济性的个关 键环节，需密切观测场区边沿帷幕孔及接近边沿注浆孔的灌注情 况，需要时及时增加浆液中砂或石粉的投送数量。(3) 单孔注浆孔结束尺度 在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于 70L/min 时，孔口管压力在l.OMPa以上稳定1015分钟后，或注浆孔周 围有冒浆等现象出现时，可报监理工程师同意后结束该孔的注浆 施工。7 注浆质量检

14、验7.1 检验方法采空区治理工程结束后，可委托第三方进行注浆质量检测。 根据以往经验，建议采取下列方法进行注浆质量检测：1. 钻探：注浆施工结束 6 个月后，进行钻孔检验。通过孔内 取芯直接观察采空区的浆液充填情况，岩芯无侧限抗压强度 0.3MPa，并结合钻探过程中循环液的漏失情况及孔壁的稳定性等 评价注浆质量。2. 波速测井：在检查孔内进行波速测试，采空塌陷冒落带经 治理后，横波波速应大于 160m/s。3. 结合钻探和物探资料，做出综合评价。在全面分析研究这 些资料的基础上，最终确定注浆质量是否合格；是否需弥补注 浆。1）注浆质量检测位置应随机布设。2）为检查施工质量，通常按注浆孔的25%设置检查孔数 量，考虑到本工程按区进行治理，因此每区设置一个检查孔。检 查孔于治理区域内随机布设。检查孔长度应为原地面至采空区底 板的深度。