合理确定采空区治理注浆孔间距

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摘要：以某铁路采空区治理项目为例，根据理论分析及现场试验，并根据该采空区特点，合理确定采空区注浆孔孔间距，有效指导工程实践。

关键词：采空区现场试验注浆孔间距

中图分类号：TU74文献标识码： A

随着地下煤层的开挖不断，采空区上覆岩层顶板断裂、破碎而冒落延伸到地表后，造成地面拉裂、塌陷、倾斜等不良地质现象，严重影响着铁路的建设与安全运营，必须对采空区进行治理。注浆压力、浆液配合比等参数的大小将决定浆液的扩散半径和充填、压密效果，注浆压力大，注浆孔孔间距受地质条件、及其他注浆工艺参数影响，注浆孔间距越小，空隙中浆液充填的程度较高[1、2]，但容易较大程度地增加采空区治理工程投资，造成浪费，因此，在确保良好的采空区治理效果前提下，合理确定注浆孔间距尤为重要。

1.工程概况

新建东平铁路在东都镇经沈村矿区，DK1+480~DK3+522地面下有多层、富水、煤层采空区分布,其中DK2+530~DK2+590为断层保护煤柱，线下空间上分布4~5层复杂采空区，采空区变形引起地面多处塌陷、不均匀下沉及房屋变形,对东平铁路工程的建设和运营安全产生严重影响，设计采用自上而下逐层注浆，然后复钻至下一层采空区进行注浆的方法对采空区进行治理，遇见较大空洞时充填粗骨料，注浆终止压力为1.0MPa。沿铁路线方向该采空区各煤层采空区情况统计如表1。

表1 各煤层采空区情况统计表

根据施工经验，采空区注浆压力过大时引起注浆管封孔失效，易出现从孔口周边返浆、注浆压力加不上去等问题；同时如采用塑料管作为注浆管，复钻时将破坏已经浇筑的注浆管，后续注浆时需要在钻至下一层采空区后重新浇筑，不仅浪费材料，而且延误后续施工，因此必须对封孔工艺进行完善。

2.采空区特点

煤系地层中煤层采空后形成采空区，其上覆岩层工程地质稳定性变差，易发生冒落，不同特点采空区对注浆工艺及参数有较大影响，该采空区具有以下特点：

（1）煤层采空区缓倾。该采空区位于向斜的东翼，总体形态为一单斜构造，倾角18°。

（2）多层采空区。矿区范围煤层比较集中，煤层间距不大，一般开采层数为3-4层。

（3）重复采动。根据调查资料分析，该采空区开采历史悠久，浅层煤层开采较早，随着采煤技术的不断发展，较深层的煤层陆续开采。

（4）采空区埋深较浅。该煤系地层倾角较小，各煤层浅部均有露头，地层结构简单，埋深较浅。

3.注浆孔孔间距影响因素分析

采空区注浆孔间距影响因素较多，主要受地下空洞的连通性、浆液的黏滞性与浓度、注浆压力的大小和持续注浆时间等因素影响，连通性越好、浆液浓度越小、注浆压力越大、持续时间越长，相同注浆条件下扩散半径就大，注浆效果越好。

根据扩散半径理论，不同钻孔间距与浆液扩散半径如下：

R≥0.6R0

R――浆液扩散半径；

R0――钻孔间距。

钻孔间距为20m扩散半径R≥0.6×20=12m；

钻孔间距为15m扩散半径R≥0.6×15=9m；

钻孔间距为10m扩散半径R≥0.6×10=6m。

因此合理确定注浆孔间距对浆液扩散半径影响显著，直接影响这采空区治理效果，因此必须合理确定采空区注浆孔间距，孔间距过大，注浆效果较差，孔间距过小，增加不必要的工程投资。

4.注浆孔孔间距现场试验

为了模拟地下采空区浆液扩散情况，在现场进行的倾斜底板（18°）注浆材料扩散模拟，试验选用与地面成18°角的平板作为采空区底板，向平板上缓缓倾倒浆液，模拟采空区注浆情况，根据现场试验得出如下结论：

（1）2：8浆液的扩散范围很大；

（2）砂+2：8浆液的扩散范围很大；

（3）在浆液里边加速凝剂可以适当降低注浆材料的扩散范围，很大程度上减少浆液流失；

试验段施工期间按照设计施工方案并结合现场实际情况考虑，孔间距暂按路基范围内排距、孔间距均为15m，路基坡脚外至采空区处理边界排距、孔间距均为20m，相邻排孔交错布置，每层采空区最外边一排为帷幕孔。为确定注浆效果，采用以上孔间距进行了试验性施工，通过检查孔的钻探情况、孔内弹性波CT及地震波CT等物探方法对试验性施工的注浆效果进行检验，分析浆液的扩散半径，进而验证上述孔位布置间距排距是否合理。

通过现场验证，注浆孔孔间距为15m时，采空区注浆效果良好，采空区充填率达87%，钻探验证时，钻孔轻微漏水，注浆孔孔间距为20m时，采空区注浆效果较好，采空区充填率79%，钻探验证过程中整体效果良好，个别区段漏水稍严重。

5.结论

注浆孔孔间距受地下采空区的连通性、浆液的黏滞性与浓度、注浆压力的大小和持续注浆时间等因素影响，合理的注浆孔间距，不仅保证良好的注浆效果，还能很大程度上节省工程投资，设计施工过程中应根据现场情况合理确定注浆孔间距，并根据现场验证进行合理优化。该项目通过理论分析及现场试验确定：路基范围内排距、孔间距均为15m，路基坡脚外至采空区处理边界排距、孔间距均为20m是合理的。可为今后采空区治理设计、施工提供成功借鉴。

参考文献

[1] 河南高速公路发展有限公司.高速公路下伏采空区治理工程-勘察设计、施工、监理、招投标[M].北京. 人民交通出版社, 2008

[2] 童立元.高速公路下伏采空区危害性评价与处治技术[M].南京.东南大学出版社, 2006