正旺煤业主斜井采空区治理方案

【摘要】正旺煤业主斜井井筒下伏采空区，为了防止采空区上方地表形成较大的裂缝和塌陷对主斜井井筒施工和使用造成不利影响，文章结合主斜井井筒地质条件及采空区情况，研究设计了采空区注浆治理方案，论述了采空区治理工程施工技术，为类似工程设计与施工提供了借鉴的经验。

【关键词】主斜井；采空区治理；浆液配比；注浆设计

1.工程概述

正旺煤业有限责任公司是经山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室批准以地方骨干企业山西汾西矿业集团有限责任公司为兼并重组整合主体，由原孝义市鸿源煤矿有限公司、原山西汾西矿业集团水峪煤矿有限责任公司北部的部分资源进行兼并重组整合，兼并重组后更名为山西汾西正旺煤业有限责任公司。矿井批准开采2-11号煤层，井田面积5.205km2，生产规模120万t/a。

主斜井为正旺矿主要运输井，井口坐标为X=4103623.000，Y=19555630.000，Z=+945.000（底板），方位角为270°，主斜井井筒全长为445m，其中表土段150m，基岩段295m，倾角为-21.5°，断面为直墙半圆拱形，净宽5m，净高4m，净断面积17.33m2，基岩段掘宽5.3m，掘高4.3m，掘进断面积19.78m2。

主斜井施工方式采用全断面光面一次爆破施工，巷道永久支护形式为：表土段采用钢筋混凝土支护，基岩段采用锚网喷+锚索联合支护；临时支护采用DWB-30/100型单体液压支柱支护。主斜井断面如下图所示。

2.采空区治理可行性分析

我国是煤炭资源大国，多年的煤矿开采导致了大面积的采空区分布，一些大型的建筑物工程不可避免的要涉及采空区问题，如何保障采空区上方建筑物的安全是“三下”采煤技术人员的主要研究内容，经过几十年的事件也积累了大量的经验。

正旺煤业主斜井为钢筋混凝土结构，抗变形能力相对较强，且地下采空区为近年采空区，通过合理的设计和对采空区的治理，可以保证建设的安全。

根据正旺矿的资料，主斜井下方采空区的位置和范围比较清楚，本设计基于现场所提供的采空区分布范围图制定采空区注浆处理方案，主要思路是利用井下现有的巷道，向采空区施工注浆钻孔，以节约钻孔费用。对已揭露的采空区进行井下砌筑密封，然后进行灌浆充填处理，砌筑采用浆砌片石，注浆材料选用水泥粉煤灰浆液。

根据采空区实际情况，开采后采空区上方形成冒落带、裂隙带；由于开采时间不是很长，冒落带很难全部压实，注浆处理采空区的目的是使冒落带和裂隙带的空隙通过压浆将其固结起来，以确保井筒安全，为此，注浆工程分两步进行。

第一步：注浆治理工程，确保注浆的质量。

第二步：注浆治理效果综合检测及评价。由于采空区治理工程的隐蔽性和复杂性，在注浆工程结束后很难直观了解注浆工程的效果，需要借助一定的技术手段来评价采空区注浆加固效果是否达到设计要求。采用“物探+钻探+岩石力学实验”的综合检测方案，以实现由点到面，由定性到定量的综合分析和评价，工作量包括注浆后物探工作，漏失量观测工作，岩石力学测试，最终得出采空区治理效果综合检测报告。

3.采空区治理方案

对于煤矿采空区的治理，一般采用井下巷道浆砌法、井下巷道砌碹法、井下回填法和全充填压力注浆法来治理煤矿采空区。

根据正旺煤业有限责任公司主斜井井下采空区的实际情况，结合目前的采空区治理工艺，决定主要采用井下全充填压力注浆法治理采空区。

总体方案为：利用现有巷道向9#煤层采空区施工倾斜注浆孔进行注浆治理。该方案主要优点是可节约大量钻孔费用。对已揭露的采空区，采用浆砌片石砌筑，先密闭所有采空区，然后再进行注浆充填处理。

设计方案：正旺矿主斜井采空区位于注浆巷道上部，采空区与注浆巷道位置如下图所示。

此方案在巷道内施工向上倾斜的注浆钻孔。因采用的注浆孔为倾斜孔，所以图中所标示的注浆孔位置为注浆孔进入采空区底板的位置，孔口布置于现有的巷道中。另外需要注意：注浆孔的孔底设计深度为采空区底板以上垂直距离不小于10m的深度（可根据钻孔倾角换算实际的倾斜长度），注浆孔的注浆区域为采空区及上部冒落带和裂隙带。

4.工程质量检测

工程质量检测包括施工过程中的质量监测、变形观测和施工结束后的治理效果监测。监测和检测是控制采空区质量工程质量的两个方面，同时也是做好预警工作的前提。检测是采空区处治后的质量检查，监测数据是采空区治理效果评价的重要依据。

4.1施工中的质量监测

施工单位的自检包括：原材料水泥、粉煤灰、砂的检验，原材料的出厂检验单、批次质量检验，浆液配合比、浆液参数如结石率、粘度进行测试和试块的制作，要求28天配比为3：7水泥、粉煤灰试块的抗压强度≥1.0Mpa，施工中技术人员必须掌握采空区注浆治理的相关技术要求和质量标准，并做好施工记录。

建设单位进行全方位的监督和管理，不定期进行抽检，对原材料用量、浆液的各种指标进行监督和管理。

建设单位要做好现场的检查工作。检查施工单位是否严格按照设计进行施工，加强管理。

4.2施工结束后注浆质量检测

依据以往采空区治理工程的经验，采用下列方法进行注浆质量检测：按注浆孔总数的2～3%及最少两个孔来确定检查孔数量，检查孔应布置在重要的构筑物或施工中有疑问的地段。

4.2.1钻探：注浆施工结束6个月后，进行钻孔检验。检查孔深度为地面至采空区底板的深度。通过孔内取芯直接观察采空区的浆液充填情况，要求取出的浆液结石体芯样平均单轴抗压强度≥0.8Mpa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。

4.2.2根据钻探资料，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，是否需补充注浆。

5.结论与建议

5.1结论

通过以上分析得出主要结论如下：

（1）从现有场地来看，地表没有出现较大的裂缝和沉陷，判断为开采煤层较薄，回采率低，所以没有形成较大影响，目前主要建筑项目为新掘主斜井，该区域分布较大范围的采空区，而且主斜井要穿过采空区，非常危险，施工时要注意。

（2）新掘主斜井支护方式为现浇混凝土结构，抗变形能力较强，井下在采空区周围分布有完整的巷道，由于煤层地质条件各异，每个区域煤层开采后冒落带和裂隙带也不相同，所以井下注浆钻孔长度存在不确定性，施工中遇到卡钻时，必须重复扫孔，重复注浆；最终目的是确保采空区冒落带和裂隙带注满浆液。

经研究，通过从井下已有巷道向采空区施工注浆钻孔并进行注浆治理采空区的方案是可行的。

（3）治理分两步进行，第一步，治理工程，治理工程包括钻探工程和注浆工程。第二步：注浆治理效果综合检测及评价。由于采空区治理工程的隐蔽性和复杂性，在注浆结束后很难直观了解注浆工程的效果，需要借助一定的技术手段来评价采空区注浆加固效果是否达到设计要求。采用“物探+钻探+岩石力学试验”的综合检测方案，以实现由点到面，由定性到定量的综合分析和评价，包括注浆前后物探工作，漏失量观测工作，岩石力学测试，最终得出采空区治理效果综合检测报告。

5.2建议

为确保正旺煤业主斜井建成后的长期安全，提出以下建议：

（1）在施工前，应编制采空区注浆设计和施工组织方案。

（2）在采空区注浆治理工程完成后，应进行采空区治理效果工程检测，以保证采空区治理质量达到要求。

（3）建立山西汾西正旺煤业有限责任公司主斜井底板移动监测网，进行长期巷道围岩位移监测工作。

参考文献

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[2罗毅莎，姚振巩.采空区安全处理的对策措施研究 [J] .采矿技术， 2010

[3张碧华.浅议采空区治理施工技术 [J] .山西建筑，2011（12）

[4侯常春.浅谈煤矿采空区治理工程的施工管理[J] .探矿工程 （岩土钻掘工程）， 2009（S1）

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