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采空区地面塌陷回填注浆区域治理设计

时间:2020-04-30 10:35来源:www.tjsaizhi.com.cn 作者:天津赛智 点击:


(一)采空区地面塌陷回填注浆区域治理

采空区的处理方法主要有灌浆法和非灌浆法。其中,非灌浆法主要包括干砌石法、浆砌石法、开挖回填法和跨桥法。

灌浆法体系将灌浆材料注入采空区地基土颗粒、土层界面或岩层空隙或冒落区的空隙中,以增加其强度或降低其硬化后的渗透性。

干砌石法是用碎石回填并建造采矿后形成的空腔,砌体与空腔的顶板紧密接触,使桩能支撑住顶板,从而保证采空区上方覆岩的稳定性。该法主要适用于采空区,煤层开采后空间大、塌陷不完全,应具备良好的通风、便于人工操作、材料运输等采空区的施工条件。

砂浆砌筑法的适用条件与干砌石法基本相同,不同之处在于要求堆放的物体具有较高的整体强度。

开挖回填法是先开挖浅采空区,然后用干砌石或浆砌石回填。

桥跨法是以以桥,的形式跨越采空区的不稳定地段,桥梁的桥墩和桥台应处于稳定的岩体中。该方法主要适用于采空区煤层开采规模小、开采深度在几米至几十米的地区。


选择治理方法的主要条件

在选择采空区的治理方法时,应考虑以下主要条件、采空区,的特点、项目的重要性和建设条件。

例如,浅采空区可以通过挖掘和回填来处理。对于采空区的一般工程,可采用水泥和粉煤灰灌浆法主要用于充填,且水泥用量不得超过20%;重要工程的下卧采空区段应采用水泥浆进行处理,主要用于地基加固或水泥含量大于50%的水泥粉煤灰砂浆。当注浆能引起地下水位变化时,会给邻近矿井的生产带来危害等。选择方法时,应综合考虑尽量减少对周围环境的危害。


(二)采空区地面塌陷回填注浆区域治理设计

1.治理设计的原则

设计前应对调查报告进行详细研究。

根据采空区,的形成时间、埋深、采空区厚度、采矿方法、顶板或覆盖层岩性及其力学性质、水文地质和工程地质条件,选择处理方案或方法。

施工前应进行相关试验,并按设计灌浆孔总数的5%-10%进行现场灌浆试验,包括灌浆比例、成孔工艺、灌浆施工工艺、灌浆设备等。

在分析总结实验结果的基础上,对设计进行了优化。

2.不同设计阶段的要求:

在可行性研究的设计阶段,应尽可能避开采空区,尤其重要的建筑不应在采空区的基础上设计。如果不能完全避开,采空区,的范围越小越好。

在初步设计阶段,灌浆材料、浆液类型、成孔工艺、灌浆工艺等问题。并据此进行技术经济论证,提出最佳设计方案。

在施工图设计阶段,确定灌浆材料和灌浆类型,设计灌浆孔的位置、结构、孔深和相应的灌浆量,设计灌浆方法、成孔工艺和灌浆施工工艺,并据此提出采空区治理的经济指标和工程预算。

3.采空区灌浆处理的范围

灌浆范围与采空区,埋深分布、上覆岩性和工程类型(开挖和填方)有关。采空区处理的长度和宽度应考虑覆盖层移动角影响范围内的处理范围。采空区处理的深度原则上是煤层底板以下3米。

4、灌浆材料

水:应满足搅拌混凝土的用水要求,其酸碱度应大于4。

水泥:水泥等级不应低于325,矿渣水泥应优先考虑,其次是普通硅酸盐水泥或其他类型的水泥。如果采空区的水对浆液结石体有强至中等的衰变,应使用耐硫酸水泥。

粉煤灰:应符合国家二、三级质量标准。

粘土:可塑性指数不应小于14,粘土含量(粒径小于0.05毫米)不应小于25%,砂含量不应大于3%。

骨料:砂应为硬天然砂或人工砂,粒径不大于2.5毫米,有机物含量不大于3%。石屑或矿渣的最大粒径与溶洞、洞穴和裂隙的宽度有关。一般来说,它不应大于1.0厘米,有机含量不应大于3%。

外加剂技术指标要求:水玻璃模数应为2.4~3.0,且浓度应为30 ~ 45波美度。

5、灌浆钻孔

钻孔的布置、灌浆孔的排距和孔距通常由现场试验确定。当试验无法进行时,宜根据采矿方法、覆岩结构和岩性、回采率、顶板管理方法以及冒落带和断层带的裂隙与裂隙之间的连通性,根据经验值进行设计。


注浆孔和帷幕孔排距和孔距经验值一览表

注浆孔和帷幕孔排距和孔距经验值一览表.jpg 


钻井结构和技术要求

孔深:灌浆孔或帷幕孔应钻至采空区(或煤层)地面以下3米处。

孔径:钻孔孔径应控制在130至150毫米之间,最终孔孔径不应小于91毫米。

变径位置:灌浆孔和帷幕孔在完整基岩8 ~ 10米处应为进入变径。

取芯孔:取芯孔数量为灌浆孔和帷幕孔总数的3% ~ 5%,采空区取芯率不低于30%,其他地方取芯率不低于60%。

钻孔倾角测量:钻孔倾角测量每50m进行一次,钻孔倾角不超过每100米2。

注浆管直径:选用直径不小于50毫米或127毫米的钢管。当需要骨料时,管道直径不得小于89毫米。

6.泥浆停止要求

采空区,只有一个煤层,可以一次完成停浆。宜采用类似于法兰盘或法堵浆塞、套管等的简易堵浆法。水泥浆的灌浆高度不得小于8m。

为了控制两个以上煤层的采空区,灌浆和钻孔应完成两次以上。下行法,应使用套管灌浆停止灌浆,上行(法)应使用灌浆塞停止灌浆。

下行段灌浆应使用套管停止灌浆。

法广场:孔径整个基岩进入为8m,浇注0.5: 1 (1: 2)或更厚水玻璃的水泥浆。水泥浆柱高度不小于8m,然后下入止浆管(即挡墙管、孔口管和注浆管)。水泥浆最终凝固后或24小时后,直径应减小并钻至第一煤层采空区的设计深度。灌浆可通过在孔口管上安装三向灌浆管来进行。该段灌浆完成后,应在水泥浆最终凝固后,扫孔并钻至第二灌浆段的深度。灌浆和扫孔重复多次,直到最低采空区的灌浆完成。

为控制多层采空区,宜采用自上而下(以下简称向下)分段灌浆法本方法简单易操作,工程质量好。其缺点是建设周期长。

分段向上灌浆的法应使用止浆器停止灌浆。这个法要求灌浆塞放置在裂缝未发育的完整基岩下。多层采空破碎带裂隙发育,不适合法。

7.灌浆和相关参数

泥浆与泥浆浓度的比例应由稀到密,并逐步采用5:1、3: 1、2: 1、1: 1、0.8: 1、0.7: 1和0.6: 1等7个浓度比水平。当然,根据项目目的和施工现场的具体情况,可以选择三个或四个集中度。当采空区充满水时,应采用3或4个更高浓度的浓度比。

灌浆压力是控制灌浆质量、提高灌浆效率的重要因素。端压与采空裂隙带的间距、裂隙的大小或数量、水文地质和工程性质条件等有关。一般在现场灌浆试验后确定。一般情况下,孔板压力用于控制工程质量。应先确定注浆压力值,该值可随注浆深度的增加而增加,取地下水静水压的1.5 ~ 2倍,然后估算孔口压力值。

在吸浆结束时,采空区的输煤系统使用小于20L/min,交通系统使用小于50L/min的注浆量。一般来说,当注浆压力达到设计值(端压)时,端吸量越小,工程质量越好。

由于浆体石体的强度,采空区处理宜采用水泥粉煤灰浆。当采空区公路路基稳定性要求较高时,应选用纯水泥浆

m——采空区煤层厚度(米)。

V-采空区剩余空隙率:即煤层开采后,原空隙被坍塌的冒落石块充填后的剩余空隙,其值在0.2-1之间。

k-煤层回收率。一般来说,是通过实际的采矿调查来确定的。

a--总注浆浆液损失系数,取值在1.0 ~ 1.5之间。

n-注浆充填系数,取值在0.75 ~ 0.95之间。该值应根据公路工程的性质确定,路基范围内的采空区值应在0.75至0.85之间。对于结构范围,采空区值介于0.85和0.95之间。

c--浆石率,取值在0.7 ~ 0.95之间。通常由测试决定。

8.法,质量检查和评价党

检查法的灌浆效果有:

钻检查孔进行水压(抽水)试验

岩心无侧限抗压强度试验

灌浆前后的物探法检测

灌浆前后地面沉降观测

一般来说,检查孔应在灌浆达到最终凝固后钻孔,应进行取芯并进行水压试验。如果渗漏较大,应补充灌浆。

检查孔宜是否安排在以下部分:

地质条件复杂的地区,如岩石破碎、洞穴或构造破碎带,或单位吸水量大的地区;

灌浆施工实践的结果与设计相差很大。

在灌浆过程中,出现了灌浆质量差的事故或路段。


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