高速公路下金矿采空区的治理经验

摘要：通过对地下采空区的详细调查和勘测，查明了其具体形态和分布，合理选择治理方法，通过注砂（水）的施工，使地下金矿采空区得到了密实充填，消除了高速公路修建的隐患，达到了预期目的。

关键词：采空区地下测绘注砂（水）作业检测

1．工程概述

采空区，是指地下固体矿床开采后的空间及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落，直至上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的地区和范围的统称。高速公路修建过程中，不可避免地要经过有地下采空区的地段。如何妥善处理这些地下采空区，消除地下隐患，是一件关系到高速公路未来安全运行的大事。在国道206线烟台-黄山馆高速公路修建中，亦遇到了同样的问题。我们根据具体问题具体分析对待的原则，通过进行实地勘测，选择了合理可行的施工处理方案，达到了令人满意的效果。

1.1 烟台-黄山馆高速公路k2+484~k5+430区间，存在着多处因金矿开采而形成的地下采空区，且同进伴有巷道、竖井的发育。经调查，此路段自西向东共有7处互不连通的金矿采空区及巷道、10处废弃竖井。其规模特征分别为：

采空区：顶板埋深10～15m，宽度一般1.5～3.0m，最大4.0～5.0m，容积600～9000m3不等。

巷道：顶板埋深19～28m，断面规格1.75×1.80～2.00×1.80m，长度50～145m。

竖井：与各采空区相通，深度19～42m，井断面规格2.0×1.5～3.0×2.7m。

1.2 采空区的地质条件

该路段金矿采空区的顶板及洞室围岩为混合花岗岩，岩质坚硬，未见风化痕迹，岩石抗压强度高，岩体破碎程度较差。至治理时尚未发现因采空区存在而造成的地表塌陷、堑沟等现象。

1.3 治理方案

根据山江省交通规划设计院提出的采空区及竖井治理方案，结合该路段地下具体情况，形成治理方案如下：

巷道及采空区：采用注砂（水）充填法对采空区及巷道进行充填，力求充填密实，无发生沉陷的可能性。

竖井：首先注砂至地面4处，后用2:8灰土分层回填夯实至地表。

2．采空区及巷道的勘测

2.1 在治理区段内建立相对坐标网，首先将竖井按相对坐标进行标注。

2 .2抽干竖井及采空区内积水，在地下进行实地测绘。详细查明采空区及巷道的具置，对采空区和巷道的宽度、高度、方位、变化形态等特征进行标注，着重查明采空区的顶板标高变化情况及巷道拐弯处的详细位置。

2.3 根据地下测量结果，布置注砂（水）钻孔。并在地面上进行采空区及钻孔的实地测放。要求钻孔及采空区边界在地面的测放误差≤10cm。

3．注砂（水）孔的布置原则及成孔顺序

3.1 钻孔网度根据采空区和巷道的充填需要，并结合布孔的均匀性、特殊性，确保注砂质量，视具体情况综合确定。

3.2 注砂（水）孔沿巷道和采空区走向布设，孔距15m左右。

3.3 在采空区顶板埋深最小处及巷道拐角处布设注砂（水）孔。

3.4 本着由已知到未知的原则，先布设施工距竖井近的钻孔，逐步向远处布设和施工。

3.5 采空区处采用沿其底板埋深由小至大的方向布孔施工。

4．钻进成孔

4.1 根据地面标注位置进行钻机就位，就位误差≤10cm。钻机安放要平稳、周正、牢固，钻孔垂直度≤1/100。

4.2 采用150s型钻机，φ225mm合金钻头，泥浆护壁。在钻透地表以下第四系土层及强风化岩层后，换用CIR170A型气动潜孔锤钻进，直至终孔。终孔直径约200mm。

4.3 钻透采空区或巷道顶板后，进行孔深测量，与设计深度对比以验证钻孔的准确性，判断其位置是否满足设计要求。

4.4 钻孔验收合格后，将焊有法兰盘的注砂（水）管下入孔内，管口周围用水泥砂浆密封。根据地层情况，注砂（水）管的下入深度5-8m不等，一般要下至较新鲜完整的岩体内。

5．注砂（水）作业技术要求

5.1准备工作

注砂前，先用测绳测量孔深，记录该孔打穿巷道或采空区的孔深及洞室的高度。待注砂（水）管下入且水泥初凝后，即可连接孔口管路进行注砂（水）作业。

5.2 注砂（水）所用原材料要求

砂：选用河产优质中粗砂，砂料进场后取样送化验室进行测试，质量合格后方可使用。注砂前，应进行过筛。

水：选用矿井、巷道及采空区内积水及附近的水库水（可饮用）。送样化验合格后方可使用。

5.3注砂（水）参数

为保证注砂（水）质量，应采用一定压力进行注入。注入压力不应低于0.50MPa，终孔压力不低于2MPa。

5.4 结束标准

注砂（水）过程中，注入量与压力一般呈规律性变化，当压力升至设计压力时，再反复注入3~5次即可结束本孔的注砂工作。

6．注砂作业

6.1 注砂（水）作业采用孔位间隔注入的方法，竖井作为回水井使用，即在保证一定的注入压力下，采用循环压入法进行注砂充填。

6.2 注砂采用三次注入法，即：

利用注砂泵将砂（水）通过高压胶管压入注砂孔内的注砂管中，砂（水）从注砂管底部喷出进入采空区或巷道。随着砂（水）的注入，应随时对孔深进行测量，并保证注砂管始终埋入砂水中不小于2m，以保证巷道及采空区中注入砂质的连续密实。当注砂孔充满砂（水）或砂水自流出其余注砂孔的孔口时，第一次注砂作业结束。

待第一次注砂（水）作业结束后2-4h，再进行二次注砂作业。同样，当孔口流出砂水时，停止注入。

间隔2h后，再进行第三次注砂（水），根据测量的孔深判断采空区的充填情况，直至注满砂（水）。最后一次注入压力控制在2MPa的高压状态，并保持该压力2~3min，结束该孔的全部注砂（水）作业。

6.3 注砂（水）作业完成后，用水泥砂浆将孔口填实密封。

7．注砂（水）作业次序及要点

7.1 先注距竖井远的注砂（水）孔，依次向竖井方向靠近。

7.2 有暗井开采中段的巷道及采空区优先注入。

7.3 采矿沿脉巷道先从终止掌子面位置开始注起，依次向穿脉巷道位置靠近。

7.4 采空区内注砂（水）时，沿采空区倾斜方向，由地势较低处向地势较高处逐渐注入。

7.5 从地面起算，先注孔深大的孔，后注孔深小的孔。

8．质量检测

8.1 检测方法

注砂密实度检测采用钻探结合标准贯入法或重型(2)连续贯入法进行。在注砂孔之间布置验证钻孔，钻至采空区顶板后，进行上述测试。

采空区注砂充填度采用物探（地质雷达）方法进行。在地面结合钻孔进行测试。

8.2 质量控制标准

标准贯入试验：N＞30击 ，密实；

N=15-30击，中密；

N=10-15击，稍密。

重型（2）贯入试验：N63.5＜5击，松散；

N63.5=5-6.5击，稍密；

N63.5=6.5-9击，中密；

N63.5＞9击，密实。

物探：根据检测反映的曲线形态及图像，判断整个采空区的充填程度。

8.3 治理效果

通过12个钻孔的采空区及巷道内砂层的标准贯入试验和重型（2）试验，其标准贯入试验锤击数28-40击，平均值32击，达到密实状态。重型（2）试验击数6-11击，平均9.8击，达到密实状态。证明注砂效果良好，满足设计要求，达到了预期目的。

地质雷达探测结果表明，采空区及巷道内充填完全，无未充填地段，主要空洞、孔隙全部进行了充实，效果良好。

9．结束语

采用注砂（水）方法对采空区进行治理，采空区的调查详尽程度是保证治理效果的关键步骤；注砂（水）施工中的压力控制及多次注入法是保证注砂密实度的重要环节；选择合理的检测方法是验证注砂效果的控制性工序。只有上述各环节得到严格认真的执行，才能使注砂（水）施工效果得到保证