露天矿采空区充填治理

寇彬　姚殿民

摘 要：由于历史原因不少露天矿矿区内存在大量的历史遗留的小窑采空区。目前对这些小窑采空区的治理方法较多，文章通过对小窑采空区治理的特征进行详细的研究寻求一种更为简便、经济的治理方式-采空区充填治理。并对充填治理方法进行了详细的研究。

关键词：露天矿；采空区；充填治理

1 工区概况

内蒙古某露天矿矿区内存在大量已经关停的小煤窑留下的采空区，该区域作为开采区的排土场，重载车辆密集作业，易致使未塌陷采空区陷落造成安全事故。因此，为了安全生产必须对这些露天矿内的采空区进行治理。

该露天矿煤层埋深40～100m，煤层顶板以粉砂岩、泥岩、中粗砂岩为主，成岩作用低，属软岩层。本地区属大陆性亚寒带气候，冬季严寒，夏季较热。最高气温37.7℃，最低气温-48℃。

本区地层因第四系广泛覆盖出露不好，仅局部地区可见零星露头，从目前已获得资料来看，区内发育有古生界泥盆系上统变质岩系，中生界侏罗系中统颜家沟群，白垩系下统兴安岭群的龙江组、甘河组和扎赉诺尔群的南屯组，大磨拐河组；新生界第四系的更新统和全新统。

该露天矿属于陈旗半地堑型盆地，煤层埋深40～80m，煤层顶板以粉砂岩、泥岩、中粗砂岩为主，成岩作用低，属软岩层。

2 施工方法

根据设计资料，采用“探灌结合”的施工方案进行治理。对物探资料提供的采空异常区地段，先在疑似采空区中心进行验证钻孔的施工。验证钻孔应钻进至煤层底板。如在煤层出现掉钻漏水等情况则确定下部为采空区，可以进行投砂注浆施工。由于地球物理探测提供的采空区中心坐标可能会存在误差，因此在注浆完毕后再在验证孔周围四个方向布置四个检查钻孔。这四个检查钻孔距离中心验证钻孔按3-5米布置，以检验采空区注浆的效果，采空区是否全部充填。确保整治效果。

3 孔位布置

依据地球物理探测提供的采空异常坐标进行孔位布置。在地球物理探测资料的异常区，在异常区范围内以梅花型均匀布置；对于经过验证孔验证为采空区，注浆后再在注浆孔周边布置3-4个检查孔，检查孔距注浆孔5-10m布置。因为地球物理探测提供的采空异常坐标可能存在误差。所以在对异常区进行验证时，对下部验证为非采空区的，则应在周围5-10m布置3-4个验证钻孔进行进一步验证。确保准确对疑似异常区进行验证或排除。

4 投砂注浆及技术参数选定

当钻孔施工完毕后，应及时安装好护壁导管，安装投砂器（见图1）。图中1为注浆管，2为注浆导管用于接地面浆泵，3为出气管，4为投砂漏斗。投砂器用丝扣于护壁导管内的注浆管连接，就形成了投砂注浆装置。该投砂注浆装置有投砂漏斗、注浆管、下料导管。装置安置完毕后，进行清孔注浆，以检查管路的畅通与否及有无跑、冒、滴漏现象，是否存在塌孔现象，在试注浆中，浆液通过投砂器具的注浆管连续注入，孔口压力及回风稳定时即可按设计进行投砂注浆施工。选取2-3个孔进行注水，压水试验和注浆试验，以确定注浆压力、水灰比、注浆量，根据试验孔的情况，钻孔间距可做适当调整。

根据注浆试验及钻探的情况来确定浆液配合比，按照浆液由希到浓的原则，随时检查及时进行调整。注浆前做好管路压水试验，注浆压力由小到大。根据钻孔揭示的地质情况和注浆工艺试验确定注浆浆液类型，对于存在明显空洞及采空区充填物的孔位采用水砂浆灌注，其它则加入适量粉煤灰灌注。掺砂时，砂水的掺量一般为1：1-1：2；粉煤灰的掺量为胶凝材料的10-15%。

在材料进场水电开通，设备进场后，还要修建蓄水池、搅拌池等基础设施。将水和粉煤灰注入搅拌池进行搅拌。

5 注浆

注浆工作必须连续进行，若因故中断，必须果断采取处理措施，及早恢复。根据施工中的不同条件，采用了自流投砂，压力注浆、间歇注浆、二次注浆等方式。自流投砂就是砂水在自重作用下流进采空区。投砂时候，在投砂漏斗周围备砂，人工投砂。先通过浆管上连接的注浆泵往采空区注水，水连续流动后开始从投砂漏斗投砂水浆液，以水代砂的方法投入到采空區且进入采空区的砂在水的带动下开始向四周扩散。当砂水从孔口冒出时作为投砂结束的标准。

当遇到大的空洞时，适当添加粉煤灰、砂等材料，同时浆液比重也适当加大，减少浆液流动性，确保浆液不会流出线路处理范围太远，减少漏失量。当采空区已大部分被浆液充填，注浆泵的压力表显示有压力，就进入压力注浆阶段。采用压力注浆，其主要目的是为了加密充填采空区，同时也充填了基岩裂隙、软弱结构面和因采空而产生的基岩裂隙。间歇注浆就是注一段时间，间歇一段时间，让每次注入岩层的浆液有个析水凝结的过程，从而有效充填岩层孔隙，阻止浆液冒浆和流出处理范围以外。当孔口管压力在1.0-1.5Mpa，泵量小于70L/min，稳定10-15min 以上，即可结束该孔注浆施工。注浆施工的流程见下图2。

6 施工注意事项

（1）当孔内注浆量较大时，注入的砂水浆液的砂水比适当降低砂的含量，否则容易堵塞管口。（2）当注浆孔揭露较大的采空区时，自然注浆达到采空区或者空洞体积容量后，孔底仍没有明显抬生；或者孔内浆液漏失严重，一次连续注浆2m3后，注浆速率不减或压力不升高；或者注浆压力突然降低或速度突然升高；或者当注浆未达到设计压力而出现孔口或地面冒浆等异常情况发生时，可采取间歇反复注浆。一次注浆结束后，被压入的浆液水分在压力作用下向周围地层渗透扩散，同时随着压力的消散和时间的推移，水泥浆液固结析水，在采空区形成上层空气、中间水、下部水泥固结体的状况，需进行二次压力注浆，以保证采空区全被水泥固结体充填密实。（3）对注浆量大的空洞或未填充满的采空区空洞，采取间歇式注浆方法形成帷幕，同时投入直径1厘米的石料，添加“水玻璃” 凝固剂以减少水泥浆、石料流失。