新庄孜电厂深层采空区处理工艺过程及质量控制

刘赟

摘要：本文主要新庄孜电厂技改工程深层采空区处理工程的设计、施工工艺过程及施工质量管理等内容进行了详细的介绍，并对施工过程中的重要质量控制点及质量控制方法进行深入的分析和研究。

关键词：采空区 注浆过程 注浆压力 质量控制

一. 工程背景

新庄孜电厂（2×135mw）技改工程位于新庄孜煤矿工业广场东南部，该区域下方有多层煤炭采空区，地表因此产生过剧烈的沉陷，经过专业机构论证提出：“该区域煤层巷采区残留空区分布不明，若受强载荷作用，可能造成采空区上覆岩体结构再次失稳变形，因此该区域地表以下120米范围地基需要加固处理，方可保证拟建电厂的稳定运行。”经过多次优化布置，需要加固治理区面积为42319㎡。

根据相似采空区加固处理的工程实践经验，注浆加固是相对容易实现方案，经过多次试验计算，注浆压力设计为1.0MPa，浆液扩散半径设计为14m。经过优化设计，全厂区共需要钻孔81个，预计钻孔深度5963米，注浆工程量预计25000方，浆液结实体为21250方。

二.地基注浆主要工艺过程

注浆施工工艺过程的本质是将混合浆液注入深层地下裂隙之中，充填裂隙，将裂隙减到最小，进而增大地基承载力。注浆工艺过程最主要有三个环节：第一个环节是混合浆液制备；第二个环节是地基钻孔；第三个环节压力注浆。地基注浆对各环节实施质量要求特别高，上个环节实施质量不合格，严禁进入下环节项目的施工（如果上环节实施质量不合格就进入下个环节的实施，会造成重大損失，必须返工处理），有关过程如下流程图。

三.深层地基加固质量控制

依据注浆施工工艺过程，地基注浆工程质量控制主要从制浆、钻孔、注浆及质量验收四个阶段进行控制。

（一）浆液制备质量控制

1.制浆主要材料：细沙、碎石、水泥、粉煤灰、水、水玻璃等。细沙采用淮河细沙；碎石采用八公山的碎石，碎石不大于5mm；水泥采用325号普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用老电厂生产粉煤灰，不低于国家二级标准；水玻璃采用普通的水玻璃。

2.浆液配合比：设计采用3个级别的浆液，水固比分别为1：1、0.75：1、0.6：1。浆液配合比设计原则是确保结实体不小于85%，为保证结实体的强度，取水泥和粉煤灰的固相比为1：1，浆液能够在设计压力下顺利注入孔中，并按照设计的扩散半径进行扩散。

3.浆液制备过程：首先将细沙、碎石、水泥、粉煤灰按照预先设计的配合比混合后装入搅拌机中进行充分搅拌混合，搅拌时间不超过5min，然后逐步加入水，边加水边搅拌，直到符合要求后放入存奖池中备用，在具备注浆条件后，再行加入水玻璃，充分搅拌后即可进行注浆工序。

（二）钻孔的质量控制

由于该区域采掘时间悠久，采掘工程图中采掘巷道的位置标定存在一定偏差，巷采区岩层破坏情况不明，因此需要采取边探边治的方式进行采空区注浆施工。以探查巷道为主，采用先疏后密、从外向里的方法，多轮次的探查巷道，利用现有成孔进行注浆孔布置设计，并确定施工顺序。对已查明的巷道采用先充填骨料后注浆的方法，严格控制单孔注浆范围。根据采空区治理经验，初期应选取20%的注浆孔作为注浆实验孔，根据实际情况进行合理注浆。

1.钻孔定位及垂直度控制

首先根据电厂坐标系及厂区孔位布置图，采用全站仪放线定位，经监理现场验收确认；其次根据定位点、钻孔机具及注浆机具等因素综合考虑布设方位，确定后移动钻机对点。最后调节钻机底板水平度和竖杆控制装置，保证钻杆在下钻过程中始终保持与水平底板垂直，从而确保成孔垂直度。

2.成孔验收

根据本项目的设计情况，结合施工经验，为了保证注浆效果，经过专题会讨论确定成孔验收标准：

（1）实际钻孔深度达到设计深度；

（2）孔的直径符合设计孔径为190mm，加固区终孔孔径不小于127mm，注浆段孔径不小于91mm；

（3）终孔孔斜不应超过2%。

3.下套管护壁水泥封闭

成孔验收合格后，下入Φ168套管护壁，四周采用水泥封闭，下入位置0-23m，下管7天后方可注浆；

（三）注浆过程质量控制要素

浆液制备质量及钻孔质量符合确定的质量标准后，即可进行注浆施工工序，注浆质量主要控制以下指标：

1.注浆过程控制

注浆过程中，浆液池中浆液要不停的搅拌，防止出现秘水和沉淀现象，保证浆液始终符合设计要求。

2.注浆压力表检定

压力表必须经过检定，使用前后管内浆液要冲洗干净，是压力表始终符合检定的标准，始终处于有效状态。

3.注浆压力控制

注浆压力的大小将决定浆液的扩散距离和充填、压密的效果。压力大，浆液扩散距离大，裂隙中浆液充填的效果也高。由于采空区埋深较浅，注浆压力较大时容易出现地面返浆等现象，根据实验数据及相似工程的经验：本项目设计注浆终压为：巷采治理区0.7-1.0MPa；基本治理区、加固治理区0.7-1.2Mpa；为保证注浆的效果，要求重点控制注浆压力，要求施工单位每隔半小时记录一次注浆压力，并由监理旁站监督。

4.注浆结束标准

当注浆压力达到终压值，泵量小于150L/min，稳定15 min时，可结束该注浆段的注浆施工。（四）注浆质量验收

采空区治理工程的质量监控主要包括两个方面的工作：一是施工过程中的监控；二是施工结束后的质量检测工作。采空区注浆治理的监控工作主要从钻孔、制浆、注浆3个环节进行控制，一般在施工过程中完成。

1.压水试验检测

压水试验检测，治理区注浆结束后预留15个钻孔做压水试验，通过压水试验压力、流量，判断注浆充填效果，流量越小压力越大充填效果越好，一般采空区注浆后压水试验流量值与结束标准相同，压力达到结束标准压力的50%注浆充填效果良好。压水试验钻孔要求均匀分布，数量达到注浆钻孔的20%左右。

2.控制注浆结束标准

严格控制注浆结束时点，控制浆液扩散距离，浆液不得扩散太远也不能进入第四系地层风氧化带，实现浆液有效充填。

总之，新庄孜电厂技改工程的地基注浆充填工程提出设计构想、编制设计文件、组织施工、完成第三方验证，历时11个月。在设计和施工过程中由于没有国家及行业技术标准，实施难度很大，但在各参建单位技术人员的不懈努力下，地基深层注浆充填实施质量优良，顺利通过独立第三方质量检验，为电厂今后安全生产打下了坚实的基础。