老窑采空区注浆治理工程技术管理

李龙清，朱南京，崔　锋，邹友平

(1.西安科技大学能源学院，陕西西安710054; 2.教育部西部矿井开采与灾害防治重点实验室，陕西西安710054;3.陕西华电榆横煤电有限责任公司小纪汗煤矿，陕西榆林719000; 4.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013)



老窑采空区注浆治理工程技术管理

李龙清1，2，朱南京1，3，崔锋4，邹友平4

(1.西安科技大学能源学院，陕西西安710054; 2.教育部西部矿井开采与灾害防治重点实验室，陕西西安710054;
3.陕西华电榆横煤电有限责任公司小纪汗煤矿，陕西榆林719000; 4.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013)

［摘要］为保证安泰选煤厂拟建场地下方老窑采空区注浆治理效果，采取了设计单位协助业主单位进行技术管理的方式。设计方代表在施工现场进行了钻孔位置调整，完善了注浆原料来料管理、配料抽检措施，制定了合理注浆顺序，有效协调了设计方、施工方及业主。结果表明:该注浆治理工程落实了设计思想，治理综合检测显示老窑采空区得到有效填充，能满足建设场地需要。采用设计方委派代表协助进行现场技术管理，有利于保证施工质量、节约施工投资、完成施工目标。

［关键词］注浆治理;现场技术管理;过程控制

［引用格式］李龙清，朱南京，崔锋，等.老窑采空区注浆治理工程技术管理［J］.煤矿开采，2015，20 (2) : 102－105.

技术管理(Management of Technology，MOT)学科是一门关于开发和使用技术以创造竞争优势和财富的新兴交叉学科，其定义为:“与科学、工程及管理理论相关的MOT是通过对技术能力的计划、开发和实施，以规划和完成组织的战略性和操作性目标”，是施工企业在经营过程中的一个必不可少的组成部分［1－2］。针对煤矿采空区治理工程来说，就是利用技术手段，通过计划、组织、指挥、协调和控制，使采空区注浆治理的质量目标、投资目标、进度目标得以实现。采空区注浆治理工程一般属于大型工程，其工期及质量直接影响后续工程的进展及质量。

老窑采空区注浆治理可分为设计、探测、治理及检测四部分:根据已掌握采空区资料及拟建场地需要，判定需治理区域及位置，计算注浆量，完成设计;依据设计对拟建场地进行物探及钻探，揭露采空区;利用钻到采空区钻孔进行注浆治理，并进行施工技术管理;利用物探、钻探进行采空区治理效果检测，并对达不到要求的区域进行补充注浆治理，其技术管理流程如图1所示［3］。

本文以安泰选煤厂下伏采空区治理为例，探讨注浆技术管理措施在设计—探测—治理—检测过程中对完成质量目标、进度目标、投资目标的作用。

1　工程概况

安泰选煤厂拟建场地大部分位于原刘家山煤矿老采空区上方，还有部分建设场地位于小窑开采的采空区范围内。该采空区为黄土高原地貌，地表地貌丘谷相间，冲沟发育。地层主要有:第四系、石炭系、奥陶系地层，采空区地层为8号煤石炭系地层。

图1　技术管理流程

安泰煤业坑口选煤厂拟建场地内采空区主要为原刘家山煤业公司于2003－2005年开采，开采煤层为8号煤层，煤层平均倾角4.8°，平均厚度为2.38m，薄—中厚近水平煤层，煤层埋深45～60m，还有部分建设场地位于小窑开采的采空区范围内。煤层直接顶为2.0～9.3m厚炭质泥岩，基本顶为3.9～9.6m砂岩，底板为2.1～5.2m厚炭质泥岩。开采方式为巷柱式采煤法，采出率约20%，治理面积约21710m2。

2　技术管理作用

安泰洗煤厂下伏采空区治理过程中技术管理在整个注浆治理流程中发挥重要作用，确保了质量目标、进度目标及投资目标的实现。

安泰洗煤厂注浆治理工程涉及三家单位:设计及检测方、治理方及业主方，设计方配合业主方进行技术管理，并委派了现场技术人员。

2.1设计

治理设计主要在掌握老窑采空区地质采矿条件、开采历史及拟建场地要求等资料条件下，解决如下问题:下伏采空区赋存状况、采空区是否必须进行治理、治理的区域及工程量。治理区域与工程量直接决定了施工投资及工期，合理的设计有利于进度目标及投资目标的实现。

设计方依据规程规范编制了《采空区地基稳定性评价及注浆治理方案设计》报告［5］(以下简称设计报告)，其中介绍了委托场地基本情况，计算了下伏采空区煤柱稳定性、地面建筑物载荷、拟建场地残余下沉及移动，认为下伏采空区对地面建筑物构成影响，特别是筒仓及主厂房附近。在论证注浆治理的可行性后，设计了注浆治理方案，得出了钻探工程量、注浆工程量及工期概算:设计注浆孔46个，钻探总进尺约为3000m;采空区治理面积21710m2;注浆量13373m3;治理工期约为90d;治理投资约500万元。

在设计中技术管理作用主要体现在:

(1)利用开采沉陷学及土力学知识论证得出该拟建场地需进行治理方可利用，确保了选煤厂工程质量。

(2)利用理论知识及地质资料掌握了注浆治理的重点区域，在重点区域加密了钻孔，有利于保证注浆质量、降低工程投资。

(3)确定了钻探工程量、注浆工程量及工期概算，设计了详细的注浆治理技术方案，有利于进度、质量、投资目标的管理。

2.2探测

注浆治理的前提是确定采空区位置及范围，采空区探测尤为重要。传统的探测手段为地球物理勘探(简称物探)与钻探。物探是利用地层的物性差异(如电性、磁性、声波等)，推断采空区区域，而钻探是通过钻孔揭露该处采空区情况，相比较而言物探手段揭露采空区是一个区域但准确性较低，钻探揭露的是若干个点，准确性高。因此通过技术分析，为减少工程量并提高精度，先采用物探推断采空区范围，再结合建筑物重要程度及物探结果进行钻探。

治理前物探观测布置了301个测点、2800m测线;施工了41个钻孔(受征地影响40～46号钻孔未施工)，进尺2143m，其中13个钻孔揭露了采空区［6］。物探位置及结果保留，以便治理完成后再次进行物探，对比揭示注浆治理效果;探测到采空区的钻孔用做注浆孔。

在探测中技术管理作用主要体现在:

(1)采用物探及钻探相结合的方式节省了工程量，提高了探测精度，有利于达到治理效果。

(2)现场技术人员结合施工情况对设计进行了局部调整。如受地形地貌影响，调整后的36号和38号钻孔距离较近(约10m)，取消了37号钻孔施工;主厂房区域仅26号与33号钻孔揭露采空区，为确保工程质量，在主厂房浓缩机附近补充施工了加1、加2钻孔。

(3)对钻探施工实施计划、组织、协调、控制管理。设计方与业主方计划施工钻孔顺序，协调场地平整、修路及通水通电，监督检查每日施工，每个钻孔经现场验收后方可移机。

2.3治理

注浆治理利用探测到采空区的钻孔，依据设计报告进行，主要由施工方完成。经过35d注浆施工，共注入浆液13293m3(见表1)。

表1　注浆工程填充空间统计

为达到注浆治理的进度、质量、投资目标，采用了如下技术管理方案:

(1)优化了注浆施工顺序由西向东施工(由低向高)，先边界孔(形成帷幕)后中间孔，且采取隔孔逐渐加密注浆。在边界孔注浆施工中，采取了定量(控制每次注入量)、定时(每次注浆后要间歇一定时间)，并加大速凝剂的用量，提高了注浆效果，防止了浆液外跑，节约了注浆材料。在中间孔注浆施工时，加大注入量，少加或不加速凝剂，并采取短时间间歇方法，即当单孔注浆量达到800m3后，采用注100～150m3，然后停24h，再注100～150m3，停24h，如此循环直至达到停止注浆的设计要求。停止注浆的设计要求为:当泵量小于60L/min时，孔口压力在1.0～1.5MPa之间，稳定20～35min，结束该孔的灌浆施工。

(2)原材料进厂质量检验充填原材料主要有粉煤灰、水泥、外加剂，通过现场简易试验室，保证了进厂原材料质量。

(3)料浆质量控制为保证料浆质量，依据专业检测机构出具的报告(见表2)，每日不定期现场抽查料浆质量并留样，对质量不合格料浆进行了调整，对现场人员进行了处分，确保了料浆质量。通过留样测出了浆液实际结石率为83%，为井下空间推算提供了依据。

(4)注浆孔验收按照设计对各钻孔注浆进行验收，验收需提供注浆班次表，并进行现场验收，未经验收注浆量不予认可。

表2　料浆配比检测

2.4检测

普通注浆治理检测多采用“物探+钻探”的手段进行，为充分确保注浆治理效果，从技术角度考虑，本次检测采用“物探+钻探+漏失量观测+钻孔彩色电视+岩石力学测试”综合手段，从多角度分析注浆效果［8－10］。如检测仍发现空区，利用检测孔及其他钻孔进行补充注浆。

分别在注浆治理前后，采用EMRS－3电磁勘探仪进行了野外原位物探，结果如图2所示。由图2可以看出治理前在原煤缓冲仓、矸石仓、中煤仓及主厂房下方存在相对低阻区(视电阻率小于70Ω·m，注浆治理后这些区域视电阻率均有明显提高(提升至150Ω·m以上)，说明岩层的整体均质性有显著提升。

图2　煤层平面注浆前后视电阻率对比

注浆治理后在原煤仓及主厂房区域共施工了4个检测孔，在施工过程中未发生掉钻漏风等现象，未发现钻孔冲洗液大量消耗，直至钻探结束，孔内仍有水位。利用钻孔彩色电视探测了孔内岩层结构，发现空区得到有效充填，观测到空区上方裂隙被浆液充填，如图3所示。

图3　钻孔彩色电视观测裂隙填充情况

利用钻孔，对充填结石体进行取芯，测得其平均单周抗压强度达到16.16MPa，满足治理要求。

综上所述，设计方、业主及施工方通力合作顺利完成了安泰选煤厂下伏采空区注浆治理工程，采用了技术管理措施顺利完成了质量目标、进度目标及投资目标，如表3所示。

表3　注浆治理工程目标与实际值对比

3　结论

采空区注浆治理属于隐蔽工程，其工程质量直接关系其上建筑物的安全。为确保安泰洗煤厂下伏采空区治理效果，业主与设计方采用了技术管理手段，实现了注浆治理的质量目标、进度目标及投资目标，采用设计方委派代表协助进行现场技术管理，有利于保证施工质量，节约施工投资，完成施工目标。

(1)在设计阶段，利用开采沉陷及土力学理论计算得出该区域需进行治理方可使用，确定了注浆治理重点区域，明确了注浆治理的工程量及工期。

(2)在探测阶段，采用物探及钻探相结合的手段，有利于保证注浆治理的质量。

(3)在治理阶段，采用优化注浆顺序、完善来料管理、料浆质量抽检、逐孔验收等技术管理措施，确保了施工质量，控制了工程投资。

(4)在检测阶段，采用“物探+钻探+漏失量观测+钻孔彩色电视+岩石力学测试”综合技术手段，提高了检测的质量。

［参考文献］

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［5］张刚艳，邹友平.采空区地基稳定性评价及注浆治理方案设计［R］.天地科技股份有限公司，2010.

［6］崔锋，邹友平，甘志超，等.采空区治理效果综合检测及评价报告［R］.天地科技股份有限公司，2011.

［7］邹友平，张华兴，张刚艳，等.粉煤灰水泥注浆材料主要性能试验研究［J］.煤矿开采，2012，17 (4) : 15－16，95.

［8］孙林.高密度电阻率法与浅层地震在探测煤田采空区中的应用［J］.物探与化探，2012，36 (S1) : 88－91.

［9］李学良，李树志，侯金波.EH－4电导率成像系统在采空区注浆效果检测中的应用［J］.煤矿安全，2012，43 (11) : 139－142.

［10］张志沛，刘旭，徐汉民，等.煤矿采空区注浆工程质量检测的试验研究［J］.岩土工程学报，2005，27 (5) : 604－606.

［责任编辑:邹正立］

Technical Management of Gob Grouting Engineering in Waste Mine

LI Long-qing1，2，ZHU Nan-jing1，3，CUI Feng4，ZOU You-ping4

(1.Collage of Energy Science and Engineering，xi’an University of Science and Techonoly，xi’an 710054，China;
2.Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention，Minstry of Education，xi’an 710054，China;
3.Xiaojihan Coal Mine，Shanxi Huadian Yuheng Coal＆Electricity Co.，Ltd.，Yulin 719000，China;
4.Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China; )

Abstract:In order to insure grouting prevention effect of waste mine gob over which coal washing plant would be constructed，the technical management mode of design party assisting owner party was applied.Deign representative effectively coordinated design party，construction party and owner by bore-hole location adjustment，grouting material managing，ingredient sampling and formulating rational grouting sequence.Practice showed that the grouting engineering realized design idea and comprehensive inspection result showed that waste mine gob was stowed effectively and could meet the requirement of construction site.Applying the mode of design representative assisting site technical management was favorable for ensuring construction quality，saving construction investment and achieving construction goal.

Keywords:grouting engineering; site technical management; process control

［作者简介］李龙清(1957－)，男，陕西蓝田人，教授，主要从事矿井设计理论、开采技术及理论、工程技术经济研究工作。

［基金项目］天地科技股份有限公司开采设计事业部青年创新基金(KJ－2014－TDKC－15，KJ－2013－TDKC－12)

［DOI］10.13532/j.cnki.cn11－3677/td.2015.02.028

［收稿日期］2014－09－18

［中图分类号］TD265.4

［文献标识码］A

［文章编号］1006-6225 (2015) 02-0102-04