营涝公路下伏采空区探测与注浆治理实践

付小铜

(天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013)

1　营涝公路塌陷段概况

鹰手营子矿区营涝公路西梁塌陷段位于河北省承德市鹰手营子矿区东约3.5 km处，在350 m路面范围内有多达5处的路面裂缝组段，沉降走向与路面斜交约40°，裂缝组段宽度为5～8 m，公路南北护坡多处出现宽大裂缝，根据资料，营涝公路西梁段1999年出现了一次路面塌陷，2004年营涝公路又一次出现路面塌陷，给当地人民生活和交通运输带来巨大安全隐患。

2　采空区探测及结果分析

营涝公路西梁塌陷段周围主要煤矿包括西梁煤矿、汪庄煤矿和东风煤矿。主采煤层为下二叠系4号煤层，3号煤层局部可采作为辅采煤层。根据资料显示，从20世纪50年代到70年代，多个煤矿在该区域进行了多次重复的开采，形成了煤矿采空区。由于时间久远，路面沉降较多，规律不易掌握，为了及时采取防治措施，防患未然，采用地球物理手段来查清地下煤矿采空区的分布情况[1-2]。

本次勘测采用瞬变电磁测深方法，使用IGGETEM-20瞬变电磁仪。考虑到公路塌陷段施工空间狭小，因此沿路面布设测线，采用重叠回线装置进行工作，点距5 m，分别用10 m×10 m线框和10 m×30 m线框进行观测，点距5 m，两条测线合计完成测点数142个。

物探成果如图1所示。由图1可知：Ⅰ号异常位于剖面70～90 m段，表现为高电阻率异常反映，视电阻率最大值大于80 Ω·m，深度60～90 m，规模较小；Ⅱ号异常位于剖面140～160 m段，表现为高电阻率异常反映，规模较大，145 m处为异常中心，160 m处为次异常中心，深度30～60 m；Ⅲ号异常位于190～210 m段，表现为高电阻率异常反映，与Ⅱ号异常相似，规模略小，异常中心在200 m处，深度40～60 m；Ⅶ号异常位于剖面270～310 m处，表现为高电阻率异常反映，视电阻率最大值大于80 Ω·m，深度40～60 m；Ⅷ号异常位于320～340 m处，表现为高电阻率异常反映，视电阻率最大值大于100 Ω·m，深度30～60 m。

图1　电阻率异常分布图

物探资料结合地质采矿条件资料可知：Ⅰ号异常(坑一位置)下方存在4号煤层采空区；Ⅱ号异常(坑二位置)下方存在3号煤层和4号煤层采空区；Ⅲ号异常(坑三位置)下方存在3号煤层采空区；Ⅶ号异常(坑四位置)和Ⅷ号异常(坑五位置)下方存在3号煤层和4号煤层采空区分布，且4号煤层采空区分布面积较大。

3　注浆治理方案

对于煤矿采空区的治理，目前主要采取压力注浆法来进行处理[3-7]。压力注浆法是用人工的方法把具有充填、胶结性的材料注入到地层裂隙和空洞中，以加强其强度及密实性的施工方法。其处理原则：治理范围由塌陷盆地向外再延长一定距离，宽度方向要考虑岩层的倾斜方向及保护要求；深度方向处理到采空区底部，一般开采多深处理多深，裂隙带的处理深度要有深有浅，深浅结合。

根据煤矿采空区治理经验，营涝公路西梁塌陷段注浆孔按30～50 m间距布设，设计注浆孔共8个，平均孔深为120 m，在地面变形严重段适当加密。在注浆孔布置时考虑到营涝公路西梁塌陷段两侧高程比较大，无法布置注浆钻孔，本次注浆钻孔沿公路布置。注浆液为水泥粉煤灰浆，其水固比为1∶1.4～1∶1.0，水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%，根据钻孔钻进过程中的具体情况，在浆液中掺加水泥重量的2%速凝剂。

采空区剩余空隙体积为治理范围内的矿层体积乘以采出率，并扣除采空区因顶板垮落而已形成的变形。营涝公路西梁塌陷段采空区面积按照60%计算，煤层采空区剩余空隙率取50%，3号煤层煤厚按1.5 m取值，4号煤层厚按2.5 m取值，计算得空隙体积约为6 000 m3。注浆浆液的结石率按80%考虑，注浆充填体积为6 750 m3。

4　注浆治理效果

根据前述设计，该采空区治理工程共施工了8个注浆钻孔。经过近一个月的钻探及注浆施工，累计钻进989.12 m，累计注浆量为4 597.9 m3。各孔注浆情况统计见表1。通过各孔的实际注浆量可以发现:塌陷段东侧5号、6号、7号三个注浆孔单孔注浆量均较小，说明该段地下煤层开采不够充分或上覆岩层垮落后大部分已被压实，空区残留空间较小；塌陷段西侧的5个注浆孔中，除了最西侧边缘上的1号孔注浆量稍小一些，其他4个注浆孔注浆量均较大，该4个注浆孔总的注浆量达到该治理工程总注浆量的80%以上，这说明塌陷段西侧地下煤层开采较为充分，采空区残留空间较大。通过各注浆孔实际注浆情况与注浆方案中的预计注浆量的对比，说明采空区经过治理后得到了比较好的充填。

表1　注浆孔情况统计表

5　建　议

通过该采空区注浆治理工程，营涝公路地基稳定性得到了显著提高，达到了注浆的预期目的，该治理段路面今后不会发生较大下沉，可保证公路的运行安全。同时为保证营涝公路西梁塌陷段公路采空区治理后，路面能保长期安全运行，提出以下建议。

1) 严格限制在治理范围内进行地下开采活动，以免造成治理后的采空区重新活化，影响公路运行安全。

2) 由于来往矿区的重型运煤车辆较多，建议在注浆治理工程结束后对路面进行加筋处理，并重新铺设混凝土路面，同时对两侧的公路护坡进行维修。