煤矿采空区注浆工程质量检测的试验研究

（山西省地质勘查局二一二地质队，山西 长治 046000）

一、工程概况

晋城某住宅小区项目建设场地位于晋城市城区书院街北部，泽州北路西部，隶属晋城市城区北街办事处，交通便利。

根据收集到的勘察报告，本场地受后河煤矿及村民私挖乱采的开采影响，导致勘察区下伏3#煤层存在采空区，9#、15#煤层未开采。3#煤层采空区具有埋深浅、采深采厚比小的特点，预测拟建工程建设容易遭受已有采空区诱发地面塌陷、地裂缝等地质灾害可能性较大，可造成塌陷并伴生地裂缝、管线开裂等危害，故需对3#煤层采空及其影响区进行治理。经过对3#煤层采空区治理并检测合格后，本场地方可进行工程建设。

二、采空区检测的目的和任务

（一）本次检测的主要目的是查明晋城某住宅小区项目建设用地范围内下伏3#煤采空区治理的效果。

（二）本次采空区检测的主要任务是：

1.通过钻探验证查看建设用地范围内3#煤采空区治理的效果，并对水泥、粉煤灰结石体取样进行室内单轴抗压试验，检测结石体无侧限抗压强度是否满足《设计》中岩芯无侧限抗压强度≥2MPa 的要求。

2.通过钻探验证查看建设用地范围内3#煤采空区治理充填率是否大于85%。

3.通过物探方法中的横波波速测试，查看水泥、粉煤灰结石体的横波Vsm 是否满足《设计》中横波波速应≥350m/s 的要求。

4.对检测形成的钻孔进行压浆试验，水固比宜采用1:1.2。注浆结束条件为单位时间注入孔内浆量小于50L/min，注浆持续时间15～20 分钟，终孔压力2～3Mpa。注入浆量若小于处治施工时单孔平均注入量的5%，认为采空区处治已达到设计要求。

三、物探检测

（一）波速测试原理

由于各土层的沉积年代不同，其土质颗粒度、孔隙度及密度等物理力学性质存在差异，弹性波在各地层中的传播速度有所不同，弹性波的传播实质是应力在介质中的传播，其特性取决于介质的受力状态和传播介质的物理力学性质。

（二）测试仪器

本次测试仪器采用吉林大学工程技术研究所生产的SE2404EI 型地震仪及其专门处理软件GeoVel6 进行数据的采集和处理；剪切波速传感器为三分量速度型检波器。

（三）测试方法

本次波速测试采用单孔检层法，在钻孔内进行，即钻探终孔后将三分量检波器放入孔内，距孔口2m 处放置一0.2×0.3×2.3m 枕木，其上压大于500kg 的重物，然后用20 磅大锤水平敲击木板两端使其产生剪切波，经三分量检波器检取振动信号再经放大器放大后，由微型计算机记录并储存实测波形曲线。每1m 一个测点，每个测点左右各测一次，由孔底至孔口顺测。

（四）资料整理及测试成果

本次检测共完成横波波速测试孔26 个，测试深度共计1585.60m。对采集的数据使用波速测试处理软件GeoVel6 进行分析整理，得到时间深度曲线和速度深度曲线。按时距曲线的线性程度划分速度段，根据曲线斜率计算每段的平均速度，由计算公式分析计算分段波速。

综合分析，由于26 个检测孔中仅在JC7、JC11、JC12、JC16 孔中发现有浆液结石体，且其中包裹有少量煤屑等碎屑，JC3、JC4、JC9、JC10 孔为冒落孔，见浆液、煤屑与砂岩的混合物，因此，受注层的波速值测试结果波速均大于350m/s。

（五）压浆试验

1.技术要求。执行技术方案如下：

(1)压浆材料由水、水泥、粉煤灰组成；

(2)压浆浆液配合比采用水固比为1:1.2。

(3)配制浆液时，先往一级搅池中放入标准量的水，水泥、粉煤灰准确计量后放入一级搅拌池中搅拌，然后经过滤网注入二级搅拌池搅拌。每次搅拌时间不得低于10 分钟，待浆液搅拌均匀后，通过压浆泵注入检测段。

(4)压浆及间歇压浆前宜用清水洗孔，压水时间不得小于5 分钟。

(5)在压浆孔的压浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于50L/min 时、孔口管压力在2.0MPa 以上稳定15 分钟后，或压浆孔周围有冒浆等现象出现时，可结束该孔的压浆试验施工。

2.压浆试验情况。本次采空区检测共对26 个检测孔进行压浆试验，从2018 年8 月11 日至8 月13 日和2019 年3 月15 日至3 月18 日，历时7 天，共压浆74.2m3。

综合统计，场地压浆试验单孔平均注浆量为2.85m3，场地注浆施工单孔平均注浆量为95.36m3，压浆试验比为0.030，可以说明整个场地注浆实际充填系数满足要求。

四、采空区治理效果综合评价

本建设用地下伏采空区为小窖房柱式开采形成的采空区，本次检测未见掉钻等不良现象；在经过注浆治理的建设场地中施工的26 个检测孔中，部分检测孔存在少量漏水情况外，其余（占所施工检测孔的35%）检测孔全孔返水；场地压浆试验单孔平均注浆量为2.85m3，场地注浆施工单孔平均注浆量为95.36m3，压浆试验比为0.030，可以说明整个场地注浆实际充填系数满足要求，说明其3 号煤层以上裂隙采空区充填效果良好，其符合《设计》中充填率≥90%要求。

综上所述，综合判定本次采空区治理符合设计要求，其治理质量等级为“合格”。

五、结论

1.3号煤层以上裂隙及3 号煤采空区充填效果良好；

2.水泥、粉煤灰结石体试块，抗压强度值在2.8～3.5Mpa 之间，符合《设计》要求。

3.本建设用地下伏采空区为小窖房柱式开采形成的采空区，本次检测未见掉钻等不良现象，场地压浆试验单孔平均注浆量为2.85m3，场地注浆施工单孔平均注浆量为95.36m3，压浆试验比为0.030，可以说明整个场地注浆实际充填系数满足要求，说明其3号煤层以上裂隙采空区充填效果良好，单位压浆量分别在10～31.25L/min 之间，符合《设计》要求。

4.3号煤采空区治理段的波速在368.41～686.55m/s 之间，符合《设计》要求。判定其采空区治理工程质量合格。