煤矿下伏采空区地质灾害治理探究

熊彩霞，刘沂轩

（1.徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司，江苏徐州221100；2.江苏省水文水资源勘测局徐州分局，江苏徐州221008）

由于煤炭地下开采导致较多采空区的出现，其极易导致地面坍塌等地质灾害的发生，其不仅造成生态环境的污染，同时对该地区生活的人民生命财产安全带来很大威胁，给当地生产力的发展带来一定影响。因此，为了防止煤矿下伏采空区地质灾害的发生，全面了解该地区煤矿采空区的分布特点，评估采空塌陷危险性，采取有效的防治措施具有重要意义。

1 项目概况

1.1 项目地质灾害现状

该村庄周围有较多的煤矿，煤矿下伏采空区会导致地面坍塌现象，引发该地区地质灾害的发生，不仅影响该地区的生态环境，同时土地资源、水资源等方面也会受到不良影响，给当地的人民群众生活质量与生命财产安全带来很大影响。具体表现在这几个方面：（1）该村庄周边地面出现塌陷现象，大多为圆形、串珠状，破坏面积达1326m2，在没有采取有效治理措施前仍处于不稳定状态。（2）由于该村庄地面出现变形，使得该地区居民建筑物发生变形，受损房屋数达到105户。（3）水资源破坏：村庄周围较多的煤矿，在实施采煤作业时，需要将矿坑的水排出，导致煤层上覆岩层的裂缝变形，煤层上的水层状态处于半疏干，由此破坏了含水层储水结构，使该村庄的人民用水十分紧张。（4）土地资源破坏：频繁的煤矿开采作业中，使得村庄土地出现较多的裂缝，同时该村庄内耕地出现大面积荒芜，加大了土地沙化与水土流失的灾害发生率。

1.2 区域内煤层情况

区域内含煤地层为侏罗系中统大同组地层，其中11#、14#煤为采煤层，11#煤埋深110m，厚度在5.67m左右；砂质泥岩与砂岩是构成顶板的主要部分，且两者都属于软质岩类；14#煤层埋深为140m其平均厚度为2.5m；细砂岩、砂质泥岩是构成底板的主要部分。

1.3 受灾村庄煤矿分别状况

该村庄发生坍塌、开裂等地质灾害主要是由2个煤矿所引发的，分别为煤矿甲、煤矿乙。其中煤矿甲受F1断层影响分为2个井：1号井、2号井，1号井的位置处于村庄的南边，主要对11#、14#煤层批采，矿区面积大约为1.48km2，2006年停产；该村庄西南边是2号井的地理位置，主要对14#煤层批采，矿区的面积大约为0.86km2，2005年停产；煤矿乙的位置处于村庄北偏东方向，矿区面积达到1.87km2，主井深度为133m，副井深度为146m，煤矿主要采用房柱式、炮采的采煤方法[3]。

2 采空区地质勘察

2.1 地形图测绘

测绘目的：主要对该村庄采空区周边地质构造展开深入分析，根据实际情况进行地形图的绘制，为下一步的勘察提供有效依据。可以将GPS控制点作为测区的主要工具，以此为保证测图的准确性奠定基础。通过实际应用得出测绘面积为0.26km2

2.2 采空区地质调查

调查目的：对该村庄煤矿采空区的分布情况全面了解，在这个过程中，还应当累计村民房屋受损的数量，以此为下一步的物探勘察奠定良好基础。

为了更好地展开地质调查工作，可以让地方政府与煤矿矿主给予帮助。通过调查了解到：各煤矿采掘工程平面图4副，有7眼调查水井，该地区房屋受损累计496间；同时该村庄采空区重点勘察对象为村庄东部及西南区。

2.3 物探勘查

勘察目的：了解该村庄周围地下采空分布情况，并对地质调查采空区域进行验证，将该依据作为重点治理区域的线索。

为了保障物探勘察的质量，采用瞬变电磁与RaA测氡法作为探测方法，对该村庄的21条物探测线展开探测，15～20m为线距，5～10m为点距，3240m测线是总共的布设数，其中测点有650个。通过数据分析可知：该村的东部及西南角为该村庄治理的主要区域，并计算得出采空区深度大约在130m左右。

2.4 钻探验证

确定采空区各层的厚度，并掌握每层顶板所处的位置，之后将物地质调查结果与物探勘察结果进行验证，最后明确空点采空区治理区域的具体位置。

各类钻探孔共布设5个，煤层顶板实验完成共5组，总共有55块试件。通过钻探验证可知，物探成果及地质调查结论得到验证，且知晓重点治理区为该村庄东部及西南部2处；11#煤层埋深110m，14#煤层埋深140m；11#煤层埋深平均煤层厚度为5.67m，14#煤层埋深平均厚度为2.5m。具体见图1。

图1 地质剖面图

3 采空区内地质灾害治理设计

3.1 治理方法

在治理过程中，采用填充灌浆的方法十分有效，首先需要布设注浆孔，其主要是按照一定孔距与排距布设的，之后进行地质钻机成孔，使水泥粉煤灰浆液连同细骨料固化、结胶，防止上覆岩层的进一步塌陷。

3.2 注浆工艺

（1）测量放点：在放样测量过程中，可采用全站仪来实现注浆孔的放样测量，需注意的是，其位置设计要求在50cm以下，但需要根据实际情况进行调整。

（2）成孔要求：将XY-4地质钻机钻进应用实践中，对于开孔孔径来说，应当处于130～150mm最适宜，钻进过程中，需要保证破碎、松散层3～5m，之后再将带有法兰托盘的50mm钢管下入孔内变径后封堵，变径后的直径取91mm，成孔效果应钻至采空区塌陷冒落带以下3～5m处。

（3）浆材配置：关于浆液的配置问题，应当按照试验配比展开，需注意的是，浆液搅拌时间应在合理范围内，一般在10min以上。

（4）由于该项目有2个可采煤矿层：11#、14#，所以在钻孔过程中，如果发现11#、14#煤矿层均存在采空现象，应将下行式分段注浆预案的方法应用其中，也就是说钻至11#煤矿层后需注浆，之后扫空钻井至14#每层采空再进行一次注浆。

（5）在钻孔过程中，应注意施工的顺序，首先进行帷幕孔的施工，再进行注浆孔的施工，在灌浆过程中需注意跳孔灌注。

（6）灌注结束标准：对于注浆结束的标准来说，应符合这几点要求：泵量小于70L/min，且达到1.0～1.5MPa的孔口管压力，使其稳定10～15min后即可停止注浆。

（7）注意事项：在注浆孔钻进过程中需要详细记录其中存在的问题，比如，掉钻、漏水、埋钻等，同时还应对注浆钻进的深度、层位与耗水量进行观察，这样才能更好地分析与解决存在的问题，为下一步施工奠定良好基础。

3.3 灌浆质量检查

结束灌浆后的1个月，应当对灌浆质量进行检查，在这个过程中尤其要注意这几个方面检查：

（1）灌浆质量检测孔位置应布置在脱空较大、窜浆孔集中的地方；对于孔的数量来说，应当为灌浆孔总数的5%。（2）在检测采空区治理工程质量时，可采用钻探取芯、孔内电视观测、波速测井等方法进行检测，质量标准应当符合：注浆浆液的结石率不小于80%，且浆液结石强度应达到1.0MP。完成注浆后的6个月，应当对冒落岩石中浆液填充情况进行检测，可以采取孔内取芯的方式检查，取芯率为80%以上。（3）结束浆孔灌浆与钻孔注浆的检查后，应当将孔封填密实，可采用水泥砂浆的方式。（4）结束上述工作后，再进行物探。

3.4 其它应注意事项

（1）应当对村庄受护界限内地裂缝进行回填处理后才能进行注浆，对于深度的处理，应当大于80cm，对于宽度来说，应高于50cm，为了防止注浆过程中沿地裂缝冒浆、跑浆等问题发生，可以采用碎石土分层夯实回填的方式，为保证注浆质量奠定基础。

（2）注浆孔的顺序应注意，注浆孔施工应当在帷幕孔施工之后；同时，采空区高的钻孔施工应当在采空区低的钻孔施工之后，以此保障施工质量。

（3）浆液浓度应该先稀后稠，灌浆时，应当对泵的吸浆量与泵压进行定时观察，对灌浆中出现的一些问题进行记录，并根据实际情况对灌浆量与浆液浓度进行适当的调整。

（4）在注浆过程中如果发生地表裂隙跑浆的问题，可以将间歇式注浆应用其中，或者实施减小泵量等方法，以防止浆液从地面流失现象发生。

4 结语

本文通过探讨煤矿下伏采空区地质灾害治理可知，第一步应明确重点治理区域，可以通过综合勘察手段来明确，之后判断出采空区“三带”后再计算各项数据。对于治理方法来说，可采取填充灌浆的方法，在这个过程中需要注意的是，应当根据实际情况来展开施工。

该项目的实施能够有效解决采空区地质灾害的发生，为类似的项目施工提供指导意见。