李锐

摘要：文章针对铁路下伏采空区埋深较深、连通性较好、开采层数较多、开采规模较大、地下水丰富等特点，对不同地质条件下的注浆充填工艺、多层空区的处理方式、注浆设备的优化改进、不同地区终注标准的区分判定等施工关键技术进行了研究，制订了科学合理的施工方案并成功应用，确保了采空区的充填质量及线路的运营安全，为今后遇到的类似大型采空区治理工程提供了合理的施工指导依据。

关键词：扩散半径；多层采空区；配合比；终注标准；孔间距；物探

Abstract: this paper discusses the buried depth fell on railway is deep, connectivity is good, mining many layers of mining, large scale, the abundant groundwater and other characteristics, to different geological conditions of the grouting process, multi-layer empty area filling treatment method, the optimization of the grouting equipment improvement, the different regions of the end note standard distinguish construction such as judge key technologies, and developed a scientific and reasonable construction scheme and successful application, ensure the quality of the filling and circuit on the safe operations, met for the future of similar large-scale gab area provide the reasonable construction project guide basis.

Keywords: diffusion radius; Multi-layer goaf; Mix; Eventually note standards; Hole spacing; Geophysical exploration

中图分类号： U617 文献标识码：A 文章编号：

新建东都至平邑铁路采空区处理工程起止里程为DK1+360-DK3+522，全长2.162公里，地表辐射范围以既有线为界，左侧最远达100m，右侧最远达90m，地下空区整治处理深度最深达185m。因此必须对采空区采取有效的处理措施才能保证充填质量和行车运营安全。

1．工程概况

采空区范围内自上向下主要可采煤层为9、11、13、15、17煤層，均以18±北东向倾斜，本处理工程主要针对第9、11、13、15煤空区进行处理，主要工程措施采用钻孔注浆充填加固，通过注浆充填土洞、采空区空洞和基岩裂隙，并截断地表水与地下水、注浆范围及非注浆范围之间的水力联系，防止采空区变形引起地面塌陷。

本采空区具有煤层采空区缓倾、重复采动、多层空区、处理深度之深、水文地质条件复杂等特点，处理难度之大属全国同类领域内罕见。

2 ．采空区治理关键技术研究

2.1注浆施工设备的优化与改进

根据传统工艺设备的优缺点并有针对性的结合本段采空区的特殊性，注浆施工设备做了改进并按照浆液集中搅拌，管道输送浆液，孔口注浆及加压三个步骤完成整个注浆施工过程。

2.1.1浆液集中搅拌：

为提高施工效率、节约施工成本，治理范围内修建大型水泥粉煤灰浆液搅拌站一座，站内由储料区、搅拌区、控制计量区、主动输送区四部分组成，使用改进后PLY1200 型搅拌机，每盘最大拌合量5 m，用时平均120s，可依据施工需要，随时对配合比进行调整。为同时保证浆液搅拌时间，设计组装DJC-600型搅拌罐2台可在浆液出料仓后继续搅拌，防止浆液沉淀以及实现注浆泵不停顿注浆。控制计量区采用BS-3000版本，可实现调整水灰比，自动送料生产以及生产量全过程实时记录及查询自动一体化。浆液采用泵送，引进了BW-600R型注浆泵4台。该泵可实现四种不同压力及流量，最大单位流量600L/min，注浆最大压力10Mpa，可较好的满足不同孔径，孔深或注浆工艺的需要。

2.1.2管道输送浆液

浆液输送采用50mm铁管作为主干管道，50mm钢丝编织液压支架软管作为附属管道，大大提高管道铺设速度和注浆效率。当浆液输送距离大于500米时，浆液流速减缓，注浆压力不能达到设计要求时，站外依照距离平均分设3个二级站，分站共包括DJC-600搅拌机3台以及BW-250型注浆泵6台，浆液在到达二级站后进行第三次搅拌随之泵送，保证在远距离输送到孔口后仍可满足流量及压力要求。

2.1.3孔口注浆及加压

按照采空区注浆工艺，孔口自流注浆注满后实施孔口加压注浆，而由于远距离输送，导致孔口压力较注浆泵上显示压力有所误差，故安装孔口压力表，实现真实反映孔口压力并保障压力表不漏浆，实现压力表的重复使用。

图5.1-1 采空区注浆流程及设备配置示意图

2.2注浆材料的选取及浆液参数指标的确定

为保证浆液的可注性及满足扩散半径的要求，针对不同类型孔所作的注浆充填材料现场试注得出：帷幕孔采用1：7的砂浆灌注，缩小了充填材料的扩散半径及流动度，可以有效控制浆液的大量流失，快速的起到封堵的作用。注浆孔如未遇到大的空区，只有轻微漏水、漏浆时先采用2：8的水泥粉煤灰浆灌注，待超过50方达到首次间隙条件后，再换用孔口浆冲砂的充填工艺；如遇大的空区后，直接采用孔口浆冲砂的充填工艺，浆液配比为2：8；对于水位较深的孔位注浆时需掺入浆液总量1.6﹪的速凝剂；如孔内吃浆量超过设计值的1.5倍仍达不到终注条件时，需换用1：7砂浆继续灌注至满为止。经过检查孔钻探取芯检测上述配比浆液的可注性和扩散半径能满足要求。

2.3加压注浆的技术要求与终注条件

施工过程中有针对性的将处理范围分既有线路左右两侧进行施工研究，通过大量孔的数据收集分析得出结论：

1）、线路右侧用水泥粉煤灰浆进行灌注，终止注浆的条件为：压力0.6-0.8MPa，20分钟内小于10L/min。

2）、线路左侧用水泥粉煤灰浆和水泥砂浆进行灌注，终止注浆的条件为：水泥粉煤灰浆的压力0.8-1.0MPa，20分钟内小于10L/min。

3）、左侧最外注浆设置为帷幕孔，灌注水泥砂浆，水泥砂浆终止的压力2.0MPa，20分钟内小于20L/min。

2.4 成孔注浆工艺的研究

钻孔采用一次性成孔和注浆凝固复钻多次成孔两种成孔工艺，并以90cm空区深度范围作为两种成孔工艺的临界值：

1）、浅层空区深度在90cm以内且地层情况较稳定时采用少量水泥砂浆暂时封堵空洞或顶水钻进以穿透此层空区后继续向下钻进，直至设计深度停钻，全过程略去复钻工序，即一次性成孔，后多层空区统一注浆灌注。

2）、浅层空区深度在90cm以上时原则上仍采用原设计注浆复钻工艺施工，即处理一层钻一层的方法施工，同时如果在具备条件的情况下也可以尽量采用一次性成孔注浆工艺，以减少复钻工序，提高施工效率。

3．检测方法分析与选取

本处理工程采用了电法、浅层地震反射波法、地震波CT和电磁波CT等多种物探检测手段对采空区压浆前后进行了对比检测试验。从实验结果分析，可得出：

1）、电法可作为类似本场区的工点的物探检测手段之一，压浆前后电性变化基本反映了压浆作用范围和基本效果。但较为粗略，细化程度不够。

2）、地震波CT效果好，结论基本准确而细化，是较好的物探检测手段之一。检测要求有两个孔，且孔中有水，孔间距不大于25m等，条件要求比较严格。

3）、电磁波CT能基本反映孔间压浆前后效果，但较为粗略，可作为辅助物探检测手段。

4．结论

经过对注浆效果的检测并结合取得数据分析得出如下结论：采空区全范围内所布设的自检孔，钻探取芯结果显示有超过90%的孔取得了明显的浆液结实体及未出现掉钻情况，证明地下空区充填效果良好，同时通过自检孔的注浆数据分析有超过90%的孔吃浆量在规范要求的标准可控范围内，从另一方面也说明采空区处理效果显著，达到了预期目的，保证了铁路的行车运营安全，说明注浆充填方案选取合理有效，为今后遇到的类似大型采空区治理工程提供了有效的技术支撑及合理的施工指导依据。

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作者简介：李锐（1984.9—）男汉族河北省清苑县学士学位助理工程师职称

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。