一种处理复杂采空区的充填加固方法

摘要

本发明公开了一种处理复杂采空区的充填加固方法，主要内容是注浆孔位的选择和注浆压强的控制，其结合填充法采用斜向注浆孔，避免了直接在采空区地表面施工存在的安全隐患，从而减少了对上部其他岩层完整性的破坏，更好地保证了采空区的稳定性和结构性；采用斜向充填，逐步加固，即对整个采空区进行了充填，同时又提高了采空区的整体承载力，为矿层的回采时保证了顶板的强度要求；在注浆过程中采用先稀后稠的方法和间歇性注浆，保证了浆液在塌陷岩体中的流畅性、充填率，同时改变浆液的浓度和适当地加入速凝剂，最终提高了整个采空区的充填加固效果；对于矿区岩层完整性不是很好，且还需要开采的复杂采空区，充填加固处理效果明显。

说明书

技术领域

本发明涉及采矿领域，具体是一种处理复杂采空区的充填加固方法。

背景技术

自20世纪末以来，我国矿业开采秩序较为混乱，非法无序的乱采滥挖在一些矿山及其周边留下了大量的采空区，这直接影响着矿山开采的安全生产以及对周边环境的破坏，因此对采空区的处理变得刻不容缓。

目前，根据顶板特征、矿层厚度和保护地表的特殊要求等条件不同采空区常用处理方法有全部垮落法、充填法、矿柱支撑法等。全部垮落法处理采空区简单可靠、费用少，所以凡是条件合适时均应尽可能采用这种方法，但这将影响深部矿层的继续开采，导致矿产资源的浪费；充填法主要有矸石充填、水砂充填、膏体充填等，这些方法对一般采空区的治理固然可行，对于复杂的采空区（采空区岩层较差，空区内部部分塌陷，地表不能满足设备的承重要求），这种方法存在着施工安全隐患，很难实现；矿柱支撑法适用于岩层完整性较好的采空区，且该方法的施工难度较大，技术要求高。

发明内容

本发明为了克服上述方法的不足，提出了一种处理复杂采空区的充填加固方法，这种方法不需要将整个采空区爆破垮塌，且不影响对矿产资源的进一步开采。本发明将充填法进一步发展，避免了在内部塌陷的采空区地表施工，并且能够很好地保证采空区充填加固后的强度要求，以及不影响周边建筑物的安全使用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种处理复杂采空区的充填加固方法，包括以下步骤：

（1）场地平整：根据现场环境及场地要求对场地进行清理、平整；

    （2）确定采空区地面范围：根据矿山的地质资料和矿区的开采情况，结合物探手段确定出采空区的地面范围及埋藏深度；

    （3）拟定注浆孔位置：在采空区划出的地面范围内，拟定注浆孔，拟定注浆孔的布置采用边长R为8～10m的平面正三角形，即相邻三个拟定注浆孔为平面正三角形的顶点；

    （4）实际注浆孔位置：以第一排拟定注浆孔所在的平面为基准面，设每个拟定注浆孔到采空区下侧的垂直高度为h，以拟定注浆孔的最低端为基点，在基准面的垂直面内，从基点向采空区的外侧发出偏移基准面的射线，且偏移角度α为45°～60°，相交于地面的点即为实际注浆孔的位置，注浆孔管路位于射线所在位置，则注浆孔的深度，即注浆孔管路的长度为1.414h～2h；

    （5）放线定位：采用全站仪和皮尺在场地内测量出实际注浆孔的位置，钻孔的实际位置为步骤（4）设计的实际注浆孔方圆1m内；

    （6）在钻孔位置确定后，即可安排钻机入场，就位第一排钻孔；

    （7）钻机进行钻孔，并且对钻孔的地质情况进行取样、记录，终孔条件为钻至采空区顶部或下侧矿体岩层1m以内；

    （8）钻孔成形后安放铁管或PVC管，确保钻孔畅通，为下一步注浆做准备；

    （9）在第一排实际注浆孔钻孔完成后，将注浆管下入孔内，封口安装球阀，连接管路准备充填加固；

    （10）充填加固分为两部分：对于塌陷区，高压喷射水泥砂浆，浆液的浓度采用先稀后稠的方法；对于采空区，填充碎石尾矿粉水泥混合料；

    （11）第一排所有的实际注浆孔充填完成并达到设计要求；

    （12）在第一排实际注浆孔施工完成2～4天后，将设备往采空区方向推移，继续对第二排实际注浆孔放线定位，逐步充填加固整个采空区。

作为本发明进一步的方案：钻进过程中未到采空区深度如遇突然漏水或抱钻时，立即提钻停止钻进，提钻后并进行灌浆或压浆填充；漏水或塌孔区域灌浆或压浆量较大时采用双液浆进行灌注，待浆液初凝后再进行钻进。

作为本发明进一步的方案：步骤（10）中对于塌陷区，连接注浆孔管路，然后进行注浆；每次搅拌量为0.5～0.7立方米，制浆完成后，放入浆液池内，由注浆机吸入注入孔内；注浆时应先注水1～2分钟后，打通注浆通道后，再进行注浆，注浆时采用先稀后稠的方法；注浆量较大时采取间歇注浆，并调整注浆的浓度，待初凝后再进行补充注浆；掺合料为水泥和尾矿粉或粗砂，且水泥与水的质量比为1：1，水泥与其他掺合料的质量比为1：6；注浆压力达到5～6MPa时终止注浆。

作为本发明进一步的方案：步骤（10）中对于采空区，采取填充碎石、细骨料、水泥混合料的处理方式；碎石粒径为10mm～30mm，细骨料为尾矿粉或粗砂，水泥含量为80～100kg/m³，水泥与水的质量比为1：1，填充量为充满采空区，压力达到3～6MPa，填充量和填充压力均达到设计要求方能终孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明结合填充法采用斜向注浆孔，避免了直接在采空区地表面施工存在的安全隐患，从而减少了对上部其他岩层完整性的破坏，更好地保证了采空区的稳定性和结构性；

（2）本发明采用斜向充填，逐步加固，即对整个采空区进行了充填，同时又提高了采空区的整体承载力，为矿层的回采时保证了顶板的强度要求；

（3）本发明在注浆过程中采用先稀后稠的方法和间歇性注浆，保证了浆液在塌陷岩体中的流畅性、充填率，同时改变浆液的浓度和适当地加入速凝剂，提高了浆液达到区域充填的效果，最终提高了整个采空区的充填加固效果；

（4）本发明对于矿区岩层完整性不是很好，且还需要开采的复杂采空区，充填加固处理效果明显，工程造价低，对环境破坏影响小，在这类采空区的处理方案中具有显著优势。

附图说明

图1为采空区拟定注浆孔平面布置图；

图2为采空区实际注浆孔位置图；

图3为塌陷区施工图；

图4为采空区施工图；

图5为采空区充填后整体效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种处理复杂采空区的充填加固方法，包括以下步骤：

（1）场地平整：根据现场环境及场地要求对场地进行清理、平整；

    （2）确定采空区地面范围：根据矿山的地质资料和矿区的开采情况，确定出采空区的地面范围及埋藏深度；

    （3）拟定注浆孔位置：在采空区划出的地面范围内，拟定注浆孔，拟定注浆孔的布置采用边长R为8～10m的平面正三角形，即相邻三个拟定注浆孔为平面正三角形的顶点，如图1所示；

    （4）实际注浆孔位置：以第一排拟定注浆孔所在的平面为基准面，设每个拟定注浆孔到采空区下侧的垂直高度为h，以拟定注浆孔的最低端为基点，在基准面的垂直面内，从基点向采空区的外侧发出偏移基准面的射线，且偏移角度α为45°～60°，相交于地面的点即为实际注浆孔的位置，注浆孔管路位于射线所在位置，如图2所示，则注浆孔的深度，即注浆孔管路的长度为1.414h～2h；

    （5）放线定位：采用全站仪和皮尺在场地内测量出实际注浆孔的位置，钻孔的实际位置为步骤（4）设计的实际注浆孔方圆1m内；

    （6）在钻孔位置确定后，即可安排钻机入场，就位第一排钻孔，钻机采用的是GX-200型钻机；

    （7）钻机进行钻孔，钻孔直径为110mm，并且对钻孔的地质情况进行取样、记录，终孔条件为钻至采空区顶部或下侧矿体岩层1m以内；

    （8）钻孔成形后安放直径100mm的薄壁铁管或PVC管，确保钻孔畅通，为下一步注浆做准备；

    （9）在第一排实际注浆孔钻孔完成后，将注浆管下入孔内，封口安装球阀，连接管路准备充填加固；

    （10）充填加固分为两部分：对于塌陷区，高压喷射水泥砂浆，浆液的浓度采用先稀后稠的方法，如图3所示；对于采空区，填充碎石尾矿粉水泥混合料，如图4所示；

对于塌陷区，连接注浆孔管路，然后进行注浆；注浆采用JB-600高速搅拌机进行搅拌制浆，每次搅拌量为0.5～0.7立方米，制浆完成后，放入浆液池内，由注浆机吸入注入孔内。注浆时应先注水1～2分钟后，打通注浆通道后，再进行注浆，注浆时采用先稀后稠的方法；注浆量较大时采取间歇注浆，并调整注浆的浓度，待初凝后再进行补充注浆，使浆液不能走的太远，起到区域填充的目地；掺合料为水泥和尾矿粉或粗砂，其中水泥与水的质量比为1：1，水泥与其他掺合料的质量比为1：6；注浆压力达到5～6MPa时终止注浆；

对于采空区，采取填充碎石、细骨料、水泥混合料的处理方式；碎石粒径为10mm～30mm，细骨料为尾矿粉或粗砂，水泥含量为80～100kg/m³，水泥与水的质量比为1：1，填充量为充满采空区（通过钻孔物探出矿量等综合确定），压力达到3～6MPa，填充量和填充压力均达到设计要求方能终孔；

    （11）第一排所有的实际注浆孔充填完成并达到设计要求；

    （12）在第一排实际注浆孔施工完成2～4天后，将设备往采空区方向推移，继续对第二排实际注浆孔放线定位，逐步充填加固整个采空区，如图5所示；

    （13）在整个采空区充填加固后10～20天，对充填加固区域进行取样检验，样品达到矿区岩体的强度要求和整体稳定度，方可写竣工报告书，并告知矿山负责人，可进行矿产资源的下一阶段开采。

    注：钻进过程中未到采空区深度如遇突然漏水或抱钻时立即提钻停止钻进，提钻后并进行灌浆或压浆填充，使漏水或塌孔区域得到堵漏和护壁的作用。漏水或塌孔区域灌浆或压浆量较大时应双液浆进行灌注，防止浆液流的太远，待浆液初凝后再进行钻进，使继续钻进得到有效地保证。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。