一种建筑基础下中深采空区注浆加固处理方法

摘要

本发明提供一种建筑基础下中深采空区注浆加固处理方法，该方法主要包括：由计算确定注浆边界范围和注水试验确定注浆钻孔深度、注浆钻孔、注浆泵、注浆杆，封孔器组成，由理论计算和注水试验确定注浆边界范围，设计了注浆参数及工艺，注浆加固效果质量检测及沉降监测。解决的问题是：发明了一种适用于煤矿采空区上的建筑地基处理方法。发明的特征在于：通过查阅开采和地质资料，由理论计算注浆范围；注水试验确定注浆钻孔深度；设计相应的注浆参数，选择注浆设备，确定注浆工艺；注浆施工结束1个月后对钻探取芯对注浆体质量检测和地表变形监测。本发明的有益效果在于：加固建筑下部煤矿采空区破坏岩层及松散岩石，有效控制采空区上部覆岩残余移动变形，保证建筑正常使用。

说明书

技术领域

本发明属于矿山地质灾害治理的一种方法，适用于建筑地基下超过30m埋深有煤矿采空区需要加固处理。

背景技术

地下矿产资源被开采后，对于形成的采空区处理方法主要有充填法、留设矿柱支撑法、顶板垮落法等。为了能充分回收资源，充填法在贵重或稀有金属矿产资源的开采中处理采空区使用的比较多，但充填体强度越高充填成本相应越高，即使采用充填法开采贵重或稀有金属矿产资源，充填体的围岩仍有变形破坏；在采空区留设矿柱支撑顶板岩体破坏，但随着开采扰动、地下水或岩石流变，矿柱的强度会降低，甚至破坏；顶板垮落法在煤矿开采中处理采空区比较普遍，即煤炭资源开采后，顶板岩层垮落，形成“三带”：冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，在水文条件、地质条件、开采扰动、地形等多种因素综合影响下引起岩层和地表移动，造成道路开裂下沉，房屋倒塌等一系列岩土工程问题。

目前对采空区处理主要有两个方面：一方面是采用绿色开采理论指导生产，即在开采设计及生成过程中对采空区进行处理，但由于开采成本、绿色开采理论的认识、环境观念等原因，该理论不能得到有效的推广。另一方面是对局部采空区注浆减沉处理，即对影响工程地基基础的部分采空区进行注浆加固，如专利(申请号：2015101306536)公开了一种采空区注浆法施工工艺，专利(申请号：2015103374519)公开了一种采空区快速注浆系统；专利(申请号：2015103369690)公开了一种采空区快速注浆系统的注浆工艺；专利(申请号：2011102394042)公开了公路采空区注浆处治方法；专利(申请号：2010101381426)公开了高速公路下伏采空区注浆投沙时浆液的制备方法。

这些专利技术在采空区注浆的工艺和设备均对采空区造成岩土工程问题提出了各种解决方法，但采空区造成的岩层移动和覆岩破坏有其自身规律，对采空区注浆应该利用这些岩层移动规律，提高注浆减沉效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于煤矿采空区上的建筑地基处理方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种建筑基础下中深采空区注浆加固处理方法由注浆钻孔，注浆泵、注浆杆，封孔器组成，由理论计算确定注浆边界和注浆深度的范围，设计了注浆参数及工艺，注浆加固效果质量检测及沉降监测。

注浆外排孔和基础外侧之间的水平距离计算公式：

L₁＝l+l₁；L₂＝l+l₂

式中：L₁—基础外侧到矿体浅部注浆孔的水平距离，m；L₂—基础外侧到矿体深部注浆孔的水平距离，m；l—基础外侧表土段水平距离，m；l₁—基础外侧基岩段矿体浅部水平距离，m；l₂—基础外侧基岩段矿体深部水平距离，m；H_A—矿体浅部埋深，m；H_B—矿体深部埋深，m；h—表土埋深，m；—表土段移动角，取45°；α—矿体平均倾角，°；γ—基岩段岩层移动角，取75°。

采空区的治理长度、厚度及治理宽度等是以《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》为验算依据。

注浆深度计算公式：

h+(H_岩-H_裂-H_冒)≤H_注≤h+(H_岩-H_冒)

式中：h—表土厚度，m；H_岩—岩层总厚度，m；H_裂—裂隙带高度，m；H_冒—冒落带高度，m；其中，裂隙带高度和冒落带高度依据《采矿工程设计手册》计算确定。

注水试验使用注浆泵、注浆管路和封孔器式注浆管分段注水确定注浆钻孔深度，注水压力为常压，根据钻孔注水量的失水速度判断采空区顶板裂隙带高度。

采空区埋深小于50m的压力可控制在2.0MPa，采空区埋深大于50m的控制在1MPa；②注浆施工：浆液的稠度为先稀后稠，注浆孔采用连续注浆和间歇注浆相结合的方法，采空区注浆采用孔底注浆法和分层注浆，从外围钻孔向建筑物基础方向依次注浆；③设计采用似法兰盘止浆法进行止浆；④注浆孔间距为30-50m；⑤注浆材料选用水泥和粉煤灰材料；⑥设计要求浆液结实体单轴抗压强度大于3MPa；

注浆范围—设计注浆参数—施工注浆孔—建立注浆站—注浆系统耐压试验—钻孔冲洗及压水试验—制浆注浆—观测孔注浆工艺—观测与记录—注浆结束后的压水试验—关闭注浆系统—提取注浆塞—封孔—分析注浆效果。

注浆施工结束1个月后对注浆质量检测，钻探取芯与室内试验，要求浆液结实体单轴抗压强度大于3MPa；地表变形监测周期应从施工前一个月持续到完工后1～2年。

本发明的有益技术效果在于：(1)结合资源开采覆岩运动理论确定了注浆范围和注浆工艺；(2)浆液充填了采空区冒落矸石空隙及覆岩离层空间，防治了资源开采造成破坏地层的进一步下沉；(3)提高建筑物地基的整体稳定性和抗变形能力。

本发明使用于以下类型采空区上建筑物地基加固处理：

(1)穿过有采空区地表沉降的公路、铁路；(2)采空区上不能搬迁的建筑物；(3)受采空区影响的水利工程设施。

附图说明

图1采空区注浆设备布置及注浆工艺示意图。

图2注浆钻孔平面布置示意图。

图3采空区注浆效果示意图。

图4注浆效果地表沉降监测示意图。

图5注浆管示意图。

图中：1-注浆泵站2-注浆管路3-建筑地基范围4-注浆管路5-注浆泵站6-表土层及基岩层7-弯曲下沉带8-裂隙带9-冒落带10-煤层底板岩层11-注浆加固体12-沉降监测仪13-沉降监测桩2-1a-注浆钻孔2-2a-输浆管2-3a-上封孔器2-4a-封孔器注液管2-5a-封孔器封闭段钻孔2-6a-注浆管2-7a-下封孔器2-8a-导向杆2-1b-注浆钻孔2-2b-输浆管2-3b-注浆花管

具体实施方式

资料收集和调查：对矿山的水文地质资料、资源赋存条件，开采设计、开采方法、开采工艺、采空区处理方式的资料收集；现场调查井下开采状况和地表沉降测量数据。

加固方案：采空区埋深小于30m地基加固处理，可以采用强夯、开挖回填、桩基础、注浆、网格板等方法；采空区埋深大于30m地基加固处理采用注浆充填。

注浆范围确定：根据调查和收集资料，通过理论计算确定注浆外排孔(2-1A、2-2A、2-3A、4-1A、4-2A、4-3A)和基础(3)外侧之间的水平距离和注浆深度，初步加固范围；当收集和调查的资料缺失，则采用注水试验确定裂隙带(8)高度。

注浆参数设计：采空区埋深小于50m的压力可控制在2.0MPa，采空区埋深大于50m的控制在1MPa；注浆孔(2-1A和2-2A、2-1A和2-1B)间距为30-50m；注浆材料选用水泥和粉煤灰材料，设计要求浆液结实体单轴抗压强度大于3MPa；

注浆施工工艺：浆液的稠度为先稀后稠，注浆孔(2、4)采用连续注浆和间歇注浆相结合的方法，采空区注浆冒落带(9)范围采用孔底注浆法或岩层离层范围采用分段注浆，从外围钻孔(2-1A、2-2A、2-3A、4-1A、4-2A、4-3A)向建筑物基础(3)方向依次注浆；孔底注浆法：即注浆管先插入孔底，然后边注边往上拔，直至注满全孔，不能从上部直接注浆；分层注浆：采用封孔器式注浆管(2-6a)的上下两个封孔器(2-3a、2-7a)将钻孔中一段分离通过注浆段(2-5a)给相互离层的岩层注浆，实现定点注浆。根据注浆压力变化确定注浆结束，先释放下封孔器(2-3a、2-7a)的膨胀液，再释放上封孔器(2-3a、2-7a)的膨胀液，由孔底向孔口依次移动封孔器式注浆管(2-6a)到下一段相互离层的岩层注浆；设计采用似法兰盘止浆法进行止浆。

注浆范围—设计注浆参数—施工注浆孔—建立注浆站—注浆系统耐压试验—钻孔冲洗及压水试验—制浆注浆—观测孔注浆工艺—观测与记录—注浆结束后的压水试验—关闭注浆系统—提取注浆塞—封孔—分析注浆效果。

注浆效果评估：注浆施工结束1个月后对注浆质量检测，钻探取芯与室内试验，要求浆液结实体单轴抗压强度不低于3MPa；地表变形监测周期应从施工前一个月持续到完工后1～2年。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工程技术人员在本发明的技术范围内，可做一些变换，如注浆范围计算方法、注浆工艺、注浆材料等，都应该作为侵犯本发明的保护范围。因此本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。