老采空区早强保坍注浆及钻孔检测确定方法

摘要

本发明公开了一种老采空区早强保坍注浆及钻孔检测确定方法，涉及矿山老采空区修复技术领域。该方法包括：在地面钻注浆钻孔和探测钻孔，制备早强保坍料浆，将声呐探测器放置在探测钻孔的底部探测信号，将其记录为第一次磁场信号；向注浆钻孔内注入早强保坍料浆，停止注浆后，通过声呐探测器再次探测并接收信号，将其记录为最后一次磁场信号，并拟合出该信号下的采空区磁场整体分布图；结合理论知识计算得出一次注浆最大半径值；最后根据该最大半径值得出最优钻孔孔距值。本发明方法中利用了从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，在有效应对采空区注浆充填的同时，还为采空区注浆流动规律等相关研究作出重要铺垫。

说明书

技术领域

本发明涉及矿山老采空区修复治理技术领域，具体涉及一种老采空区早强保坍注浆及钻孔检测确定方法。

背景技术

煤炭资源开采后在地下形成的老采空区，这种不良地质体的产生和存在对地表建(构)筑物的安全修建和稳定运营产生严重威胁。采煤沉陷区是指煤炭开采导致地表沉陷深度大于10mm的区域，采煤沉陷区内因地下煤炭开采导致减产和绝产的农用地以及受影响的建设用地和未利用地称为采煤塌陷地。目前，大多数矿业城市转型发展空间受限、建设用地不足等问题日益凸显，迫切需要开展采煤塌陷地建设利用，保障城市建设用地供应，促进城市转型发展。

而在对老采空区进行治理时，注浆充填作为治理方式之一，目前存在的困难主要在于对于老采空区注浆最优半径确定尚不明确，从而导致钻孔布置的间距不合适，而且浆液在采空区的流动过程及状态难以精确判断，使得在注浆过程中注浆量的多少难以控制，极易造成浆液注入不充分，使地层仍处于不稳定状态，或浆液注入过多，加大了工程投入的成本。

综上所述，在对老采空区进行修复治理时，注浆孔的设计尤为关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种老采空区早强保坍注浆及钻孔检测确定方法，该方法中通过引入一种能及时产生早期强度和保坍的充填材料，并在注浆过程能判断注浆效果及注浆有效扩散半径，为采矿工程中的采空区注浆的流动规律等研究作出重要的铺垫。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种老采空区早强保坍注浆及钻孔检测确定方法，依次包括以下步骤：

a、根据煤矿井上下地质资料确定老采空区巷道中轴线对应的地面位置，在地面钻注浆钻孔；

b、根据老采空区巷道走向，沿走向在所述的注浆钻孔的一侧钻探测钻孔，所述的探测钻孔与所述的注浆钻孔的距离为30～50m；

c、制备早强保坍料浆，所述的早强保坍料浆所采用的原料包括水泥、粉煤灰、赤泥、复合激发剂、减水剂、早强剂、保坍剂和水；

d、将声呐探测器放置在所述的探测钻孔的底部，并开启声呐探测器，探测并接收信号，将其记录为第一次磁场信号；移动所述的声呐探测器，以使其实现对采空区整个空间的扫描，将所获得的信息通过信号传输至地面上的主机，在地面主机中存储记录，根据声波拟合出采空区声呐整体分布，结合理论知识拟合出采空区磁场整体分布图；

e、向注浆钻孔内注入早强保坍料浆，待注浆压力达到注浆极限时，且通过声呐探测器检测到声波不再有较大变化时，停止注浆；

f、通过声呐探测器再次探测并接收信号，将其记录为最后一次磁场信号，并拟合出该信号下的采空区磁场整体分布图；

g、对比步骤d和步骤f所获得的采空区磁场分布图，计算得出一次注浆最大半径值；

h、步骤g一次注浆最大半径值的两倍即为最优钻孔孔距值；

i、根据步骤h所述的最优钻孔孔距值，依次钻第二个注浆钻孔、第三个注浆钻孔…第N个注浆钻孔，通过对各个注浆钻孔内注入早强保坍料浆的方式，完成对采空区的修复。

作为本发明的一个优选方案，所述的注浆钻孔与探测钻孔的孔径相同，孔径均为250～300mm。

作为本发明的另一个优选方案，步骤c中，所述的复合激发剂由CaO和CaSO

优选的，步骤c中，按照质量配比计，水泥：粉煤灰：赤泥：复合激发剂：减水剂＝1：3.5：4.7：0.5：0.1。

优选的，步骤d中，声呐探测器的动态监测时间间隔为5～10min。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

(1)本发明提出了一种老采空区早强保坍注浆及钻孔检测确定方法，该方法中所选用的早强保坍料浆，其中，含有赤泥，解决了从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，保护环境。

(2)早强保坍料浆能提前在充填完老采空区后，短时间内达到早期强度，已充的老采空区上方能尽早施工，在达到老采空区生态治理的同时，缩短地面施工时间；另外保坍剂的加入，保证了采空区上覆岩层长期稳定。

(3)利用声呐声波检测能够精确判断出实际注浆区域注浆最大范围，进而确定出左右钻孔距离，最大程度保障注浆材料充满采空区，减少钻孔和充填材料浪费。

(4)本发明通过在老采空区巷道直接注浆，比采空区上覆岩层注浆更容易实施和控制。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明最优钻孔布置示意图；

图2为本发明方法流程图；

图中：

1、注浆钻孔，2、探测钻孔，3、切眼，4、顺槽，5、声呐探测器，6、检测站点。

具体实施方式

本发明提出了一种老采空区早强保坍注浆及钻孔检测确定方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做具体说明。

如图2所示，本发明提出的一种老采空区流态化充填注浆检测及最优钻孔布置方法，具体步骤如下：

步骤一、根据煤矿井上下地质资料确定采空区巷道中轴线对应的地面位置，在地面钻注浆钻孔，注浆钻孔直径为250mm；

步骤二、根据老采空区巷道走向，沿走向在注浆钻孔的一侧或两侧钻探测钻孔，探测钻孔与注浆钻孔的距离为50m，探测钻孔直径为250mm；

步骤三、制备早强保坍料浆；

早强保坍料浆所采用的原料包括：水泥、粉煤灰、赤泥、复合激发剂、减水剂、早强剂、保坍剂和水，将所有原料进行混合搅拌，搅拌均匀即制成早强保坍料浆。

上述原料中，按照质量配比计：

水泥：粉煤灰：赤泥：复合激发剂：减水剂＝1:3.5:4.7:0.5：0.1，其中固体质量分数为74％。

复合激发剂由CaO和CaSO

早强剂的掺量，在干燥环境中，氯盐1％、硫酸钠2％，硫酸钠与缓凝减水剂复合使用3％，三乙醇胺0.05％，在潮湿环境中，硫酸钠1.5％，三乙醇胺0.05％；

保坍剂可以为主侧链接枝密度改良型、羧酸保护型、交联型、两性型等，如丙烯酸羟丙酯、两性聚羧酸型等；

步骤四、将其记录为第一次磁场信号；移动所述的声呐探测器，以使其实现对采空区整个空间的扫描，将所获得的信息通过信号传输至地面上的主机，在地面主机中存储记录，根据声波拟合出采空区声呐整体分布，结合理论知识拟合出采空区磁场整体分布图；时间间隔为5～10min；

步骤五、向注浆钻孔内注入早强保坍料浆，待注浆压力达到注浆极限时，且通过声呐探测器检测到声波不再有较大变化时，停止注浆；

步骤六、通过声呐探测器再次探测并接收信号，将其记录为最后一次磁场信号，并拟合出该信号下的采空区磁场整体分布图；

步骤七、对比步骤四和步骤六所获得的采空区磁场分布图，计算得出一次注浆最大半径值；

步骤八、步骤六一次注浆最大半径值的两倍即为最优钻孔孔距值；

步骤九、根据步骤八所述的最优钻孔孔距值，依次钻第二个注浆钻孔、第三个注浆钻孔…第N个注浆钻孔，通过对各个注浆钻孔内注入流态化充填料浆的方式，完成对采空区的充填。

上述的早强保坍料浆中赤泥，来自于铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，完成了对固体废物的利用。

实施例1：

以某煤矿为例，如图1所示，图中示出了注浆钻孔1、探测钻孔2、切眼3、顺槽4、声呐探测器5、检测站点6，采用本发明方法，具体步骤为：

步骤一、根据煤矿井上下地质资料，对矿井4#煤层老采空区顺槽进行流态化注浆，确定顺槽中轴线对应的地面位置，在顺槽中部对应的地面钻注浆钻孔，注浆钻孔直径为250mm；

根据老采空区顺槽走向，沿走向在注浆钻孔的两侧钻探测钻孔，探测钻孔与注浆钻孔的距离为50m，探测钻孔直径为250mm。

步骤二、制备早强保坍料浆

早强保坍料浆所采用的原料包括：水泥、粉煤灰、赤泥、复合激发剂、减水剂、早强剂、保坍剂和水，将所有原料进行混合搅拌，搅拌均匀即制成早强保坍料浆。

上述原料中，按照质量配比计：

水泥：粉煤灰：赤泥：复合激发剂：减水剂＝1:3.5:4.7:0.5：0.1，其中固体质量分数为74％。

复合激发剂由CaO和CaSO

早强剂的掺量，在干燥环境中，氯盐1％、硫酸钠2％，硫酸钠与缓凝减水剂复合使用3％，三乙醇胺0.05％，在潮湿环境中，硫酸钠1.5％，三乙醇胺0.05％；

保坍剂选用丙烯酸羟丙酯；

步骤三、将声呐探测器放置在所述的探测钻孔的底部，并开启声呐探测器，探测并接收信号，将其记录为第一次磁场信号；移动所述的声呐探测器，以使其实现对采空区整个空间的扫描，将所获得的信息通过信号传输至地面上的主机，并存储记录，结合理论知识拟合出采空区磁场整体分布图；在注浆过程中，声呐探测器进行动态化探测，时间间隔为10min；

步骤四、向注浆钻孔内注入早强保坍料浆，待当注浆压力达到注浆极限时，且通过声呐探测器检测到磁场不再有较大变化时，停止注浆；

步骤五、通过声呐探测器再次探测并接收信号，将其记录为最后一次磁场信号，并拟合出该信号下的采空区顺槽磁场整体分布图；

步骤六、对比步骤三和步骤五所获得的采空区磁场分布图，计算得出一次注浆最大半径值为20m；

步骤七、为保证注浆效果，取步骤六一次注浆最大半径值的2倍即为最优钻孔孔距值；

步骤八、根据步骤七所述的最优钻孔孔距值，依次钻第二个注浆钻孔、第三个注浆钻孔…第N个注浆钻孔，通过对各个注浆钻孔内注入流态化充填料浆的方式，完成对采空区的充填。

效果：

对该煤矿老采空地层注浆过程及建筑修建过程中对该区域地面进行了监测，数据处理中心西侧5个测点，在注浆工程中，地面逐渐上升，注浆完成后地面又下降；随着中心建筑物的建设，地面发生下沉，至建筑物地面2层建设完成(距采空地层注浆加固治理结束300天)时，地面最大下沉6mm，标高变化趋于平缓，平均沉陷速度为0.011mm/d，符合《建筑变形测量规范》相关要求，认为地面变形已进入稳定阶段。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。