CN104762950B - 公路采空区治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种公路采空区治理方法，属于公路地质灾害技术领域，特别涉及到公路下伏大空洞及充水采空区的治理方法。其步骤如下：（1）定位成孔；（2）判别灌浆孔类型及浇筑孔口管；（3）灌注类砼；（4）终止灌注类砼；（5）压力注浆；（6）注浆结束。该方法特别适用于矿层开采后覆岩剩余变形较大或大量充水的公路采空区。
Description
技术领域
本发明涉及一种公路采空区治理方法，属于公路地质灾害技术领域，特别涉及到公路下伏大空洞及充水采空区的治理方法。
背景技术
在采空区的治理中经常遇到采空区空洞较大的情况，采用传统的注浆治理方法就显得无能为力了。通常设计中，帷幕孔间距过大，起不到帷幕的作用，通用的浆液过稀，当浆液注到受注体所在位置时，浆液扩散方向理论上向四面八方扩散，在空洞较大时，浆液会像流水一样优先向较低地势流动，如果浆液得不到帷幕的阻挡，会一直向四面八方流动，在这种情况下，要想注满一个孔是非常困难的，因此现行的浆液材料对大空洞的采空区不适用。
发明内容
本发明的目的是提供一套采空区治理工艺，该工艺从开孔要求、注浆材料、终止注浆条件等方面进行改进，能够很好的解决传统注浆工艺的不足，能够极大的减少人力、物力的投入，提高经济效益。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种公路采空区治理方法，包括如下步骤：
（1）定点成孔
采用全站仪按照设计钻孔的坐标进行实地测量放样，钻孔实际位置误差不超过0.5m，因地形、地物的影响不能放样时，调整后的钻孔位置偏离距离不大于3m；
（2）判别灌浆孔类型及浇筑孔口管
根据钻进情况综合判别确定灌浆孔类别，钻探过程中出现掉钻大于0.5m的情况时，确定该孔为灌类砼孔；钻探过程中出现掉钻小于0.5m的情况时确定为注浆孔；
浇筑孔口管采用套管做为灌砼管及注浆管，用素水泥浆液浇筑，地面端口处焊接法兰用以连接灌砼及注浆设备；
（3）灌注类砼
配制类砼搅拌装置参照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011，配制适宜泵送的类砼进行泵送压力充填采空区空洞；施工时，泵送类砼膏状体对采空区空洞填充及对充水空洞进行挤压排水置换充填；
（4）终止灌注类砼
在灌注类砼的末期，泵压会逐渐升高，当孔口管处限压阀自动打开时，停止灌注类砼；
（5）压力注浆
灌注类砼结束后，对已经判定为注浆孔的钻孔进行压力注浆施工；
施工顺序：按采空区的倾斜方向，先施工采空区底板标高较低位置的注浆孔及构造物附近的注浆孔，再沿倾斜方向由低到高、由边部到中心展开施工；
压力注浆：注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法；稀浆灌注量为单孔注浆量的50%；
注浆过程中若出现地表裂缝大量跑浆时，采用间歇式注浆或减小注浆压力，阻止浆液从地面大量流失；
（6）终止注浆
在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min时，根据构筑物类型和采空区特征，孔口压力稳定在1.0～3.0MPa，持续15分钟时，结束注浆施工。
该方法可以较好地治理公路下伏大空洞及充水采空区，首先克服了大空洞充水采空区这一治理难题，该方法利用类砼可以有效充填大空洞采空区，利用水泥粉煤灰浆液可以进行裂隙注浆，从而实现综合治理公路采空区的目的；其次克服了帷幕有困难的地段的采空区治理工程难题。该治理方法针对性强，造价低廉，变废为宝，安全环保，具有良好的社会效益和可观的经济效益。
附图说明
图1是采空区治理工艺图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种公路采空区治理方法，如图1所示，包括如下步骤：
（1）定点成孔
采用全站仪按照设计钻孔的坐标进行实地测量放样，钻孔实际位置误差原则上不超过0.5m，因地形、地物的影响不能放样时，需经设计代表及总监理工程师确认以后予以调整且调整后的钻孔位置偏离距离不宜大于3m。
钻孔均在地表施工，采用Φ146mm钻头开孔，钻至完整基岩6m后下Φ140mm套管护壁，然后变径Φ133mm，钻至煤层底板以下1m。
（2）判别灌浆孔类型及浇筑孔口管
根据钻进情况综合判别确定灌浆孔类别，钻探过程中出现掉钻大于0.5m的情况时，确定该孔为灌类砼孔；钻探过程中出现掉钻小于0.5m的情况时确定为注浆孔。
浇筑孔口管采用套管做为灌砼管及注浆管，用素水泥浆液浇筑，地面端口处焊接法兰用以连接灌砼及注浆设备。
（3）灌注类砼
类砼原材料：矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰、中砂、煤矸石及高效减水剂并随机抽查类砼膏状物的各项指标，包括坍落度、结石体强度等。施工时应先泵送类砼膏状体对采空区空洞填充及对充水空洞进行挤压排水置换充填。煤矸石最大粒径应小于40mm。
配制类砼搅拌装置参照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011，配制适宜泵送的类砼进行泵送压力充填采空区空洞。
（4）终止灌注类砼
在灌注类砼的末期，泵压会逐渐升高，当孔口管处限压阀自动打开时，停止灌注类砼。根据构筑物类型确定限压阀的压力大小，限压阀压力大小在3.0～6.0MPa。
（5）压力注浆
灌注类砼结束后，对已经判定为注浆孔的钻孔进行压力注浆施工。
施工顺序：按采空区的倾斜方向，先施工采空区底板标高较低位置的注浆孔及构造物附近的注浆孔，再沿倾斜方向由低到高、由边部到中心展开施工；
压力注浆：注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，注浆开始后应派专人负责实时观察记录泵压及吸浆量，根据实际情况及时调整注浆量及注浆浓度，稀浆灌注量宜为单孔注浆量的50%；
注浆过程中若出现地表裂缝大量跑浆时，应采用间歇式注浆或减小注浆压力，阻止浆液从地面大量流失。
（6）终止注浆
在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min时，根据构筑物类型和采空区特征，孔口压力稳定在1.0～3.0MPa，持续15分钟时，结束注浆施工。
上述方法步骤（3）中类砼，即类混凝土充填材料，如下：
1、原材料选择
（1）、综合考虑山西省本地材料取材方便，经济成本以及对环境的保护价值，选用粉煤灰、煤矸石作为类混凝土的主要构成材料，变废为宝，实现资源的循环利用；选用5~20mm粒径的煤矸石，构成类混凝土的骨架结构，形成有效的强度支撑；选用粉煤灰及中砂作为配料，填充了煤矸石所形成骨架间的空隙，整体形成级配合理的混合料，不仅能形成一定强度的混凝土，还能满足密实度的要求；并且最终形成的类混凝土可以满足泵送的传输需求，能较便捷的填充采空区。
2、材料配比及强度试验
材料粒径见表1：
表1材料名称及粒径（mm）
配比1、水：水泥：粉煤灰：中砂：煤矸石=12.4:3.7:13.8:14.1:67.8。
配比2、水：水泥：粉煤灰：中砂：煤矸石=12.4:3.4:12.9:13.1:66.3。
配比3、水：水泥：粉煤灰：中砂：煤矸石=12.4:3.2:12.05:12.05:60.3。
上述三种类砼的制备方法如下：
1、材料
（1）水泥
①宜选用32.5矿渣硅酸盐水泥。
②水泥的各项指标应符合《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥》（GB1344-92）标准要求。
③水泥进场时，应有出厂合格证或试验报告，并要核对其品种、标号、包装重量和出厂日期。使用前若发现受潮或过期，应重新取样试验。包装重量不足的另行堆放，做出处理。
④水泥质量证明书各项品质指标应符合标准中的规定。品质指标包括氧化镁含量、三氧化硫含量、烧失量、细度、凝结时间、安定性、抗压和抗折强度，且类砼水泥用量不宜大于400kg/m3。
（2）砂
①砂宜优先选用坚硬不含杂质有棱的硅质砂粒。
②砂按其细度模数分为粗、中、细。类砼材料应优先选用中砂。
③砂的含泥量（按重量计），不大于5%。
（3）煤矸石
①经破碎过筛，选用粒径5-20mm的煤矸石。
②煤矸石宜就地取材，选用质地坚硬的原材。
（4）粉煤灰
①粉煤灰选用应符合《粉煤灰陶粒和陶砂》（GB2838-81）标准。
②宜选用三级以上品质的灰。
（5）水
①符合国家标准的生活饮用水可拌制类砼，不需再进行检验。
②若采用非饮用的天然水、受污染的湖泊水、地下水等，应先经检验符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63-89）的规定才能使用。
2、机具
①利用移动式混凝土搅拌机进行拌合类砼。
②台枰，能称量200kg以上材料，且有CMC标志。
③斗车（手推车）。
3、搅拌
①按照煤矸石-水泥-中砂-粉煤灰的顺序按照配合比进行投料加水搅拌1min。
②采用一次投料法进行拌合，严格控制拌合物的坍落度。
充填固体原材料的体积固定为1m3，各组充填材料的用量见表2。
表2各组充填材料配比
对制成的试块按照要求养护7天、28天、60天后，测量7天、28天、60天单轴抗压强度，结果如表3所示：
表3类混凝土抗压强度试验结果
根据试验结果，三组试样的实测抗压强度值均满足各公路采空区治理的设计要求。试样1流动性较好，粘聚性良好，不离析不泌水；试样2流动性较好，粘聚性良好，不离析不泌水；试样3流动性好，粘聚性较好，不离析不泌水。
试样3配比出来的类混凝土流动性能能满足泵送混凝土的要求，塌落度为14cm，扩径为28cm。
试样3配比出来的类混凝土的单价基本在112元/m3左右，而传统注浆材料单价会随着水固比的增加而增加，当水固比大于1:1.2时，注浆材料成本会大于类混凝土的成本。
试样3配比出来的类混凝土的密度远大于水的密度，可以将大空洞里边存留的地下水排开，并且类混凝土有较高的结石率，可以很好的将大空洞采空区填充密实不留后患。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。
Claims (4)
1.一种公路采空区治理方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）定点成孔
采用全站仪按照设计钻孔的坐标进行实地测量放样，钻孔实际位置误差不超过0.5m，因地形、地物的影响不能放样时，调整后的钻孔位置偏离距离不大于3m；
（2）判别灌浆孔类型及浇筑孔口管
根据钻进情况综合判别确定灌浆孔类别，钻探过程中出现掉钻大于0.5m的情况时，确定该孔为灌类砼孔；钻探过程中出现掉钻小于0.5m的情况时确定为注浆孔；
浇筑孔口管采用套管做为灌砼管及注浆管，用素水泥浆液浇筑，地面端口处焊接法兰用以连接灌砼及注浆设备；
（3）灌注类砼
配制适宜泵送的类砼进行充填采空区空洞；施工时，泵送类砼膏状体对采空区空洞填充及对充水空洞进行挤压排水置换充填；
类砼包括32.5级矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰、中砂和煤矸石，重量比如下：
水：水泥：粉煤灰：中砂：煤矸石=12.4:3.2~3.7:12.05~13.8:12.05~14.1:60.3~67.8；
（4）终止灌注类砼
在灌注类砼的末期，泵压会逐渐升高，当孔口管处限压阀自动打开时，停止灌注类砼；
（5）压力注浆
灌注类砼结束后，对已经判定为注浆孔的钻孔进行压力注浆施工；
施工顺序：按采空区的倾斜方向，先施工采空区底板标高较低位置的注浆孔及构造物附近的注浆孔，再沿倾斜方向由低到高、由边部到中心展开施工；
压力注浆：注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法；稀浆灌注量为单孔注浆量的50%；
注浆过程中若出现地表裂缝大量跑浆时，采用间歇式注浆或减小注浆压力，阻止浆液从地面大量流失；
（6）终止注浆
在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min时，根据构筑物类型和采空区特征，孔口压力稳定在1.0～3.0MPa，持续15分钟时，结束注浆施工。
2.根据权利要求1所述的公路采空区治理方法，其特征在于：步骤（1）中，钻孔均在地表施工，采用Φ146mm钻头开孔，钻至完整基岩6m后下Φ140mm套管护壁，然后变径Φ133mm，钻至煤层底板以下1m。
3.根据权利要求1或2所述的公路采空区治理方法，其特征在于：步骤（4）中，根据构筑物类型确定限压阀的压力大小，限压阀压力大小在3.0～6.0MPa。
4.根据权利要求1所述的公路采空区治理方法，其特征在于：所述步骤（3）的类砼中，粉煤灰的粒径为0.005~0.25mm，所述中砂的粒径为0.25~0.5mm，所述煤矸石的粒径为5~20mm。
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