地下金礦采空區(qū)的治理

地下金礦采空區(qū)的治理

0.煙臺(tái)麻黃館高速公路第一合同段運(yùn)維機(jī)制在高速公路上的建設(shè)過程中，有時(shí)會(huì)經(jīng)過地下區(qū)域。如何妥善處理這些地下采空區(qū),消除地下隱患,是一件關(guān)系到高速公路未來安全運(yùn)營(yíng)的大事。公司中標(biāo)承建國(guó)道206線煙臺(tái)～黃山館高速公路第一合同段時(shí),短短的3km范圍內(nèi)就要經(jīng)過7處采空區(qū)。我們根據(jù)具體問題具體分析區(qū)別對(duì)待的原則,通過進(jìn)行實(shí)地勘測(cè),選擇了合理可行的施工處理方案,達(dá)到了令人滿意的效果。1.項(xiàng)目治理方案1.1煙臺(tái)～黃山館高速公路k2+484～k5+430區(qū)間,存在著多處因金礦開采而形成的地下采空區(qū),且同進(jìn)伴有巷道、豎井等。經(jīng)調(diào)查,此路段自西向東共有7處互不連通的金礦采空區(qū)及巷道、10處廢棄豎井。其規(guī)模特征分別為:采空區(qū):頂板埋深10～15m,寬度一般1.5～3.0m,最大4.0～5.0m,容積600～9000m3不等。巷道:頂板埋深19～28m,斷面規(guī)格1.75×1.80～2.00～1.80m,長(zhǎng)度50～145m。豎井:與各采空區(qū)相通,深度19～42m,井?dāng)嗝嬉?guī)格2.0×1.5～3.0×2.7m。1.2采空區(qū)的地質(zhì)條件該路段金礦采空區(qū)的頂板及洞室圍巖為混合花崗巖,巖質(zhì)堅(jiān)硬,未見風(fēng)化痕跡,巖石抗壓強(qiáng)度高,巖體破碎程度較差。至治理時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)因采空區(qū)存在而造成的地表塌陷、塹溝等現(xiàn)象。1.3治理方案根據(jù)山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院提出的采空區(qū)及豎井治理方案,結(jié)合該路段地下具體情況,形成治理方案如下:巷道及采空區(qū):采用注砂(水)充填法對(duì)采空區(qū)及巷道進(jìn)行充填,力求充填密實(shí)。設(shè)計(jì)處理邊界(公路地基承載邊界)用干砌片石加鋪草袋隔斷。豎井:首先注砂至地面4m處,后用2:8灰土分層回填夯實(shí)至地表。處治工程數(shù)量如表1:2.地下元面測(cè)繪2.1在治理區(qū)段內(nèi)建立相對(duì)座標(biāo)網(wǎng),首先將豎井按相對(duì)座標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注。2.2抽干豎井及采空區(qū)內(nèi)積水,用地質(zhì)羅盤等在地下進(jìn)行實(shí)地測(cè)繪。詳細(xì)查明采空區(qū)及巷道的具體位置,對(duì)采空區(qū)和巷道的寬度、高度、方位、變化形態(tài)等特征進(jìn)行標(biāo)注,著重查明采空區(qū)的頂板標(biāo)高變化情況及巷道拐彎處的詳細(xì)位置。2.3根據(jù)地下測(cè)量結(jié)果,布置注砂(水)鉆孔。并在地面上進(jìn)行采空區(qū)及鉆孔的實(shí)地測(cè)放。要求鉆孔及采空區(qū)邊界在地面的測(cè)放誤差≤10cm。3.注砂水孔布設(shè)3.1鉆孔布置根據(jù)采空區(qū)和巷道的充填需要,并結(jié)合布孔的均勻性、特殊性,確保注砂質(zhì)量,視具體情況綜合確定。3.2注砂(水)孔沿巷道和采空區(qū)走向布設(shè),孔距15m左右。3.3在采空區(qū)頂板埋深最小處及巷道拐角處布設(shè)注砂(水)孔。3.4本著由已知到未知的原則,先布設(shè)施工距豎井近的鉆孔,逐步向遠(yuǎn)處布設(shè)和施工。3.5采空區(qū)處采用沿其底板埋深由小至大的方向布孔施工。4.地層鉆孔驗(yàn)收4.1根據(jù)地面標(biāo)注位置進(jìn)行鉆機(jī)就位,就位誤差≤10cm。鉆機(jī)安放要平穩(wěn)、周正、牢固,鉆孔垂直度≤1/100。4.2采用150s型鉆機(jī),φ225mm合金鉆頭,泥漿護(hù)壁。在鉆透地表以下第四系土層及強(qiáng)風(fēng)化巖層后,換用CIR170A型氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn),直至終孔。終孔直徑約200mm。4.3鉆透采空區(qū)或巷道頂板后,進(jìn)行孔深測(cè)量,與設(shè)計(jì)深度對(duì)比以驗(yàn)證鉆孔的準(zhǔn)確性,判斷其位置是否滿足設(shè)計(jì)要求。4.4鉆孔驗(yàn)收合格后,將焊有法蘭盤的注砂(水)管下入孔內(nèi),管口周圍用水泥砂漿密封。根據(jù)地層情況,注砂(水)管的下入深度5～8m不等,一般要下至較新鮮完整的巖體內(nèi)。5.注砂水使用原料及參數(shù)5.1準(zhǔn)備工作注砂前,先用測(cè)繩測(cè)量孔深,記錄該孔打穿巷道或采空區(qū)的孔深及洞室的高度。待注砂(水)管安裝且水泥初凝后,即可連接孔口管路進(jìn)行注砂(水)作業(yè)。5.2注砂(水)所用原材料要求中粗砂:選用優(yōu)質(zhì)中粗清水砂,砂料進(jìn)場(chǎng)后取樣送化驗(yàn)室進(jìn)行砂質(zhì)及含泥量檢測(cè),檢測(cè)合格后方可使用。循環(huán)水:選用礦井、巷道及采空區(qū)內(nèi)積水及附近的水庫(kù)水。送樣化驗(yàn)合格后方可使用。5.3注砂(水)參數(shù)為保證注砂(水)質(zhì)量,應(yīng)采用一定壓力進(jìn)行注入。注入壓力不應(yīng)低于0.50MPa,終孔壓力不低于1.0MPa。5.4結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)注砂(水)過程中,注入量與壓力一般呈規(guī)律性變化,當(dāng)壓力升至設(shè)計(jì)壓力時(shí),再反復(fù)注入3～5次即可結(jié)束本孔的注砂工作。6.砂水從注砂管底部噴射6.1注砂(水)作業(yè)采用孔位間隔注入的方法,豎井做為回水井使用,即在保證一定的注入壓力下,采用循環(huán)壓入法進(jìn)行注砂充填。6.2注砂采用三次注入法,即利用注砂泵將砂(水)通過高壓膠管壓入注砂孔內(nèi)的注砂管中,砂(水)從注砂管底部噴出進(jìn)入采空區(qū)或巷道。隨著砂(水)的注入,應(yīng)隨時(shí)對(duì)孔深進(jìn)行測(cè)量,保證注砂的連續(xù)性,進(jìn)而保證巷道及采空區(qū)中注入砂質(zhì)的連續(xù)密實(shí)。當(dāng)注砂孔充滿砂(水)或砂水從其它注砂孔流出時(shí),第一次注砂作業(yè)結(jié)束。待第一次注砂(水)作業(yè)結(jié)束后2～4h,再進(jìn)行二次注砂作業(yè)。同樣,當(dāng)孔口流出砂水時(shí),停止注入。間隔2h后,再進(jìn)行第三次注砂(水),根據(jù)測(cè)量的孔深判斷采空區(qū)的充填情況,直至注滿砂(水)。最后一次注入壓力控制在1.0MPa的高壓狀態(tài),并保持該壓力2～3min,結(jié)束該孔的全部注砂(水)作業(yè)。6.3注砂(水)作業(yè)完成后,用水泥砂漿將孔口填實(shí)密封。7.注砂水7.1先注距豎井遠(yuǎn)的注砂(水)孔,依次向豎井方向靠近。7.3采礦沿脈巷道先從終止掌子面位置開始注起,依次向穿脈巷道位置靠近。7.4采空區(qū)內(nèi)注砂(水)時(shí),沿采空區(qū)傾斜方向,由地勢(shì)較低處向地勢(shì)較高處逐漸注入。7.5從地面起算,先注孔深大的孔,后注孔深小的孔。8.填充水過濾采空區(qū)設(shè)計(jì)處理范圍的邊界采用干砌片石堵塞,然后加草袋作為過濾層。使注入的砂填充密實(shí),而使多余的水滲透過濾流出。處理方案如圖1:邊界處理方案進(jìn)一步使注入的砂密實(shí)填充,并且保證了在以后的高速公路運(yùn)營(yíng)過程中不會(huì)由于砂的流失而在采空區(qū)的上部形成空洞,使路基下沉,路面裂縫,影響運(yùn)營(yíng)。9.質(zhì)量試驗(yàn)9.1檢測(cè)方法采空區(qū)注砂充填度采用物探(地質(zhì)雷達(dá))方法進(jìn)行。在地面結(jié)合鉆孔進(jìn)行測(cè)試。9.2試驗(yàn)1:壓力型標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn):N>30擊,密實(shí);N=15～30擊,中密;重型(2)貫入試驗(yàn):N63.5<5擊,松散;N63.5=5～6.5擊,稍密;物探:根據(jù)檢測(cè)反映的曲線形態(tài)及圖像,判斷整個(gè)采空區(qū)的充填程度。9.3治療效果地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果表明,采空區(qū)及巷道內(nèi)充填完全,無未充填地段,主要空洞、孔隙全部進(jìn)行了充實(shí),效果良好。10.項(xiàng)目成本分析工程造價(jià)共涉及4個(gè)部分:注砂孔鉆孔、注砂量、回填灰土、干砌片石。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析其造價(jià)情況如表2、表3、表4:11.注砂虛實(shí)度檢測(cè)對(duì)采空區(qū)采用注砂(水)方法填充密實(shí)、對(duì)處理邊界采用干砌片石加草袋阻隔過濾砂水、對(duì)豎井采用灰土回填處理高速公路采空區(qū)的方法是經(jīng)濟(jì)有效的。采空區(qū)的調(diào)查詳盡程度是保證治理效果的關(guān)鍵步驟,注砂(水)施工中的壓力控制及多次注入法是保證注砂密實(shí)度的重要環(huán)節(jié),選擇合理的檢測(cè)方法是驗(yàn)證注砂效果的控制性工序。只有上述各環(huán)節(jié)得到嚴(yán)格認(rèn)真的執(zhí)行,才能使注砂(水)施工效果得到保證。國(guó)道206線高速公路第一合同段2003年竣工通車運(yùn)營(yíng)至今已有6年的時(shí)間,采空區(qū)治理路段無路基下沉、路面裂縫等現(xiàn)象,行車順適,取得了很好的治理效果。7.2有暗井開采的巷道及采空區(qū)優(yōu)先注入。注砂密實(shí)度檢測(cè)采用鉆探結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)貫入法或重型(2)連續(xù)貫入法進(jìn)行。在注砂孔之間布置驗(yàn)證鉆孔,鉆至采空區(qū)頂板后,進(jìn)行上述測(cè)試。通過12個(gè)