山西省晋城市某接待中心采空区治理设计方案secret.docx

1、山西省晋城市某接待中心采空区治理设计方案secret第一章 概 况第一节 工程概况一 工程概况拟建XX有限公司XX寺接待中心位于XX市市区的东北部，规划XX寺森林公园西南部，南距XX市中心约km，行政上隶属XX市城区北XX镇管辖。东距XXXX二级公路2km，南距XX一级路1km，交通便利。交通位置见图1.1。图1.1 交通位置图中心共分两个地段A、B两个地块，用地分别为3.51公顷和3.48公顷，范围内用地共约6.99公顷，合104.85亩；A区建筑总面积30790m2，B区建筑总面积17561.0m2，除B区酒店式公寓采用混凝土框架结构外，其余均采用砖混结构。根据XX市XX有限公司XX有限公

2、司XX寺接待中心采空区勘察报告，并结合调查情况在拟建建筑物地下存在采空区，勘察区内主要为XX集团XX煤矿采区，主采煤层为3#煤，采煤方式均为长壁式综采，人工放顶。另上世纪九十年代中期，周围村庄曾经对矿区内3#煤煤柱进行过小窑开采，井下巷道分布情况不明。XX市XX有限公司在物探的基础上进行了采空区验证，圈定了具体的采空区分布，依据报告A区段西部3#、9#煤均已被采空，东部仅采3#煤层，B区全区仅采3#煤层，未对9#煤进行开采。在前期勘察工作和钻探验证的基础上，我单位对XX有限责任公司XX寺接待中心采空区进行了采空区治理设计。二 气象条件治理区为暖温带湿润大陆性季风气候，四季分明，春季干燥多风夏季

3、炎热多雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷少雨。据XX市气象局1956-2001年观察资料，本地区多年平均降水量616.8mm，降雨主要集中在79月，多年平均蒸发量2200mm，无霜期6个月，年最大冻土深度58cm，标准冻深43cm；多年年平均气温10.9。本区属黄河流域丹河水系，丹河发源于高平北部丹珠岭，向南流经高平市、XX市，汇聚白水河等河流，于河南沁阳一带流入黄河，在本区段表现为季节性河流。治理区内无常年性河流经过，在其周围发育的冲沟，平时无地表水流，雨季有时沿冲沟有短暂洪流。三 地形地貌 治理区地处太行山东南部，沁水煤田向斜南缘，XX山间盆地北部，属低山丘陵区。四 施工条件 交通：拟建场地位于X

4、X市XX寺森林公园南麓，南临XX一级路，东临长晋二级路，交通便利。通讯：项目部配备多部手机，通讯方便。居住条件：现场附近租用民房，亦可在场地内自建临设。施工用电：与甲方协商解决。施工用水：与甲方协商解决。第二节 工程地质条件项目区位于新华夏隆起带的太行山背斜西翼，即晋获褶断带沁水煤田向斜东南边缘，中条山山字形构造的脊背部。区内地层总体走向呈北北东、倾向北西的单斜构造，地层倾角58，构造简单。场地范围内基岩裸露，仅有小部分上部覆盖第四系杂填土，厚度较薄，裸露基岩为石炭系上统山西组泥岩、砂岩，下伏岩性为石炭系上统XX组（C3t）的泥岩、砂岩、灰岩及石炭系中统本溪组铝土质泥岩等。地层由下至上分述如下

5、：1.石炭系中统本溪组（C2b）本区最大厚度约10m，岩性为灰白色铝土质泥岩、砂质泥岩。2.石炭系上统XX组（C3t）下段本溪组顶K2灰岩底，平均厚度16.0m。主要由深灰色泥质砂岩、煤层和灰岩组成，岩石断面多见黄铁矿结核。15#煤层为该段主要煤层，也是区域稳定的连续可采煤层，纯煤厚度2.2m左右。 中段K2灰岩底K4灰岩顶，平均厚度33m，岩性主要为灰、深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩、中细粒砂岩、煤层和数层石灰岩组成。泥岩、砂岩中含丰富的植物化石和黄铁矿结核。9#煤层为本段可采煤层，项目区内结构较复杂，厚度不稳定，局部地段尖灭为煤线，为局部可采煤层，纯煤平均厚度1.5m。9#煤层顶板为1.53.

6、0m的石灰岩，伪顶为00.15m的碳质泥岩，底板为灰质泥岩。上段K4灰岩顶北岔沟砂岩底，厚度平均45.0m。岩性主要为灰、深灰色泥岩、薄煤层、石灰岩、砂岩等组成，富含植物化石。3.石炭系上统山西组下部以灰黑色中细粒砂岩、泥岩为主，泥岩中常夹植物化石，夹2-3层薄层煤线，底部为巨厚砂岩，其上为3#煤层，3#煤层厚度一般6米左右，厚约60米。上部以灰黄色泥岩为主，夹灰黄、灰青色中粒砂岩，夹有煤线，根据勘察报告厚度约90米。3.第四系中上更新统（Q4）素填土，岩性为浅棕棕红色粉质粘土为主，粘粒含量高，富含钙质结核，稍湿，坚硬，较致密，切面稍有光泽。第三节 煤矿采空区的分布特征及其稳定性一 采空区的分

7、布特征勘察区内主要为XX集团XX煤矿采区，其中A区段所处位置为XX煤矿3#煤10303、10302采区和9#煤92302、92303采区中，B区段所处位置为XX煤矿3#煤10304、10305采区和9#煤92304、92305采区与及九二一零七巷之间范围内，采煤方式均为长壁式综采，人工放顶。另上世纪九十年代中期，周围村庄曾经对矿区内3#煤煤柱进行过小窑开采，由于资料匮乏，井下巷道分布情况不明。XX市XX有限公司在物探的基础上进行了采空区验证，圈定了具体的采空区分布，依据报告A区段西部3#、9#煤均已被采空，东部仅采3#煤层，B区全区仅采3#煤层，未对9#煤进行开采。二 煤矿采空区变形及其稳定性

8、评价 1.采空区地表变形据调查，地面已有明显的地裂缝、地面塌陷等变形，裂缝宽度几个毫米至几十个厘米不等，地面塌陷下陷深度最大近半米。 2.采空区的地基稳定性分析项目区中的A、B区段3#煤层均已采空，依XX市XX有限公司XX有限公司XX寺接待中心采空区勘察报告，计算采深采厚比，采深采厚比介于22.630.1（按钻孔实际揭露厚度计算，由于煤层厚度较小，实际生产过程采厚可能大于煤层厚度，深厚比应比计算结果偏小），大多数小于30，而且地表已有明显变形，地基稳定性差，必须对其进行治理。根据勘察资料A区西部9#煤也被采空，由勘察资料及实际经验表明，9#煤采掘巷道及影响区，覆岩结构基本完好或仅受到轻微破坏；

9、但由于受多层采动影响及大面积回采的影响，9#煤采空区覆岩结构破坏较为严重，地基稳定性较差，建议对建筑物下方的采空区块段进行治理。由于小窑开采资料匮乏，特别是缺乏精准的测绘资料，野外地质调查对巷道、采仓的规模形态和准确位置难以确定，这种情况下要求对建筑物下方的采空区进行治理。综合评价，要求对建筑物下方的采空区块段进行治理。以垂直剖面法设计各保护建筑物的治理范围，本次采空区治理考虑到拟建范围内物探推测有异常区存在，治理范围选择为拟建建筑物下的保护煤柱范围即A区3#煤采空区治理范围96476m2，B区3#煤采空区治理范围115000m2,A区9#煤采空区治理范围47500m2。经过对3#、9#煤层采

10、空区治理，本场地成为适宜进行工程建筑的场地。第二章 煤矿采空区治理工程设计第一节 设计目的及依据一 设计目的本场地采空区治理工程设计的目的就是要对XX市XX有限公司XX有限公司XX寺接待中心采空区勘察报告中所圈定的采空区治理范围进行治理工程设计，指导治理工程的实施，使治理后的场地成为适宜进行工程建筑的场地，满足上部建筑的场地稳定性要求。本设计对治理范围、治理方案、工艺流程（包括成孔工艺、制浆工艺、注浆工艺）、治理工程质量检测及费用预算都作了合理的论述，对施工过程中有关参数提出量化标准。为确保工程质量，在施工过程中，应严格执行设计规定以达到设计目的。二 设计依据根据勘察确定的方案和以往的治理经验

11、，本地区采空区采用胶结注浆法治理，即在地表打孔，通过注浆泵、注浆管，将水泥粉煤灰浆注入采空区及其上覆岩体裂隙中，浆液固化后胶结岩层裂隙带，同时采空区内的浆液形成的结石体对其上覆岩层形成支撑作用，阻止上覆岩层的进一步冒落，防止地面因冒落而引起的沉陷变形，保证拟建建筑物的稳定。本设计文件所依据和参考的主要技术文件有：1. XX有限公司XX寺接待中心采空区勘察报告XX市XX有限公司 2009.4 2. 岩土工程勘察规范（GB50021-2001）3. 水工建筑物水泥注浆施工技术规范（DL/T5148-2001），电力部，2001.124. 公路采空区勘察、设计与施工规范，山西省交通厅，20015.

12、建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程煤炭工业出版社，2000.56. 工程勘察设计收费标准（2002）第二节 治理方案依据矿山开采沉陷学理论及煤矿“三下”采煤经验，结合国内多个采空区治理工程实践，通常采用条带式注浆法和全胶结注浆法。条带式注浆法是在采空区影响范围内，在采空区形成类似煤炭系统的“保安煤柱”，起着支撑采空区及上覆岩层的作用，该方法材料用量较小，但施工相对复杂。全胶结注浆法是在采空区影响范围内，按一定孔距和排列方式，布设足量的注浆孔，用钻机成孔，通过注浆泵、注浆管，将水泥粉煤灰浆注入采空区及上覆岩体裂隙中，浆液经过固化，胶结岩层裂隙带，同时采空区的浆液形成的结石体对其上

13、覆岩层形成支撑作用，阻止上覆岩层的进一步冒落塌陷。全胶结注浆法已在国内多个采空区治理工程中取得了成功的经验，该方法施工相对简单，安全性高，施工工艺成熟，施工易于管理，但缺点是材料用量较大。两种方法比较，本次注浆采用全胶结法。对于本区的3#由于其顶板强度较低，受大面积回采影响破坏严重，9#煤层采空区顶板灰岩，强度较高但由于较薄，煤层采出后顶板岩层变形严重，回采区同样多呈冒落状态，因此赵成采空区联通情况差别较大，故在注浆过程中可依据岩体的连通程度选用不同配合比的浆液进行灌注，以求完全充填岩体裂隙，提高岩体的整体强度。在同一煤层采空区的注浆施工顺序上采用先施工帷幕孔，后施工注浆孔的二次序施工顺序。第

14、三节 采空区治理范围及深度一 采空区治理范围根据XX市XX有限公司XX有限公司XX寺接待中心采空区勘察报告勘察资料，结合场地内建筑规划布置情况，依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程中建筑物保护煤柱留设的计算原理，对场地内采空区的治理块段进行圈划。 对于3#煤层采空区，依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程中建筑物保护煤柱留设的计算原理，其3#煤采空区的治理范围在A区在拟建的建筑物范围基础上外延63米，治理面积为96476m2；B区在拟建的建筑物范围基础上外延77m，治理面积为115000m2；3#煤治理总面积211476m2；9#煤采空区的治理范围在A区在异常

15、区范围基础上外延77米，治理范围47500m2。二 采空区治理深度对于3#煤采空区的治理，要求治理深度不得小于3#煤层底板，并宜适当加深。对9#煤层采空区的治理，要求治理深度深达9#煤层底板。根据XX市XX有限公司XX有限公司XX寺接待中心采空区勘察报告中地层资料与采空区验证孔验证得知，A区3#煤层采空区治理深度148.2米，B区3#煤层采空区治理深度179.3米， A区9#煤采空区治理块段的平均治理深度为197.9米，煤层厚度平均为1.32米厚。第四节 采空区空隙体积与注浆量采空区空隙体积为拟处理采空区范围内的矿层体积乘以回采率，并扣除采空区因顶板冒落已经产生的变形。全胶结注浆治理的实质就是

16、以水泥粉煤灰浆液对采空区空隙体积进行充填和固结。总注浆量可按下式估算： 式中：-采空区总注浆量（m3）； -采空区治理面积（m2）； -采空区煤层厚度（m）； -采空区剩余空隙体积率，即煤层被采出后，原空间经塌陷冒落岩块充填后剩余的空隙率，其取值在0.21之间；据地区经验，这里取0.3； -煤层采出率，参照XX矿采掘平面图经矿山调查，这里取0.80.9； -浆液损耗系数，据地区经验，这里取1.5； -注浆充填率，据地区经验，这里取0.9； -浆液结石率，取0.9；经计算，场地内A区3#煤层采空区治理注浆量如下表所示： A区3#煤层采空区治理注浆量 表2.2治 理面 积（m2）煤层平均厚度(m)

17、煤 层采出率剩 余空隙率浆 液损耗系数注 浆充填率浆 液结石率注浆量估 算 (m3)964766.00.80.21.50.90.9138925.4B区3#煤层采空区治理注浆量如下表所示： B区3#煤层采空区治理注浆量 表2.2治 理面 积（m2）煤层平均厚度(m)煤 层采出率剩 余空隙率浆 液损耗系数注 浆充填率浆 液结石率注浆量估 算 (m3)1150006.00.80.21.50.90.91656009#煤层采空区治理注浆量如下表所示： 场地内9#煤层采空区治理注浆量 表2.2治 理面 积（m2）煤层平均厚度(m)煤 层采出率剩 余空隙率浆 液损耗系数注 浆充填率浆 液结石率注浆量估 算

18、(m3)475001.60.80.21.50.90.918240上述计算过程已考虑了在注浆过程中，液浆向注浆孔孔壁周围、采空区下伏、上覆岩层裂隙的渗透损失以及向空洞上部岩层冒落坍塌后堆积而成的空隙渗透填充的浆液损失等。第五节 钻孔布设场地采空区治理所设注浆孔和帷幕孔布置于前述采空区治理范围内，结合由岩体裂隙程度设定的浆液扩散半径，本工程设计帷幕孔孔距10m，注浆孔孔距2030m，排距2030m。注浆孔设计的深度为地面至采空区煤层底板，注浆孔的主要灌注长度为采空区最上部岩层顶面以下5m至采空区底板，孔口管长度为地面上0.5m至基岩下5m变径处的深度。 图2.1 注浆孔结构示意图按照上述原则进行孔

19、位布置，场地内3#煤层采空区治理钻探工作量如下表所示： 场地内3#煤层采空区治理钻探工作量 表2.3采空区块 段平 均孔 深(m)帷幕孔数 量（个）帷 幕 孔钻探工作量(m)注浆孔数 量（个）注 浆 孔钻探工作量(m)钻 探工作量 (m)A区148.212618673.210816005.6B区179.313123488.312221874.6合计42161.537880.280041.7按照上述原则进行孔位布置，场地内A区9#煤层采空区治理钻探工作量如下表所示： 场地内A区9#煤层采空区治理钻探工作量 表2.4采空区块 段平 均孔 深(m)帷幕孔数 量（个）帷 幕 孔钻探工作量(m)注浆孔数

20、 量（个）注 浆 孔钻探工作量(m)钻 探工作量 (m)A区197.910520779.524247891.8B区合计20779.547891.868671.3为检查施工质量，通常按灌浆孔的25设置检查孔数量，（3#、9#注浆检查孔可采用一孔到底方式）考虑到本工程按区进行治理，因此每区设置检查孔不少于3个，A区布置4个，B区布置3个。检查孔可随机布置。检查孔长度应为原地面至采孔区底板的深度。第三章 采空区治理工艺流程及质量控制第一节 采空区治理工艺流程概述受采煤厚度及各煤层顶板稳定性的影响本次采空区治理工程重点治理3#煤层采空区，采空区治理工艺流程是采空区治理工程的核心内容，是关系到采空区治理

21、工程质量和效益的关键环节，包括成孔工艺、制浆工艺、注浆工艺等一系列前后连续、配合紧密的工艺流程。采空区治理工艺流程内各环节的相互关系如下图所示：图3.1 采空区治理工艺流程图第二节 成孔工艺一 定点注浆孔应用经纬仪、皮尺进行实地测量放样，钻孔实际位置原则上不应超过设计位置0.5m，当因地面影响，钻机不能就于设计位置时，可视具体情况进行调整。二 成孔工艺及技术要求1.成孔工艺钻进初始阶段，各采空区治理区域内分别布设12个取芯钻孔，对地层情况进行勘测和验证，确定和指示周边钻孔的钻进层位，其余钻孔可参照取芯钻孔的钻进情况实施不取芯钻进。为保证按时完成治理施工任务，须采用相应的施工工艺和施工设备。在施

22、工工艺方面，土层及强风化基岩选用合金钻头钻进，泥浆或套管护壁；中等及微风化基岩选用复合体钻头钻进。施工设备需采用8台以上的工程地质钻机。成孔工艺简述如下：用130mm钻头开孔，钻进至强风化基岩面下5m后，然后变径89mm。用89mm钻头，钻进至采空区中的塌陷冒落或煤层底板0.30.5m终孔。钻孔经钻探技术员及现场监理验收同意后，浇铸注浆管。2.技术要求钻孔位置要与测量所定孔位一致，偏差不应超过0.5m，如因地形影响钻机不能就位时，报技术部视具体情况，请示监理工程师或甲方负责人同意变更孔位后，由技术人员重新确定孔位，不得擅自改变孔位。钻孔测斜频率：在终孔前测量一次孔斜（顶角、方位角），要求终孔孔

23、斜2。钻进时必须采用一定的导向措施，以保证成孔质量。基岩面5m以下必须采取清水钻进，回水池岩粉要及时清理干净。采空区底板岩芯必须取芯并拍照。钻孔施工过程中，要做好钻探原始记录，尤其是采空区塌陷冒落带。钻探记录要使用蓝、黑色钢笔填写，记录要整齐、清晰、真实、规范，地层分界、岩性鉴定要准确，并有施钻和记录人员签字。钻孔施工过程中，如发现漏水、掉钻、埋钻、卡钻等异常现象要详细记录其深度、层位和耗水量，并通知技术部。钻孔施工过程中和终孔后，要进行水位观测，并记录。钻进过程中要及时观察并记录钻孔耗水量。终孔后经技术人员检查钻探原始记录和岩芯编录后，报监理验收并签发终孔通知书后，方可转入下一道工序。三 浇

24、铸孔口管钻孔结束后，采用50mm钢管，在管子前端2030cm处焊接一圆形法兰托盘（托盘直径120130mm之间），下入孔内变径处，再灌入水灰比为11.5-11.2的稠水泥浆，浇铸长度为46m。浇铸质量要求达到注浆过程中将液不会从孔口管外溢出。水泥浆液中应加入水泥重量2%的速凝剂，快速将注浆管与孔壁固结。50mm钢管要高出地面0.5m，并在管口安装堵头。第三节 制浆工艺一 浆液材料及配合比1.注浆材料本设计文件中所规定的注浆材料主要由水、水泥、粉煤灰、速凝剂等组成，水为甲方提供，参照混凝土拌合用水标准（JTJ-89），其SO4-2含量5；水泥采用质量符合国家标准的标号为PO 32.5的普通硅酸盐

25、水泥；粉煤灰质量等级为二级三级，SIO2、AL2O3和Fe2O3的总含量大于70%，SO3含量不大于3%，其它方面应符合注浆工程的要求；速凝剂可选用水玻璃，水玻璃模数2.43.0，浓度30Be40Be；砂、碎石可就近取材。2.浆液配合比参照以往采空区治理工程的经验和当地材料供应情况，通过配比试验，浆液为水泥粉煤灰浆，水固比一般取为1:1.01:1.4，本次以1:1.0为主，浆液稠稀随注浆情况进行调整。水泥占固相30，粉煤灰占固相70。帷幕孔的浆液中掺加水泥重量25速凝剂，使灌入采空区内的浆液尽快凝固，以形成帷幕，防止浆液流失。正式施工前，应按施工时使用的水泥、粉煤灰，在试验室作浆液配合比试验，

26、试验内容应包括每立方米浆液干料含量、浆液浓度、初、终凝时间，结石率、抗压强度等。二 注浆材料的配制1.浆液配制应按设计配合比进行，并随机抽查浆液的各项指标。2.原材料：水用水表或定量容器计量；水泥按袋计量；粉煤灰用容器计量，并要求用磅称抽查水泥、粉煤灰的数量；3.浆液拌制过程如下图所示：图3.2 浆液拌制过程4.搅拌过程配制浆液时，水泥与粉煤灰准确计量后混入一级搅拌池中搅拌，然后经过滤网注入二级搅拌池搅拌。每次搅拌时间不得低于10分钟，待浆液搅拌均匀后，通过注浆泵注入灌浆孔。注浆开始后，要定时观测泵的吸浆量和泵压，及时记录灌浆过程中发生的各种现象，完成现场测试和原始数据采集，并根据实际情况及时

27、调整浆液配比和注浆方法。第四节 注浆工艺一 注浆系统配置1.注浆系统构成注浆系统由：料场、一级搅拌池（机）、二级搅拌池（机）、供水系统、注浆泵、注浆管道、封孔装置等组成。注浆系统的平面布置如下图所示: 图4.1 注浆系统平面布置示意图 图4.2 注浆系统结构示意图2.注浆系统技术要求料场：堆放材料的料场场地要平整，运料车辆能正常通行，且紧邻搅拌机，使材料便于运输、搬运；要求设有防潮、防雨措施。搅拌机：要求能满足正常施工要求，搅拌后的浆液应均匀，符合设计要求，一次搅拌量应1.5m3。搅拌池：修建的搅拌池应满足正常施工要求，池为圆柱体，中间设置搅拌系统，使得搅拌后的浆液均匀，符合要求，一次搅拌量应

28、1.5m3。蓄水池：制浆站应根据施工注浆总量需要，建立数个蓄水池，以保证正常施工，蓄水池建筑规模及要求视工地具体情况而定。注浆泵：宜采用变量泵，其额定排浆量不小于200L/min，注浆泵压力应大于注浆最大设计压力的1.5倍。压力表：注浆孔压力表最大指数应大于1.0MPa。帷幕孔压力表最大指数应大于2.0MPa。封孔装置：注浆孔采用50mm钢管，在管子前端2030cm处焊接一圆形法兰托盘（托盘直径120125mm之间），下入孔内变径处。封孔位置在基岩内510m处。注浆管：采用50mm钢管，丝扣连接。二 注浆工艺及其有关参数1.施工顺序：先施工帷幕孔，再施工注浆孔，注浆分二序次进行。2.注浆在注浆

29、施工的开始阶段，注意搜集整理各地段各种配比浆液的灌注充填情况，获取更为合理的注浆施工参数。注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，注浆开始后，要定时观测泵的吸浆量和泵压，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。注浆设备宜采用灰浆泵。当地下采空区空隙较小时，可采用水灰比1:0.81:1.0的水泥粉煤灰浆，水泥为固体总重的30%，粉煤灰为固体总重的70%。当地下采空区空洞体积较大或向场区外侧渗漏浆液时，可于孔口处增设一漏斗状的投砂器，用浆液将砂或石粉带入孔内，或在制浆材料中增添水泥重量25%的速凝剂。防止浆液向场区外侧渗漏是实现本期采空区治理工程经济性的个关键环

30、节，需密切观测场区边缘帷幕孔及接近边缘注浆孔的灌注情况，必要时及时增加浆液中砂或石粉的投送数量。3.单孔注浆孔结束标准在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min时，孔口管压力在1.0MPa以上稳定1015分钟后，或注浆孔周围有冒浆等现象出现时，可报监理工程师同意后结束该孔的注浆施工。第五节 施工设施及工期一 临时设施1.施工用水：甲乙方协商解决。2.施工用电：甲乙方协商解决。3.平整场地20000m2。4.每个场地搅拌站2个，每个搅拌站包括：搅拌池3个，其中一级搅拌池2个，每个2.5m3，二级搅拌池1个，每个5m3。5.临时占地30亩。6.蓄水池每个注浆站至少一个，蓄水池的蓄水总量大于50m3。二 施工工期采空区治理工程预计工期4-5个月。第六节 设计变更