煤矿采空区治理设计图.doc

设 计 说 明
一、 采空区探查概况
甲方委托XXXX公司对XXXX住宅区采用地震法探查采空区的分布并进行了稳定性评价，已提供了XXXX住宅区采空区物探中间资料。资料圈定了拟建场地13#煤采空区、15#煤采空区和K2灰岩溶洞范围，其中13#煤采空区分布南北向贯通场区，采空底板深度自天然地面以下17.40~24.0m，煤层厚度1.0m左右，岩层冒落厚度2.8m左右；15#煤采空区仅分布于1号楼、2号楼之间，煤层顶板深度自天然地面以下38.0m，采煤厚度一般6.0m左右，岩层冒落厚度不详；K2灰岩溶洞呈零星状分布，数量达9处之多，溶洞深度自天然地面以下34.7~41.4m，洞高不详，根据钻孔揭露岩层厚度，暂按2.0m考虑。结合XXXX有限公司完成的1~3号楼、4号楼及5~6号楼岩土工程勘察成果，场区采空区具有如下特点：
（1）场地地表无明显塌陷和其它变形行迹。
（2）本采空为早期人工开采所致，具体开采时间、开采方式、开采范围无任何资料可查。根据XX地区开采经验，其采掘方式为穿洞扩邦式，采掘巷道宽度在2.5m以内，不进行支护或进行简单支护，扩邦开采宽度在4.0～5.0m左右。开采的计划性、规律性差。其采掘巷道及采空多已发生顶板冒落及塌落。13#煤层采深采厚比10～20， 15#煤层采深采厚比为21。给场地稳定带来诸多不利影响。
（3）场地岩层较平缓，一般小于10°，地表变形与出现裂缝的可能性都处于较低水平。

（4）除15#煤采空区外，13#煤采空区和K2灰岩溶洞上覆岩层以软弱且塑性较大的泥岩、砂质泥岩为主。
（5）采空区在低处具有充水现象。
本场区存在13#煤层、15#煤层及K2灰岩溶洞三层空区。
需要指出的是，物探属于间接的勘测资料，由于工作区钻孔资料较少，资料的解释存在不确定性，而且难以做到定量，因此施工之前必须采用钻孔进行验证，验证采空的分布及其深度。
二、采空区治理设计
1、设计依据
（1）XXXX公司提出的XXXX住宅区采空区物探中间资料；
（2）XXXX有限公司完成的1~3号楼、4号楼及5~6号楼《岩土工程勘察报告》；
（3）国家和前煤炭工业部现行有关设计、施工规范、规则、标准；
（4）现场踏勘资料；
（5）XX地区采空区治理工程经验。
2、主要技术标准及规范
《建筑桩基技术规范》（JBT94-94）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
《建筑工程地质钻探技术标准》 （JGJ87—92）
《硅酸盐水泥、混凝土试验规程》（GB/T175-1999）
《普通硅酸盐水泥》（JTJ053-94）

《采空区治理工程施工质量评定标准》（试行）
《高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册》（山西省交通厅编制）
3、治理设计方案
本次采空区治理范围为在建筑场地范围内物探圈定的全部采空区和溶洞，包括13#煤采空、15#煤采空以及K2灰岩中的溶洞。
采空注浆治理的目的：增加场区稳定性，满足建筑物地基强度及变形要求
（1）加固分为两部分，采空区空洞充填及临界深度内冒落带岩层裂隙的充填。
针对各采空区的距地面的深度不同，治理的重点应有所不同。13#煤采空区以加固为主，即采用水泥浆充填加固；15#煤采空区及K2岩层溶洞以充填为主，加固为辅，即采用粉煤灰与水泥浆液充填加固。
（2）钻孔布置原则：根据XX地区开采经验老窑采掘方式为穿洞扩邦式，采掘巷道宽度在2.5m以内，不进行支护或进行简单支护，扩邦开采宽度在4.0～5.0m左右，因此注浆孔的钻孔间距应控制在5.0m左右。以物探圈定的采空范围为中心，按三角形布设注浆孔。采空区边缘地段钻孔间距5.0m，并向圈定线范围以外扩出一排，在建筑物基础边缘应同时满足扩出范围不小于1倍基础宽度；采空区中心地段间距可放大到7.5m。
（3）钻孔及施工顺序：钻孔施工应遵循由采空区中心向边界施工，东西方向上按顺序施工，南北方向上隔两排施工，根据具体情况确定
其余钻孔是否施工。注浆时应符合先边部后中心的原则。
（4）鉴于采空区处治工程在国内尚无规范可参照执行，以及本区采空巷道的无规律性，在施工过程中需要结合实际情况，不断优化改进工艺参数，合理计划安排，确保工程质量和工期目标实现。
（5）由于采空区分布的无规律性，同时仅有物探而未经钻探验证，应在施工之前先选取10~15%钻孔作为勘探孔，以便对施工参数及方法进行及时调整。
4、主要技术参数要求
（1）注浆材料：32.5MPa矿渣水泥或普通硅酸盐水泥（优先选用矿渣水泥）、粉煤灰；普通生活用水（pH值大于4）；火力发电厂粉煤灰（二级）；充填骨料：粗粒粉煤灰；外添加剂采用0.03~0.05%三乙醇铵或XX一号速凝剂。
（2）钻孔施工：为保证工期，提高施工效率，如经试验可行，普通注浆孔施工，宜采用空气钻进技术，并根据岩屑做好岩性编录工作。勘探孔钻探采用送水钻进，钻至采空区的底板。应取芯率80%并作好编录工作。
（3）注浆浆液：13#煤采空区确定为水泥浆，采空区治理填充率≥95%；15煤采空区和K2灰岩溶洞确定为水泥粉煤灰浆液，治理填充率≥75%。三个月后单轴抗压强度2.5~1.5MPa。
（4）水泥浆液水灰比为0.6∶1～1∶1。水泥：粉煤灰固相比（重量比）2∶8，浆液水固比（重量比）0.8∶1； 若采用帷幕注浆时，帷幕孔浆液固相比（重量比）2∶8，浆液水固比（重量比）0.7∶1；并
按水泥重量的3~5%加入速凝剂。
（5）在正式施工前，按施工使用的水泥、粉煤灰在实验室做出浆液配合比试验，试验内容包括每立方浆液干料含量、加水量、浆液粘度、初、终凝时间、结石率、结石强度、浆液比重，以利于现场操作，并为设计充填率提供理论依据。
三、施工方法
1、钻孔
钻孔基本结构宜为φ127开孔，入岩5m且钻入中等风化基岩的深度不小于2.5m换直径不小于φ89钻具，钻进采空（溶洞）底板终孔。施工过程中，如发现漏水、掉钻、埋钻等现象要详细记录其深度、层位。随时校正钻具长度（误差不超过±50mm），确保孔深数据准确。
2、止浆
采用似法兰盘止浆法，注浆管应选用Φ50mm的钢管，将一端焊接一个大小与开孔孔径相接近的法兰盘，下至注浆孔的变径处，然后采用超流态C15细石混凝土或采用水灰比1：0.5（42.5MPa普硅水泥）的水泥浆封孔至地面。基础底面以下必须采用细石混凝土封孔。法兰盘以下的注浆管长度应不小于3.0m，注浆管应高出地面0.50m，以便施工。
3、浆液配制
现场施工时，严格按照试验室给定的配合比配制浆液，并对配制浆液所用的各项原材料准确计量。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，并随时用磅秤抽查水泥、粉煤灰的重量，
及浆液的各项指标。
配制浆液时，水泥浆液与粉煤灰浆液分别在单独的搅拌池中搅拌均匀，然后，混入二级搅拌池搅拌。每次搅拌时间不低于5分钟，待浆液搅拌均匀后，通过注浆泵注入采空区。
4、注浆
1）注浆材料：13#煤采空以水泥浆液为主，15#煤采空和K2岩层溶洞采用水泥粉煤灰浆液为主。
2）注浆段长度：为变径后至终孔的那段长度。
3）注浆及间歇注浆前必须用清水洗孔。
4）浆液稠度应由稀变稠，逐渐变浓进行，稀浆灌注量取单孔注浆量的30%。
5）应采用连续注浆和间歇注浆相结合的方法进行。
6）当注浆量大或钻探过程中发现掉钻现象时，应在孔口加一漏斗状的投砂器，用浆液（或水）将粗颗粒的粉煤灰送入孔中（必要时加入适量的速凝剂），最后用浆液补注。
5、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，再沿倾斜方向由低向高，由边部向中心展开施工。原则上应在外围孔施工完毕能起到封闭采空的作用后，再在中部注浆。同时应通过检查孔检验空洞充填的程度。
6、治理双层空洞的施工
在部分地段存在13#煤采空区与K2灰岩溶洞重叠发育，宜采用自上
而下的分段注浆法，对于K2灰岩溶洞区注浆孔，当钻探时无13#煤采空区存在，可直接钻至K2灰岩溶洞区加固之；若有13#煤采空存在，应先加固之，然后在其旁边重新打孔至灰岩溶洞深度，再充填溶洞。
7、单孔注浆结束标准
外围孔应定量注浆，内部注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min时，孔口压力在1.0～1.5MPa,稳定20～30分钟，可结束该孔的注浆施工。
8、检查孔施工
注浆施工结束3个月后，进行钻孔检验。检测孔位置布置在可能存在问题的地段，检查孔深度为原地面至采空区底板的深度以下3.0m，通过孔内取芯直接观察采空区的浆液充填情况，并结合钻探过程中循环液的漏失情况及孔壁的稳定性等评价注浆质量，其布置量不小于原钻孔总数的20%。
综合物探与钻孔相结合的原则：
（1）地基的稳定性、承载力、变形能保证建筑物的安全及设计要求。
（2）检查孔取芯：取芯率为80%以上，三个月后结实体要求抗压强度1.5-2.5MPa，结石率不小于75%。
（3）弹性波测井，注浆层的平均剪切波速≥160m/s（孔内声波）。
（4）13#煤空洞充填率≥95%；15#煤及K2灰岩空洞充填率≥75%。
（5）采用其它物探方法检测时，灌浆前后同一部位的注浆层90%以上产生明显的变化。

（6）沉降观测：设地面沉降观测网观察期至少不小于注浆后一年。
四、工程量估算
1、布孔分两种类型：物探圈定范围以内布注浆孔233个，圈定范围以外探查孔161个，共布孔394个；其中13#煤采空区布孔265个，15#煤采空区布孔47个，K2灰岩溶洞布孔83个；
2、13#煤采空区平均深度按20.0m，15#煤采空区平均深度按44.0m，K2灰岩溶洞平均深度按37.0m，钻孔总进尺：注浆孔6577延长米；探查孔3862延长米；
3、填充量（粗粒粉煤灰）：约为1500m3（包括损耗）；
注浆总量（包括损耗）计算：
注浆总量
A—注浆总量消耗系数1.5
S—采空区治理面积 13#煤采空4388.43㎡ 15#煤采空627.30㎡ K2灰岩溶洞837.41㎡
M—煤层厚度 13#煤1.0m，15#煤6.0m，K2灰岩2.0m
K—煤层回采率30%，溶洞取80%
—采空区剩余空隙率0.3，溶洞取0.8
—注浆充填系数 13#煤0.95，15#煤和K2灰岩0.75
C—浆液结石率0.8
计算13#煤采空区水泥浆约为600m3；15#煤采空区及K2灰岩溶洞粉煤灰与水泥浆约为2000m3；以上仅为估算工程量，与实际施工量有一定误差，最终以实际工程量为准。

单孔注浆量（包括损耗）计算：
单孔注浆量
R—浆液有效扩散半径3.0m
计算13#煤采空单孔注浆量为5.0m3，15#煤采空单孔注浆量为24.0m3，溶洞单孔注浆量为21.0m3。
五、其它
1、本工程采空探查精度远不能进行施工图设计，由于工期及工程特点的原因，只能探查与治理施工同时进行，即边探查、边施工、边调整与完善设计方案。因此，钻孔未按常规间距10m左右布设，而是结合扩邦式开采宽度在4.0～5.0m的特点，钻孔间距暂定为5~7.5m。施工时要求沿场区南北方向先隔双排钻探，东西方向钻探间距不大于7.5m，当有采空时中间孔可取消，反之退回加打中间孔。
2、物探圈定范围以外共布探查孔161个，属不确定工作量，若圈定线范围仍不到采空边界，可向外延伸施工探查孔。
3、对于桩基范围内钻孔的施工，若场地条件许可，建议桩基与采空加固交叉施工，由于桩基布设系不等间距，部分钻孔可能与基桩重合，为使各自施工互不影响，可将钻孔移至基桩近旁。具体情况由现场协调。
孔号
x
y
孔号
x
y
13-1
100033.46
99682.00
13-30
100007.66
99677.00
13-2
100033.46
99687.00
13-31
100007.66
99682.00
13-3
100029.16
99674.50
13-32
100007.66
99687.00
13-4
100029.16
99679.50
13-33
100007.66
99694.50
13-5
100029.16
99694.50
13-34
100007.66
99702.00
13-6
100024.86
99667.00
13-35
100007.66
99707.00
13-7
100024.86
99672.00
13-36
100003.36
99664.50
13-8
100024.86
99677.00
13-37
100003.36
99669.50
13-9
100024.86
99684.50
13-38
100003.36
99674.50
13-10
100024.86
99679.00
13-39
100003.36
99679.50
13-11
100020.56
99664.50
13-40
100003.36
99684.50
13-12
100020.56
99669.50
13-41
100003.36
99689.50
13-13
100020.56
99674.50
13-42
100003.36
99697.00
13-14
100020.56
99682.00
13-43
100003.36
99704.50
13-15
100020.56
99699.50
13-44
100003.36
99709.50
13-16
100016.26
99662.00
13-45
99999.06
99662.00
13-17
100016.26
99667.00
13-46
99999.06
99672.00
13-18
100016.26
99672.00
13-47
99999.06
99677.00
13-19
100016.26
99677.00
13-48
99999.06
99682.00
13-19*
100016.26
99682.00
13-49
99999.06
99687.00
13-20
100016.26
99687.00
13-50
99999.06
99692.00
13-21
100016.26
99692.00
13-51
99999.06
99699.50
13-22
100016.26
99697.00
13-52
99994.76
99664.50
13-23
100011.96
99669.50
13-53
99994.76
99672.00
13-24
100011.96
99674.50
13-54
99994.76
99679.50
13-25
100011.96
99679.50
13-55
99994.76
99687.00
13-26
100011.96
99687.00
13-56
99990.46
99662.00
13-27
100011.96
99694.50
13-57
99990.46
99667.00
13-28
100011.96
99699.50
13-58
99990.46
99674.50
13-29
100011.96
99704.50
13-59
99990.46
99682.00
13号采空注浆孔孔位坐标 附表1-1

13号采空注浆孔孔位坐标 附表1-2
孔号
x
y
孔号
x
y
13-60
99990.46
99689.50
13-91
99977.56
99719.50
13-61
99986.16
99664.50
13-92
99977.56
99724.50
13-62
99986.16
99669.50
13-93
99977.56
99744.50
13-63
99986.16
99677.00
13-94
99977.56
99749.50
13-64
99986.16
99684.50
13-95
99973.26
99672.00
13-65
99986.16
99692.00
13-96
99973.26
99677.00
13-66
99986.16
99699.50
13-97
99973.26
99684.50
13-67
99986.16
99704.50
13-98
99973.26
99692.00
13-68
99986.16
99709.50
13-99
99973.26
99697.00
13-69
99981.86
99667.00
13-100
99973.26
99704.50
13-70
99981.86
99672.00
13-101
99973.26
99712.00
13-71
99981.86
99679.50
13-102
99973.26
99717.00
13-72
99981.86
99687.00
13-103
99973.26
99739.50
13-73
99981.86
99692.00
13-104
99973.26
99347.00
13-74
99981.86
99699.50
13-105
99973.26
99752.00
13-75
99981.86
99707.00
13-106
99968.96
99674.50
13-76
99981.86
99712.00
13-107
99968.96
99682.00
13-77
99981.86
99722.00
13-108
99968.96
99689.50
13-78
99986.16
99724.50
13-109
99968.96
99694.50
13-79
99986.16
99734.50
13-110
99968.96
99702.00
13-80
99986.16
99742.00
13-112
99968.96
99709.50
13-81
99986.16
99747.00
13-113
99968.96
99717.00
13-82
99977.56
99669.50
13-114
99968.96
99734.50
13-83
99977.56
99674.50
13-115
99968.96
99739.50
13-84
99977.56
99682.00
13-116
99968.96
99744.50
13-85
99977.56
99689.50
13-117
99968.96
99749.50
13-86
99977.56
99694.50
13-118
99968.96
99754.50
13-87
99977.56
99702.00
13-119
99964.66
99672.00
13-88
99977.56
99709.50
13-120
99964.66
99677.00
13-90
99977.56
99714.50
13-121
99964.66
99684.50

13号采空区注浆孔孔位坐标 附表1-3
孔号
x
y
孔号
x
y
13-122
99964.66
99692.00
13-152
99951.76
99729.50
13-123
99964.66
99724.50
13-153
99951.76
99734.50
13-124
99964.66
99732.00
13-154
99951.76
99739.50
13-125
99964.66
99737.00
13-155
99747.46
99682.00
13-126
99964.66
99742.00
13-156
99747.46
99687.00
13-127
99964.66
99747.00
13-157
99747.46
99692.00
13-128
99964.66
99752.00
13-158
99747.46
99697.00
13-129
99960.36
99674.50
13-159
99747.46
99702.00
13-130
99960.36
99679.50
13-160
99747.46
99707.00
13-131
99960.36
99687.00
13-161
99747.46
99712.00
13-132
99960.36
99727.00
13-162
99747.46
99719.50
13-133
99960.36
99734.50
13-163
99747.46
99727.00
13-134
99960.36
99739.50
13-164
99747.46
99732.00
13-135
99956.06
99672.00
13-165
99747.46
99737.00
13-136
99956.06
99677.00
13-166
99943.16
99709.50
13-137
99956.06
99682.00
13-167
99943.16
99714.50
13-138
99956.06
99689.50
13-168
99943.16
99722.00
13-139
99956.06
99714.50
13-169
99943.16
99729.50
13-140
99956.06
99722.00
13-170
99943.16
99734.50
13-141
99956.06
99729.50
13-171
99943.16
99739.50
13-142
99956.06
99737.00
13-172
99943.16
99744.50
13-143
99956.06
99742.00
13-173
99938.36
99712.00
13-144
99951.76
99684.50
13-174
99938.36
99717.00
13-145
99951.76
99689.50
13-175
99938.36
99722.00
13-146
99951.76
99694.50
13-176
99938.36
99729.50
13-147
99951.76
99699.50
13-177
99938.36
99737.00
13-148
99951.76
99704.50
13-178
99938.36
99742.00
13-149
99951.76
99709.50
13-179
99938.36
99747.00
13-150
99951.76
99717.00
13-180
99934.56
99709.50
13-151
99951.76
99724.50
13-181
99934.56
99714.50

13号采空区注浆孔孔位坐标 附表1-4
孔号
x
y
孔号
x
y
13-182
99934.56
99719.50
13-212
99925.96
99789.50
13-183
99934.56
99724.50
13-213
99925.96
99794.50
13-184
99934.56
99732.00
13-214
99925.96
99799.50
13-185
99934.56
99739.50
13-215
99921.66
99717.00
13-186
99934.56
99744.50
13-216
99921.66
99722.00
13-187
99930.26
99722.00
13-217
99921.66
99727.00
13-188
99930.26
99727.00
13-218
99921.66
99734.50
13-189
99930.26
99732.00
13-219
99921.66
99742.00
13-190
99930.26
99737.00
13-220
99921.66
99747.00
13-191
99930.26
99742.00
13-221
99921.66
99752.00
13-192
99930.26
99772.00
13-222
99921.66
99757.00
13-193
99930.26
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13-223
99921.66
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13-224
99921.66
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13-195
99930.26
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13-225
99921.66
99772.00
13-196
99925.96
99704.50
13-226
99921.66
99777.00
13-197
99925.96
99709.50
13-227
99921.66
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13-198
99925.96
99714.50
13-228
99921.66
99792.00
13-199
99925.96
99719.50
13-229
99921.66
99797.00
13-200
99925.96
99524.50
13-230
99921.66
99802.00
13-201
99925.96
99729.50
13-231
99917.36
99719.50
13-202
99925.96
99734.50
13-232
99917.36
99727.00
13-203
99925.96
99739.50
13-233
99917.36
99734.50
13-204
99925.96
99744.50
13-234
99917.36
99742.00
13-205
99925.96
99749.50
13-235
99917.36
99749.50
13-206
99925.96
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13-236
99917.36
99759.50
13-207
99925.96
99759.50
13-237
99917.36
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13-208
99925.96
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13-238
99917.36
99769.50
13-209
99925.96
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13-239
99917.36
99774.50
13-210
99925.96
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13-240
99917.36
99779.50
13-211
99925.96
99784.50
13-241
99917.36
99787.00

孔号
x
y
孔号
x
y
13-242
99917.36
99794.50
13-254
99913.06
99777.00
13-243
99917.36
99799.50
13-255
99913.06
99782.00
13-244
99914.74
99716.49
13-256
99913.06
99787.00
13-245
99913.06
99722.00
13-257
99913.06
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13-246
99913.06
99727.00
13-258
99913.06
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13-247
99913.06
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13-259
99913.06
99802.00
13-248
99913.06
99737.00
13-260
99908.76
99749.50
13-249
99913.06
99742.00
13-261
99908.76
99784.50
13-250
99913.06
99747.00
13-262
99908.76
99789.50
13-251
99913.06
99754.50
13-263
99908.76
99794.50
13-252
99913.06
99767.00
13-264
99908.76
99799.50
13-253
99913.06
99772.00

13号采空区注浆孔孔位坐标 附表1-5

15号采空区注浆孔孔位坐标 附表2
孔号
x
y
孔号
x
y
15-1
99908.76
99719.50
15-32
99891.56
99732.00
15-2
99908.76
99724.50
15-33
99891.56
99739.50
15-3
99908.76
99729.50
15-34
99891.56
99744.50
15-4
99908.76
99734.50
15-35
99891.56
99749.50
15-5
99908.76
99739.50
15-36
99887.26
99717.00
15-6
99908.76
99744.50
15-37
99887.26
99722.00
15-7
99904.46
99712.00
15-38
99887.26
99729.50
15-8
99904.46
99717.00
15-39
99887.26
99737.00
15-9
99904.46
99722.00
15-40
99887.26
99742.00
15-10
99904.46
99729.50
15-41
99887.26
99747.00
15-11
99904.46
99737.00
15-42
99887.26
99752.00
15-12
99904.46
99742.00
15-43
99882.96
99719.50
15-13
99904.46
99747.00
15-44
99882.96
99724.50
15-14
99900.16
99714.50
15-45
99882.96
99729.50
15-15
99900.16
99719.50
15-46
99882.96
99734.50
15-16
99900.16
99727.00
15-47
99882.96
99739.50
15-17
99900.16
99734.50

15-18
99900.16
99739.50