采空区上的大型水泥生产线工程地基与基础治理技术分析.doc

采空区上的大型水泥生产线工程地基与基础治理技术分析

许稀罕
(河南焦作煤业集团公司电业分公司，河南焦作454000)

摘  要  该文对采空区上的大型水泥生产线工程地基与基础治理技术进行了分析，对国内今后合理开发大面积煤矿采空区具有重要的指导意义。
关键词  采空区  地基处理  注浆

    煤矿开采后留有大量的采空区，当地表用作建设用地时需要对地基与基础的稳定性进行评价和治理。地表与岩层的变形与移动，破坏了建(构)筑物的初始平衡状态，导致其变形，直至破坏。采区地表与岩层的变形、移动日益成为矿区及民用建筑乃至矿业发展的制约因素。
      河北邢台矿业集团金牛水泥厂2×2500t/d水泥生产线是建立在煤矿采空区上的工程项目，工程载荷大，对沉降非常敏感，其窑尾单柱载荷1200kN，熟料库单库重4×105kN，建(构)筑物载荷为300～767kN／m2，拟建场地采空区埋深仅30～10m，上部岩石为风化软岩，施工难度非常大。
1   水泥厂主要建(构)筑物结构特征
      一条2500t/d．新型干法水泥生产线有52个子项，其中主要建(构)筑物结构形式及特征见表1。
表1建筑物结构形式及特征
序号
建(构)筑物名称
结构形式
平面尺寸(m)
建筑高度(m)
基础形式
载荷特征(kN)
采空区的
处理方式
1
石灰石均化堆场
圆形钢弯顶结构
Φ86(单层)
29．17
单独

未处理
2
生料库
钢混筒仓
Φ15
47．00
环形
152935
全充填注浆
3
生料粉磨
钢混框架
14×27．5
32．45
单独
单柱7330
全充填注浆
4
煤粉制备
钢混框架
10×32．5
17．00
单独
单柱5637
全充填注浆
5
烧成窑头
钢混框架
16．5×30
8.07
单独
单柱41007
全充填注浆
6
烧成窑中
钢混大块式

4．35～l0．47
大块式基础(三个)
单个基础15666
全充填注浆
7
烧成窑尾
钢塔架
14×16．5
81．97
整板基础
单柱19019
全充填注浆
8
熟料储库
钢混筒仓
Φ26
42．50
桩基础
库重511203
半充填注浆
9
水泥粉磨
钢混框架
23×56．0
16．50

半充填注浆
10
水泥储库
钢混筒仓

36．00
整板基础
单库124540
半充填注浆

2   采空区注浆处理技术
      由于新建水泥厂后产生较大的附加载荷，岩体应力会发生较大变化，而且窑尾、窑中和石灰石均化场等地段采空区埋深较浅，加载后地表仍有发生较大变形的可能性，加之采空区原顶板炭质泥岩均发生冒落，冒落高度5～10m，冒落层破碎松散。因此需在主生产线及重要建筑物区段对采区进行注浆处理。依据水泥生产线不同单位工种所需不同地基承载力的具体情况，对水泥生产线(窑系统、生料系统、煤磨及电力室、中央控制室、耐火砖库等)采用地下采空区全部充填注浆处理，对水泥粉磨、熟料库、水泥储库区段的地下采空区采用半充填注浆处理，即通过注浆形成顶托砂岩顶板的柱或条带，单柱直径6～7m。注浆起止深度为2#煤井底板以上8～10m(主要指采空区冒落带高度)。
 2．1  采空区(地基)注浆施工技术
      注浆顺序按照先疏后密，先内后外，先下游后上游的原则实施，加密孔按照相邻孔施工结束24h后施工。注浆孔的平面误差不大于10cm，孔深误差不大于20cm，孔底最大偏差不大于1．5m；应有不少于注浆孔总数5％的钻孔钻取岩芯，取芯孔在整个注浆区要分布均匀，岩芯RQD值不低于85％。成孔采用清水钻进，冒落带及采空区成孔直径不大于108mm。
      制浆采用32．5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰二级以上；注浆采用两类三种浆液；第一类为水泥浆，水灰比1：1；第二类为水泥、粉煤灰浆，水固比l：1(采空区上部漏水严重的地段、Ⅲ序孔、成孔时返冲洗液的孔)和0．75：1(下部冒落带、采空区段、落钻段采用本类浆液)，水泥和粉煤灰的比例为6：4。各类浆液要搅拌均匀，采用普通搅拌机时，搅拌时间不得小于60s，采用高速搅拌机时不得小于30s。注浆的计量要采用流量计或经事先标定的具有明显标记的容器进行计量，误差应小于5％。
      如上部岩层发现严重漏水地段(正常钻进孔内不返水)或钻进过程中遇到煤层顶板炭质页岩时，须做单点压水试验，当单位吸水率大于0．07L／min．m时应进行注浆。在顶板冒落带及采空区内注浆应分段进行，注浆长度不宜大于5m，否则注浆管下放至孔底的距离不应大于1m。注浆塞应塞在孔壁完整处或已灌段段底以上1m处，以防漏浆。在某一注浆段当某一比级的浆液注入外围I序下游孔已大于3000L/m，其它孔大于2000L／m，或注浆时间已达2h并且注入率和压力没有明显变化时，浆液应加浓一级；当注浆量大难以结束时，应采用低压限量间歇灌浆或在浆液中掺入缓凝剂(Ⅱ、Ⅲ序孔除外)。采用一般浆液时待凝时间为36h，掺入速凝剂时可视掺入量的多少来决定。注浆压力根据孔顺有所差异，I顺孔1MPa，Ⅱ顺孔1．5MPa，Ⅲ顺孔2．0MPa。在规定压力下，当有效注浆段注入率不大于6L／min．m，持续30min灌浆可结束。所有注浆孔注浆结束时，均应进行封孔注浆，浆液采用水泥灰比为1：1的水泥浆，压力1MPa，注浆管下放至孔底的距离应小于5．0m。
2．2注浆质量检验
        采用单点压水试验方法进行检验，当单位吸水率小于0．07L／min．m时方为合格，检查孔数量不应小于注浆钻孔总数的5％，检查孔结束后应封孔，方法同注浆孔；检查时间应在注浆结束后3日后进行，检验孔段的合格率应在80％，不合格孔段的吸水率不超过设计规定的2倍，且不集中，注浆质量可认为合格。但是下列情况应该进行补注和补验：在采空区及顶板页岩段出现明显的落钻和视落钻现象，即进尺非
常快；检验孔在采空段和炭质页岩段正好打在原来所留的煤柱上，压水试验结果大于0．1 L／min．m。
       注浆加固力学性质检验应在注浆结束28d进行，最后一个注浆段进入采空区底板不小于1m，并取得较完整的岩芯；当Ⅱ、Ⅲ序钻孔遇到煤柱时，应视现场实际情况适当调整钻孔位置。
3   结语
        注浆后各项指标都达到了设计要求，保证了场地的稳定性，经勘探后评价该场地适合2500t／d水泥熟料生产线的建设。对该工程项目的研究和实施，积累了比较成功的浅部采空区地基的稳定性评价和治理的经验，为国内今后合理开发大面积煤矿采空区具有重要的指导意义。

作者简介许稀罕(1955一)，男，工程师，毕业于河南省广播电视大学工民建专业，现在焦作煤业集团电业分公司从事建筑管理工作。