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煤層采空區(qū)注漿治理方法是通過定向鉆孔區(qū)域注漿充填，達(dá)到治理水害、火區(qū)、有害氣體及固破碎覆巖的綜合目的，從而實(shí)現(xiàn)遺煤區(qū)安全復(fù)采。

煤層采空區(qū)注漿治理方法

步驟一：確定治理區(qū)域范圍

(1)根據(jù)以往資料圈定采空區(qū)范圍，采空區(qū)邊界外推20m作為治理區(qū)域平面范圍

(2)治理區(qū)垂向范圍為采空區(qū)垮落帶以內(nèi)，垮落帶高度可專門施工鉆孔進(jìn)行實(shí)測，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或利用區(qū)內(nèi)實(shí)測資料進(jìn)行計(jì)算;

步驟二：鉆孔布設(shè)及施工

1)以“地面區(qū)域注漿、井下局部引流、檢查注漿補(bǔ)強(qiáng)”為總體思路，布設(shè)地面定向探查注漿孔、井下引流注漿孔、地面檢查補(bǔ)強(qiáng)孔;

2)地面鉆孔布設(shè)方式可根據(jù)施工場地與治理區(qū)域的關(guān)系選擇圖1所示“梳狀”、 “魚骨狀”、 “叉狀”的布孔方式，鉆孔水平段間距可根據(jù)現(xiàn)場注漿試驗(yàn)確定，一般為30?40m;

3)鉆孔水平段終孔層位設(shè)計(jì)在垮落帶(2)的頂部，該處巖層垮落不充分、以裂隙破壞為主，具備實(shí)施注漿和擴(kuò)散條件;

4)地面鉆施工順序，由邊緣往內(nèi)部進(jìn)行鉆探和注漿施工;

5)地面探查注漿孔采用三開方式鉆進(jìn)，一開垂直段進(jìn)入穩(wěn)定基巖10m，并下入表層套管，固井水泥漿返至地面;二開造斜段進(jìn)入垮落帶頂部，下入地質(zhì)套管，固井水泥漿返至地面;三開沿垮落帶頂部(2)水平鉆進(jìn)，裸孔完井，考慮到注漿和骨料需求，終孔孔徑一般不小于152mm;止水標(biāo)準(zhǔn)及檢查方法應(yīng)符合DZ/T 0148—2014中13.7止水與封閉的規(guī)定。

6)需施工高位(8)、低位(9)引流鉆孔，形成動(dòng)水環(huán)境，擴(kuò)大注漿孔漿液擴(kuò)散范圍。

步驟三：注漿充填

通過注漿孔以垮落帶頂部為注漿層位進(jìn)行采空區(qū)注漿，采用邊鉆邊注的方式進(jìn)行，注漿方式、壓力、材料等需根據(jù)現(xiàn)場情況實(shí)時(shí)調(diào)整。通過注漿充填替換采空區(qū)內(nèi)積水、有害氣體，充填采空區(qū)破碎巖體空間，固結(jié)破碎煤巖，達(dá)到多災(zāi)害綜合治理的目的，為下覆遺煤復(fù)采創(chuàng)造安全開采條件。

注漿工藝如下：

1)注漿方式：采用孔口止?jié){、靜壓前進(jìn)式分段注漿方式，設(shè)計(jì)每鉆進(jìn)50m進(jìn)行一序次的注漿，如鉆進(jìn)過程中大漏，則停鉆注漿;

2)注漿材料：地面鉆孔施工至采空區(qū)邊緣時(shí)，時(shí)刻關(guān)注漏失情況，遇到漏失應(yīng)開始注水泥漿液，水灰比在1:0.5～1:1之間選3個(gè)等級，漿液由稀到濃，井下引流孔同步泄水，泄水量稍大于注漿量，形成動(dòng)水?dāng)U散條件;注漿孔應(yīng)采用前進(jìn)分段式注漿，鉆孔施工至采空區(qū)上方后，加大注漿量，先注水泥漿液，水灰比1:0.5～1:1，由稀到濃，隨后注水泥粉煤灰，水泥與粉煤灰質(zhì)量比宜為2:8～3:7;如長時(shí)間不起壓，可加入早凝劑，參量為水泥質(zhì)量的3%～5%，再注砂骨料，直至達(dá)到注漿標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)閉引流孔，侯凝48h;隨后再次鉆進(jìn)50m，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)注漿，確保采空區(qū)被逐步充填，形成多批次的注漿充填體;

水：應(yīng)符合拌制混凝土用水要求，其PH值大于4;

水泥：應(yīng)優(yōu)先選用礦渣水泥，其次是普通硅酸鹽水泥或其它類型水泥。如果是采空區(qū)中的水對漿液結(jié)石體有強(qiáng)至中等腐蛀性，應(yīng)采用抗硫酸水泥。注漿用的水泥必須符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);

粉煤灰：應(yīng)符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二～三級;

骨料：砂應(yīng)為質(zhì)地堅(jiān)硬的天然砂或人工砂，粒徑不宜大于2.5mm：有機(jī)物含量不宜大于3%。石屑或礦渣**粒徑一般情況下不宜大于1.0cm，有機(jī)物含量不宜大于3%;

外加劑水玻璃：模數(shù)宜為2.4～3.0，濃度宜為30～45波美度;

3)漿液濃度：漿液的濃度使用，應(yīng)由稀到濃，逐級變換漿液的水固可比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.7:1、0.6:1等七個(gè)濃度比級。當(dāng)然，根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，可選用其中3個(gè)或4個(gè)濃度比級。當(dāng)采空區(qū)充水時(shí)，宜采用濃度較大的3或4個(gè)濃度比級，反之，則從濃度較稀的比級開始。

4)注漿壓力：注漿壓力是控制注漿質(zhì)量、提高注漿效益的重要因素。結(jié)束壓力與采空垮裂帶的空隙、裂隙的大小或多少、水文地質(zhì)及工程性質(zhì)條件等相關(guān)，一般是通過現(xiàn)場注漿試驗(yàn)后確定。注漿穩(wěn)定壓力取采空區(qū)地下水的靜水壓力的1.5～2倍;

5)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：終壓條件下，注漿量不大于60L/min，穩(wěn)定時(shí)間不小于30min時(shí)，注漿結(jié)束。回次注漿壓力結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)不宜小于終孔壓力的80%;

6)由兩側(cè)往中間逐步縮小注漿范圍，確?？臻g被漿液替代，最終低位引流孔出現(xiàn)漿液后對其進(jìn)行關(guān)閉，打開高位引流孔，通過低位引流孔注漿，直至高位引流孔出漿后停注;候凝48h后再次注漿，確保漿液析水后空間被再次充填。

7)注漿總量可通過下式進(jìn)行計(jì)算：

Q 總 =A · S · m · K · ΔV · η/C (式1)

式中Q 總 —采空區(qū)總注漿量(m 3 );

S—為采空區(qū)治理面積，其值為采空區(qū)治理長度與采空區(qū)治理寬度之積(m 2 )。當(dāng)采空區(qū)治理寬度不一致時(shí)，可采用平均值;

m—采空區(qū)煤層厚度(m);

ΔV—采空區(qū)剩余空隙率：即煤層被采出后，原空間經(jīng)塌陷冒落巖塊充填后剩余的空隙，其取值在0.2～1之間。一般情況下閉礦時(shí)間在五年之內(nèi)，取值在0.3～1之間;閉礦時(shí)間在五年之上，取值在0.2～0.3之間。當(dāng)采空區(qū)的頂板和覆巖為較堅(jiān)硬的巖石時(shí)，取值宜稍大;

K—煤層回采率。一般通過采礦實(shí)際調(diào)查確定;

A—注漿總量漿液損耗系數(shù)，取值在1.0～1.5之間;

η—注漿充填系數(shù)，取值在0.75～0.95之間。該值宜根據(jù)公路工程的性質(zhì)確定，對于路基范圍內(nèi)的采空區(qū)取值在0.75～0.85之間;對于構(gòu)筑物范圍的采空區(qū)取值在0.85～0.95之間;

C—漿液結(jié)石率，取值在0.7～0.95之間。一般經(jīng)試驗(yàn)確定。

步驟四：充填效果檢查及補(bǔ)強(qiáng)

由于地面鉆孔注漿層位為垮落帶頂部，局部采空區(qū)如垮落不充分將影響注漿效果，故需施工注漿效果檢查和補(bǔ)強(qiáng)鉆孔。

1)由地面施工多組定向檢查補(bǔ)強(qiáng)孔，層位為垮落帶下部采空區(qū)內(nèi)，檢查注漿充填情況，檢查補(bǔ)強(qiáng)與注漿孔間隔布孔，如出現(xiàn)漏失，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)注漿，注漿材料可根據(jù)漏失情況和空洞情況選擇單液漿、雙液漿和骨料，注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)取采空區(qū)地下水的靜水壓力的1.5～2倍;

2)從地面施工多個(gè)垂直檢查取芯孔，通過巖芯查看充填注漿效果，確保漿液結(jié)石體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于2MPa。通過多個(gè)序次完成采空區(qū)注漿充填，利用漿液替換采空區(qū)水、氣，形成采空區(qū)治理、填充、固結(jié)效果，為下覆遺煤復(fù)采創(chuàng)造有利條件。