为了防止采空区地基沉降，采用注浆方法对采空区及破碎岩层进行加固处理。本案例中阐述了对煤矿采空区治理的特点、施工工艺、施工过程质量控制及出现问题的处理措施等方面，浅谈煤矿采空区注浆治理技术的应用。
1、工程概况
1.1工程概况
本项目拟建区域是原亨达煤矿潘家沟采区，位于鹰手营子矿区营子镇河北村潘家沟，与营子城区隔河相望，紧邻112国道，交通便利。
1.2工程地质条件
在勘探深度范围内，地层自上而下为：
石炭系(C)：①砂岩为灰白色~青色，主要为石英砂岩，中粗粒结构，块状构造，岩芯呈柱状，属较硬岩：②页岩为灰黑色，主要为炭质页岩，含石英长石云母等，具薄片状层理，岩芯呈短柱状，属软岩;③煤岩，主要为六层煤。
二叠系(P)：①砂岩为两层，上层为黄褐色，下层为青色-灰白色，主要为石英砂岩和长石砂岩;②页岩为灰黑色，主要为炭质页岩，含石英长石云母等，具薄片状层理，岩芯呈短柱状，属软岩;③煤岩，主要为四层煤。
第四系全新统(Q)：卵石为黄褐色，亚圆状，具轻微~中等风化，填充物为中粗砂和粘性土，顶部局部含杂填土、粘性十、碎石。
1.3水文条件
矿区属燕山山地水文地质分区，低山裂隙水亚区，主要含水层为第四系冲积层、茂山层含水层。第四系冲积层潜水主要存在于第四系松散沉积物的孔隙中，水位埋深为1~3.5m，主要受大气降水补给，随季节性变化显著。茂山含水层主要由细砂岩、粉砂岩以及含砾粗砂岩组成，基岩水类型为风化网状裂隙水，水位埋深约为22~25m。
1.4煤层分布及采空分布
本区域内主要可采煤层为4、6层。
四层煤：为全区主采煤层，由于火成岩侵入煤层破坏严重，煤厚2.7~2.8m，煤层东部厚西部薄，煤层倾角23°煤层夹石1~3层，夹石总厚为0.6~3.5m，属于较稳定煤层。四层煤顶板为粉砂岩，顶部为页岩、泥岩和薄层泥质灰岩，属Ⅰ类不冒落顶板。
六层煤：为本区主要可采煤层之一，煤厚0.18~3.41m，平均煤厚为1.48m，厚度变化较大属于不稳定煤层。六层煤底板往往有1~2m厚泥质页岩或粉砂岩。顶底板岩石节理、裂隙发育，使其强度减弱，综合分析判断本场地采空区深度在80m以内。
2、采空区的注浆治理设计参数
采空区采用全灌注充填法进行注浆治理，即地表注浆充填覆岩裂隙区和全部充填采空区空洞支撑覆岩，以彻底消除地基沉陷隐患，从而达到有效控制采空塌陷对地面建筑的影响。根据治理范围及勘察情况，本次治理设计采用帷幕孔和注浆孔两种钻孔进行治理。
2.1注浆治理深度
注浆治理深度为基岩面至采空区以下3m，注浆治理深度约为80m。
2.2注浆孔的设计
①平面布置：帷幕孔在治理注浆孔外围呈线性布设，注浆孔在帷幕孔内呈网格型布设。
②孔距：根据有关施工规范和本采空区治理的施工经验，综合确定建筑物内帷幕注浆孔布置2排，孔间距10m，排距5米，治理注浆孔排距10m、孔间距10m。其他区域治理注浆孔排距15m、孔间距15m;治理注浆孔距帷幕注浆孔10m。
③孔径：钻孔孔径控制在130~150mm，经一至两次变径后，终孔孔径不应小于91mm。
④注浆施工顺序：帷幕孔、注浆孔均采取间隔式分次序施工和注浆，一序孔要注意对采空区的补勘，二序孔要根据一序孔的钻进效果判断是否调整治理设计。具体施工顺序为：
一序帷幕孔→二序帷幕孔→一序注浆孔→二序注浆孔
2.3注浆量设计
根据《采空区建筑物地基处理技术规范》GB51180-2016第4.2.4条全灌注充填法灌注量按下式估算：
式中：Q.为灌注量(m);t为灌注量损耗系数，可取1.2~1.5：S为采空区地基处理面积(m);M为采出煤层法向厚度(m);N为煤层回采率(%);n为采空区剩余空隙率(%);n为充填系数;c为浆液结石率(%)，以试验或地区经验确定，并不小于80%;a为煤层倾角(°)。
Q=1.4×29800×2.9×50%×30%X 0.85-0.85-cos 23°=19726.3m³
根据本区采空区治理施工经验，每米注浆量约为0.5m³~1.5m³，平均每米注浆量约为0.79m。本次注浆孔共21990m，估算注浆量为17372.1m³。
2.4浆液配合比
参照本煤矿采空区注浆治理经验，浆液水固比宜取1：1.0~1：1.3，固相中水泥、粉煤灰比为1：0.4，水玻璃为浆液的2.5%，膨润土为浆液的1%，注浆前应取样进行配比试验，再确定配合比。
3、采空治理施工工艺
3.1注浆施工工艺流程
定点 → 钻孔及下焊管 → 下注浆管 → 备料 → 搅拌浆液 → 注浆 → 终止注浆
3.2钻孔定位
按照设计钻孔坐标进行测量放线工作，定点测量误差控制范围为±10mm，钻机就位误差控制在±20mm。钻机就位后，提交分项开工报告申请，经监理同意后方可进行开钻。
3.3钻孔施工注意事项
①勘察孔、勘察性试验孔和注浆孔施工均采用中130mm或中146mm钻头开孔，钻至完整基岩(10m左右)后，下入①127mm套管护壁，然后变径为D91mm，孔深80m。如遇到厚层采空区可先进行分段注浆然后再施工，以免埋钻。
②在钻孔施工过程中，如发现漏水、掉钻、埋钻、机上见软、见硬等现象，要详细记录其深度、层位和耗水量，并应立即采取相应措施。
③每个注浆孔钻孔中测斜至少一次，终孔孔斜不得超过2°/100m。
④采用回转方式钻进，不允许用冲击式钻进，以防采空区突然发生塌落，施工时做好钻孔开孔通知书、钻探班次报表、岩芯编录等资料。
⑤待钻孔至采空区底板或煤层底板以下3m时，向技术负责和驻地监理工程师申请终孔，经验收合格方可进行下一道工序。
⑥压水冲孔。由于钻进过程中孔内沉淀物较多，在下注浆管前应将钻具下至孔底，压水冲洗孔内残留岩粉及其它沉淀物，保持孔内裂隙畅通。
3.4浇筑孔口管
(1)用中50mm钢管作为注浆管，长度根据注浆孔深度而定。
(2)在注浆管前端200-300mm处焊接法兰托盘中120~130mm或采用橡胶、尼龙条封堵。下入带法兰托盘或尼龙条的注浆管，注浆管下到变径位置下2-3m。
(3)调制水泥浆，水灰比为1：1.5-1：2，可加入水泥重量的2-3%的水玻璃或其他快凝材料，搅拌均匀，灌入水泥浆液，浇筑长度应不低于10m。
3.6注浆施工
帷幕孔灌浆时，应在制浆材料中加入水泥重量的2%~3%水玻璃，使注入采空区的浆液尽快凝固，以形成幕墙。浆液浓度先稀后稠，逐级变换，浆液的配合比为1：1.3~1：1.4。
注浆孔灌浆时，应避免在短时间内注入大量的水泥粉煤灰浆，当灌注量达到设计量的30%，注浆压力和单位吸浆量均无明显变化时，应调浓灌注、采用间歇式注浆法施工。
当空洞体积较大或单孔注浆量达到120m”时，应使用漏斗状的投砂器，用浆液将砂或矿渣带入孔内，必要时可在浆液中加入水泥重量1%~3%的速凝剂。
3.7单孔灌浆结束标准
在灌浆孔灌浆的末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min， 孔口管压力在2.0MPa之时， 稳定10~15min， 可结束该孔的灌浆施工。
4、施工质量控制
在煤矿采空区治理施工中，钻孔和注浆的施工质量控制尤为重要，特别是要确保整个采空区注浆的连续性和完整性，施工中必须控制以下要点：
(1)本工程分为勘察性试验孔、帷幕孔、治理孔等三种孔，勘察性试验孔目的是对前期勘察进行补勘并为后续施工提供指导性的数据，帷幕孔目的是防止在治理区内压力注浆过程中浆液向治理区外蔓延，治理孔目的是对勘探出的采空区进行全充填注浆治理，故施工中每种孔发挥着不同的作用。
(2)钻孔过程中为**钻至对应地层和孔的垂直度，每隔40m检测一次钻杆的垂直度，垂直度偏差<1%。
(3)孔口管(注浆管)下放至完整岩石下不少于2~3m，孔口管的连接采用焊接或丝扣连接，下放时必须检查连接质量，符合要求后方可下放。
(4)严格按照配合比进行施工，从1：1.0到1：1.3调整配合比施工，注浆前，使用清水对注浆孔进行清洗，直至孔口出清水后方可停止，注浆过程中，随时通过观察和使用比重计对配制好的浆液进行检查，要注意单孔的注浆量，以便达到特别好的注浆效果。
(5)注浆时严格按照顺序进行，先注楼座四周的钻孔，然后在注楼座内的钻孔。
(6)注浆材料及质量要求：①水，应纯净，不含有害物质， SO， 含量应小于1.0%， 应符合《混凝土用水标准》JGJ
63一2006)的质量要求。②水泥，采用P.S32.5矿渣硅酸盐水泥，其物理性能及化学成分应符合水泥《通用普通硅酸盐水泥》(GB/T175-2007)的规定。③粉煤灰，应符合二级的质量标准。④速凝剂，用于调整浆液胶凝时间，拟采用水玻璃和膨润土，应符合《工业硅酸钠》GB/T4209-2008的质量要求。
5、施工中易出现的问题及处理措施
(1)串浆或冒浆：应采取两孔同时注浆，或两孔轮流注浆，使受注孔及冒浆孔达到设计方量和结束标准。
(2)注浆孔按注浆工艺及设计注浆量的要求，当注浆量超出设计注浆量，孔口仍不升压时，应采取间歇式注浆。间歇时间应控制在12一24小时，间歇后再次进行注浆时，浆液浓度必须从稀一级开始，视压力和单位吸浆量变化情况，决定浆液浓度的变换，直至达到注浆结束标准。
(3)为避免间歇式注浆和正常注浆时堵孔现象，在停注和复注时都应进行压水，压水技术要求如下：当孔口无压力时，其压水量必须是注浆管路内的容量加变径以下至孔底容量之和的三倍;当孔口已有压力，
且压力不大于0.3MPa时，压水达到设计注水量时，孔口压力降至零，压水可以停止，否则泵量(52L/min) 继续压水20分钟。
(4)对冒落区域的钻孔，为**注浆效果和再次钻孔的可施性，采用分段注浆处理，应保持一定的时间间隔，直至设计孔深，然后再进行二次注浆。
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