1、 地质塌陷勘察与设计地质塌陷勘察与设计 湖南省地勘局湖南省地勘局三、采空区塌陷勘察三、采空区塌陷勘察主要依据：高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册；岩土工程勘察规范；铁路工程不良地质勘察规程；采空区分类：采空区分类：按采煤方法与顶板管理方法分类：1、长壁陷落法采空区：由长壁大冒顶采煤法形成的采空区2、短壁陷落法采空区：由短壁自由冒顶采煤法形成的采空区3、巷柱或房柱式采空区：由巷柱或房柱式采煤法形成的采空区4、条带法或填充法采空区：由条带或填充采煤法形成的采空区按采煤深厚比可分为以下几类：1.浅层采煤区：开采深、厚比小于40的采空区；2.中深层采空区：开采深、厚比大于40，但小于200的
2、采空区；3.深层采空区：开采深、厚比等于或大于200的采空区。按煤矿采空区形成和停采的时间分类:可以分为新采空区和老采空区两种。新采空区是指现采空的采空区，其地表移动、变形尚未发生或正在发生过程中，或位于正在采煤的采区、采煤工作面近旁的采空区已放顶，地表移动、变形和移动盆地正在发生、发展中。老采空区是指已停采闭矿的矿区或已停采的采空区，其地表移动、变形和移动盆地等已形成并趋于稳定的采空区。采空区地面变形灾害包括地面塌陷、地面沉降、地面开裂（地裂缝）等。勘察范围应大于地面变形范围。1998年5月发生的临澧县衫板乡石膏矿塌陷，直径达47米。1993年发生的邵东县城石膏矿塌陷，直径达110米。(一)
3、主要任务 查明老采空区上覆岩层的稳定性,预测现采空区和未来采空区的地表移动和变形特征，对工程场地的适宜性进行评价。在此基础上，提出预防、整治的对策和方案。可行性研究勘察阶段 该阶段应以收集资料、工程地质调查、采矿情况调查为主，辅之以大比例尺航卫片解译，必要时可布置少量勘探工作。其工作内容是：(1)收集矿区地质图、综合地质柱状图、剖面图、采掘工程平面图及井上下对照图、地质勘探报告、沉降观测等有关资料；(2)调查勘察范围内的气象、水文、地形地貌、地震、地层岩性、地质构造特征；(3)调查勘察区内采空区(空洞)的分布及开采时间、范围、深度、采厚、开采方法、采取率、顶板岩性和厚度、顶板管理方法及远景开采
4、规划；(4)调查或收集供水井的抽排水状况及其对采空区稳定性的影响；(5)在有条件的地方宜进行井下调查、测量、测绘出采掘工程平面图，查明采空区的顶板塌陷及积水情况；(6)调查采空区覆岩破坏、地表陷落、建筑物破坏特征及其与采空区开采边界的关系，划分出中间区和边缘区；(7)调查由于地表塌陷而引起的其他不良地质现象类型、分布位置和规模；(8)定性或半定量地初步评价采空区的稳定性。初步设计勘察阶段 本阶段勘察应以现场地质和采矿调查、测绘和物探工作方法为主，辅之以钻探工作及简易水文地质观测试验，必要时进行地表变形观测。本阶段应进一步收集地质、采矿资料，并通过地质调查、物探、钻探、沉降观测、简易抽水试验等综
5、合勘察手段，初步查明采空区的工程地质条件、水文地质条件，采空区的范围、埋深、形状、充填、垮落情况，开采层数及剩余沉降量、“三带”界限、地表塌陷等情况，为确定采空区治理方案提供依据。施工图设计勘察阶段 本阶段采空区(空洞)勘察应以钻探工作为主，辅之以必需的补充物探及调查测绘工作。工作内容：(1)查明初勘阶段尚未查明的工程地质问题；(2)确定采空区地表变形范围、变形量大小及其变化规律，分析采空区沉降变形发展趋势，研究地表变形与采空区、区域地质构造、开采边界、采煤工作面推进方向的关系，确定其危害程度；(3)查明采空区近旁的矿井或供水井的抽排水的时间、水量、水质、地下水位变幅和影响半径及其对采空区的稳
6、定性、治理工程的影响；(4)修正、完善采空区及其覆岩的三维地质构造模型、覆岩破坏的“三带界限，核实采空区的剩余空隙体积；(5)查清地表塌陷范围、破坏形式、发展趋势；(6)评价采空区的稳定性，确定采空区的治理方案；(7)测绘影响范围内采空区工程地质平面图(比例尺1：10001：2000)及工程地质纵、横断面(剖面)图等。(二)勘察范围及深度 在整个采空区勘察过程中，勘察宽度可视勘察阶段、采空区埋深等具体情况而定。如工程可行性研究阶段勘察宽度要大，初步设计勘察阶段宽度适当减小，施工图设计勘察阶段宽度再减小。但各阶段勘察工作宽度不能小于公式计算宽度，且应考虑到上山、下山方向的差别，因为公式计算的宽度
7、是采空区影响的最小宽度。一般外延100500m。勘探深度，对于单层采空区，各阶段的勘探深度不得小于采空区底板以下3m；对于多层采空区，各阶段勘探深度不得小于最下层采空区底板以下3m。（三）勘查方法的选择 勘察前，应收集研究地质资料，全面调查人类活动的历史、方式、范围与强度，以及已产生塌陷的发育特征，在综合分析的基础上合理布置勘察评价工作。勘察方法采取工程地质测绘、工程物探、工程钻探、室内试验及原位测试、高精度形变观测。条件许可时应开展井下工程地质调查。工程地质测绘 工程地质调查与测绘的目的是研究采空区及其附近的区域地质构造、地层岩性、水文地质条件、地下采空区的分布位置、采矿状况、地面塌陷程度等
8、。调查所采矿层顶底板的岩性、厚度及矿层上覆岩性的组合类型，条件许可时应进行井下测量工作，绘制采空区地质剖面图。初步确定工作区的三维工程地质结构和物探探测范围。比例尺一般以1：10001：2000为宜。采矿调查内容一览表 开采方法顶板管理方式开采时间及其他a巷道式：巷道分布、主巷道位置、走向巷道切面形状、尺寸、有无支护b长壁式：平面分布、采高、工作面长度、开采掘进方向c房柱式：开采顺序、平面分布、采高a垮落法：垮落后顶板破坏情况b矿柱支撑法：矿柱截面尺寸、分布垮落区分布c填充法：充填区分布充填效果a开采起始时间b开采结束时间c各时间区段采取率d开采规模e采空区(空洞)面积f采空区(空洞)位置g地
9、表变形特征h未来开采计划i开采中发现的断层、裂隙等地质构造情况j有无采掘工程图调查方法：收集资料和走访踏勘采空区(空洞)现场勘察内容一览表 采空区(空洞)成因采空区(空洞)分布采空区(空洞)稳定性 a地质作用成因：碳酸盐岩溶洞 b人类活动成因：采矿地下防空设施 隧道c其他原因：有人类采掘的地下空洞a采空区(空洞)埋深、高度、宽度、空间形态 b采空区(空洞)的平面分布a对采空区(空洞)，注意顶板支护情况、顶板垮落情况、规模、平面分布、采空区(空洞)内垮落物质充填情况、有无近期垮落痕迹、采空区(空洞)内可见断层等构造形迹、采空区内(空洞)地下水滴漏情况b对于溶洞，注意洞体有无近期崩塌痕迹，洞底有无
10、近期崩塌物、洞壁是否胶结完整调查方法：现场踏勘；走访；工程测绘；绘制采空区(空洞)平面图采空区(空洞)地表变形调查内容一览表 地表变形特征值(观测或收集观测资料)地表变形特征及分布规律地表移动盆地特征(仅对大面积采空区)a最大下沉值b最大倾斜值c最大曲率值d最大水平移动值e最大水平变形值a地表陷坑、台阶和裂缝的形状、宽度、深度、分布规律 b地表变形分布与地质结构(岩层产状、主要节理、断层、软弱层)的关系 c地表变形分布与采矿方式(开采边界、工作面推进方向、巷道分布)的关系a均匀下沉区b移动区c轻微变形区调查方法：收集资料；现场踏勘、走访；测绘；变形观测；工程物探 用于采空区(空洞)探测的工程物
11、探方法主要有电法勘探（高密度电法和电测深法）、电磁勘探、地震勘探、重力勘探和氡气勘探。电法勘探常采用高密度电法和电测深法。高密度电法最适宜的采空区探测深度范围是100m以内，最大深度不超过150m，采空区埋深与其直径的比hD40。影响探测深度的因素：测距的长短；目标地质体的直径与深度的比；目标体与围岩电性差异；地电断层如有高(低)阻屏蔽层；干扰水平大小。地震勘探 主要用来确定基岩埋深、顶界起伏程度、风化程度及厚度；断层破碎带的宽度及平面位置，岩体工程地质分类、地基改造效果检查，采空区和自然溶洞的埋深和形态等。常采用的方法有折射波法和面波法。折射法 探测地下采空区(空洞)时，一般可探测表层101
12、00m深度。当采空区(空洞)的尺寸与折射波的波长接近时，才能较清晰地反映在记录图上，即采空区(空洞)的尺度约接近10m才有反映，小于10m则效果不好，难以探测到。面波勘探深度与精度：面波勘探对波长的l2深度内有效，对一般的土层有效深度约为4050m。在基岩埋深较浅的地方可以更深，约100m。精度上，只要采空区(空洞)尺寸不小于其埋深的110，便可以探测出来，精度范围一般可控制在5之内。电磁勘探包括了瞬变电磁勘探、地质雷达和井间无线电透视(井间CT)等。其中以瞬变电磁法和地质雷达较为常用。瞬变电磁法相对于其他探测方法而言，对地层的分辨能力强，受地形小，在划分地层、确定电性参数、矿体及采空区空间位
13、置和产状等方面有其独特的优越性。微重力勘探，用于探测埋藏浅、范围小的地质体或小构造。对地下100m以内洞穴的探测，可以较准确地确定其平面位置，而埋深可以用重力反演方法得到。由于受采空区(空洞)的几何尺寸、充填物及埋藏深度的制约，重力异常的量值一般在几十微伽以内，因此，只能用高精度的微重力勘探方法探测。一般在勘察区内以5m5m的间距布点。氡射气探测可指示断裂构造、地裂缝、巷道的展示方向，以及地下隐伏采空区(空洞)分布范围。优点：不受电、磁、声干扰；受地形结构、地貌障碍影响小；施工简便，灵敏度高，成本低；仪器轻便，工作灵活，工效高。不足：氡运移受断裂、裂隙控制，随断裂及裂隙的变化而变化，因此，其异
14、常不能准确反映地下空洞的平面位置，只能够概略地反映轮廓，属于定性测量。另外，测氡作业还受降水、季节等因素的影响。在进行物探工作时要注意以下几点：(1)工程物探成果判释时应考虑其多解性，区分有用信号与干扰信号。(2)应采用多种物探方法探测，进行综合判释。在物探工作前，应在条件类似的已知采空区地表进行物探方法有效性现场试验，确定该地区的物探方法及其最佳组合。(3)要有已知的物探参数或一定数量的钻孔 (4)工程地质、岩土工程和工程物探技术人员要密切配合，共同选择物探方法，制定探测方案，分析解释物探成果。工程钻探 目的是对地质测绘、采矿区调查资料及采空区地球物理探测成果进行验证和控制。以查明工作区地层
15、结构；地下采空区的埋深、厚度、顶、底板岩性；查明采空区引起的垮落带、裂隙带和弯曲带的埋深、具体高度和发育状况；查明地下水的埋深及其对混凝土的侵蚀性；采集岩、土样品，测试岩土物理力学性质，特别是采空区顶板及上覆岩层的岩性及其物理力学性质，进行空洞、采空区发展演化分析；进行必要的原位测试及压水注浆试验，测试基岩物理力学性质、裂隙发育及风化程度；利用钻孔进行井中物探，如弹性波CT等探测工作。钻探位置的确定方法：根据工程地质测绘资料、物探异常、形变观测资料确定。如形变沉降中心可能是空洞及采空区的位置，可布钻孔验证。在确定钻孔位置时，必须对地质、物探等各种资料进行综合分析，以提高验证钻孔的命中率，减少钻
16、孔数量。各勘察阶段钻孔布置 可行性研究阶段：一般不进行钻探，应尽可能收集已有的钻孔资料，加以鉴别利用。若无现成资料，可布置12个钻孔。初勘阶段：为了初步判明下伏采空区(空洞)及其三带，同时查明采空区(空洞)控制性地层单元及岩土性质，钻孔原则上布置在地貌、地质构造、地层变化大且有代表性的地段。初勘阶段钻孔间距表 场地复杂程度简单一般复杂钻孔间距(m)120-200801205080详勘阶段钻孔间距表 场地复杂程度简单一般复杂钻孔间距（m）40-7030-5020-40 详勘阶段：详细查明采空区(空洞)及其三带分布情况，以及由于采空区的影响，造成的地层结构破坏及岩土工程性质变化，为施工图设计及防护
17、工程施工图设计提供地质依据。钻探地质描述除满足一般工程地质地层描述的要求外，还应重点注意采空区及其三带的描述。将钻孔资料与物探资料进行对比分析，以确定采空区的范围、埋藏深度，划分“三带”界面。采空区钻探现场描述要点与三带识别标志采空区垮落带判据裂隙带判据无采空区判据a突然掉钻b埋钻、卡钻c孔口水位突然消失d孔口吸风e进尺特别快f岩芯破碎混杂，有岩粉、煤灰g打钻时有响声h可见淤泥、粉末状煤渣i见坑木、砖瓦片j有瓦斯气上涌a突然严重漏水或漏水量显著增加b钻孔水位明显下降c岩芯有纵向裂纹或陡倾角裂缝d钻孔有轻微吸风现象e钻孔有瓦斯气f岩芯采取率小于75a全孔返水b无耗水量或耗水量小c取芯率大于75d
18、进尺平稳e开采矿层岩芯完整，无漏水现象 室内试验 室内试验，无论埋深多少，都必须对采空区的顶板取样，确定其物理力学性质。当采空区(空洞)埋深小于50m时，对每个孔内岩石力学性质相接近的岩层，如砂岩、灰岩、砂质页岩、泥岩等均应采取试样。取样位置原则上以深度相接近、岩性一致或接近的岩层作为一组。岩石样品的试验项目通常有：相对密度、重力密度、孔隙率、吸水率、饱和吸水率、抗压强度(干抗压强度，湿抗压强度)、变形模量、泊松比、抗剪强度(内摩擦角、粘聚力)、弹性波速等。土样的室内试验项目通常有：相对密度、重力密度、天然含水量、压缩系数(压缩模量)、抗剪强度(内摩擦角、粘聚力)等。其中，抗剪强度根据工程实际
19、需要，可分为慢剪、快剪、固结快剪等。土的物理力学性质测试数据除用作施工图设计外，还应提供土的工程性能指标，以便作为治理工程的填料。原位测试 选择与地下采空空洞的治理有关的试验项目开展。如旁压仪试验、纵波速度和横波速度的测试、注水试验、压水试验和灌浆试验等。用于测定岩体的变形模量和强度参数，判别岩层的完整性，场地岩土类型的划分，测定采空垮落带、导水裂隙带和弯曲变形带的发育程度及风化状况。确定了采空区范围之后，为判断下伏采空区(空洞)对地表建筑物的影响，测定地表变形速率及形变特征需布设高精度水准观测网和高精度水平形变观测网，以定量评价下伏采空区(空洞)的稳定性。采空区地表变形观测 观测点的布置及观
20、测周期：观测线应综合考虑矿层走向、开采方法及上覆地层产状，并平行或垂直矿层方向呈“十字型”布设，其长度应超过移动盆地的范围。观测线上观测点应等间距布置。在观测地表变形的同时，应观测地表裂缝、陷坑、台阶的发展和建筑物的变形情况。观测线上观测点布置间距参考值 开采深度(m)400观测点间距(m)51015202530观测周期可根据地表变形速度按下式计算：式中：t观测周期（月）；n水准测量平均误差(mm)；s地表变形的月下沉量(mm月)；k系数(一般取23)。sknt2 地表观测应在工程可行性研究阶段布设，若可行性研究阶段无法确定线路位置，可在可行性研究阶段后期或初步设计阶段前布设。控制性观测点应选
21、择在采空区以外的稳定区，观测点标志要醒目，便于识别和保护，观测点不得少于3个；控制性观测桩应保护到采空区治理工程竣工后一年，以便于统一、连续地监测采空区的地表变化量。地面变形观测的精度要求：垂直位移测量中变形点的高程误差为1.0mm，相邻变形点的高差误差为0.5mm，水平位移测量中变形点的点位误差为6.0mm。观测资料整理：(1)绘制下沉曲线、下沉等值线图、水平变形分布图等。(2)根据地表变形量结合工程允许地表变形值进行分区，划分出对工程具有不同危害程度 的区域。(3)计算地表变形特征值，包括最大沉降值、最大倾斜值、最大竖曲率值、最大水平移动值、最大水平变形值等。计算方法按“建筑物、水体、铁路
22、及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程”执行。(四)工程岩体基本质量分级 岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度所决定。应把岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标(BQ)两者相结合。参照工程岩体分级标准划分。岩体基本质量分级 基本质量级别岩体基本质量的定性特征岩体基本质量指标(BQ)I坚硬岩，岩体完整 550坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整550451坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整 450351IV坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎lll较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整一较破碎；软岩，岩体完整较完整350251V较软岩，岩体破碎；
23、软岩，岩体较破碎。破碎；全部极软岩及全部极破碎岩250 (五)采空区场地适宜性评价 采空区场地的建筑适宜性评价应根据开采情况，地表移动盆地特征和地表移动，变形的大小划分为不宜建筑场地，相对稳定场地，可以建筑场地，并应符合下列条件：（1）下列地段不宜作为建筑场地:在开采过程中可能出现非连续变形的地段;地表移动活跃的地段;特厚煤层（矿层）和倾角大于55的厚煤层（矿层）露天地段;由于地表移动和变形引起边坡失稳和山崖崩塌的地段;地下水位埋深小于建筑物可能下沉量与基础埋深之和的地段;地表倾斜大于10mmm或地表水平变形大于6mmm的地段。下列地段作为建筑场地时，应评价其适宜性:1）采深采厚比小于30的地
24、段。2）采深小，上覆岩层极坚硬并采用非正规开采方法的地段。3）地表倾斜为310mmm，地表曲率为0.21030.6103m或地表水平变形为26mm/m的地段。矿山采空区地面塌陷、沉陷的预测,要考虑地表移动持续时间，判定是否稳定。T=7+2H/C T地表移动持续时间，H矿层埋深，C工作面推进速度（m/月）或 T=2.5H 经验：开采深度为100200m，T=12年，开采深度200400m,T=23年。一般10年后，地表处于基本稳定状态。(六)小窑采空区的勘察和稳定性评价1、地表变形特征 小窑采空区一般采空范围较窄，开采深度浅，采空区一般分布无规律或呈网格状，大多不支撑或临时支撑，任其自由塌落，其
25、变形特征：1）由于采空区范围较窄，地表不出现移动盆地，但由于开采深度浅，顶板又任其自由塌落，故地表变形剧烈，多产生较大裂缝，陷坑。2）地表裂缝分布常与开采工作面的推进方向平行，并随开采工作面的推进，裂缝不断向前发展。2、任务 1）矿层的分布范围，开采和停采时间，开采深度、厚度和开采方法，主巷道的位置、大小和塌落、支撑、回填、充水情况，以及开采计划和规划等。2）地表陷坑、裂缝的位置、外形大小、深度、延伸方向及其与采空区和地质构造的关系。3）采空区四周的工农业抽水等人类工程活动对采空区的影响。3、勘察方法 小窑采空区勘察工作通过收集资料，调查访问和物探工作，配以适量的钻探工作。4、场地稳定性评价及
26、处理措施 地表产生裂缝和塌陷地段，属于不稳定地段，不适于建筑。在四周建筑时，需有一定的安全距离，安全距离的大小视建筑物的性质而定，一般应大于515m。（七）治理方案选择 首先要根据工程的重要性、对沉降变形的要求等来确定你的处治方案。采空区治理的方法主要是充填法，充填的材料选择、工艺选择都是根据工程对变形的要求来选择。采空区治理，重在充填，至于对充填体强度则要求不高，无论你充填砂子、粉煤灰、粘土、还是水泥浆，效果差别不大。这样处理的结果，采空区仍然还会有少量的沉降，因为你实际上不可能将空洞完全充填，加上开采时已经产生了部分变形，这样，治理后仍然会出现少量沉降。对于一些一般的工程基本可以满足对变形
27、的要求，而对于重要的工程、大桥等则不能满足对变形的要求，要尽量避绕采空区。（八）采空区勘察报告编写要求 报告文字部分应包括下列内容：阐述勘察工作概况，包括勘察的依据、目的、任务、勘察的时间、方法、过程及工作量；论述场地的自然地理概况，包括地理位置、地形地貌、水文、交通、气候；介绍区域地质概况，包括地层岩性、地质构造、水文地质、工程地质、地震烈度；介绍各采空区综合勘察成果，包括工程地质调查成果、物探、钻探成果及沉降观测成果，确定采空区影响范围及采空区采煤的层数、采厚、顶板岩性、开采时间、采出率、开采方法、顶板管理方法、塌陷状况等基本特征；采空区剩余空隙体积估算及评价采空区的危害性；论述采空区地面
28、变形特征，计算剩余沉降量，预测变形的发展趋势，评价工程场地的稳定性；提出采空区治理方案的建议；勘察工作的结论、建议及存在的问题。图表部分包括下列内容：采空区工程地质平面图(比例尺1：10001：2000)；采空区地段线状工程地质纵断面图、横断面图；采空塌陷区分布图(含地面塌陷坑、塌陷槽、裂缝)；地表沉降(下沉)等值线图，比例尺1：10001：2000；采空区剩余空隙体积估算表；钻孔柱状图。简易水文地质观测成果。岩石试验成果报告 水质分析报告四、采空区塌陷治理设计四、采空区塌陷治理设计 (一)概述 采空区治理方法主要有注浆法和非注浆法。其中，非注浆法主要有干砌方法、浆砌法、开挖回填方法和桥跨方法
29、。注浆法系对地基土颗粒的空隙、土层界面或岩层的空隙或采空区的垮落带注入浆液材料，以便硬化后增加其强度或降低渗透性 干砌方法是在采矿后形成的空洞内，用片石人工回填砌筑，砌体与洞顶板紧密接触，使堆砌物起到支撑顶板作用，从而保证采空区上方覆岩的稳定性。该方法主要适用于矿层开采后未完全塌落、空间较大的采空区，且应具备采空区内通风良好、易于人工作业、材料运输等施工条件。浆砌方法的适用条件与干砌方法的适用条件基本上相同，其不同之处在于要求堆砌物具有较高的整体强度。开挖回填方法是对浅层采空区先进行开挖，然后采用干砌或浆砌方式回填。桥跨方法是以桥的形式跨越采空区不稳定的路段，桥的墩台应在稳定的岩体中。该方法主
30、要适用于煤层开采规模较小、开采深度几米至几十米的采空区。选择治理方法的主要条件 选择采空区治理方法时，应综合考虑以下主要条件：采空区的特征、工程的重要性、施工条件。如浅采空区可以用开挖回填方法治理。一般工程的采空区，可采用以充填为主的水泥粉煤灰注浆法治理，其水泥用量不可大于20；重要工程的下伏采空区地段，采用以加固地基为主的水泥浆或水泥含量大于50的水泥粉煤灰浆的注浆法治理。当注浆可引起地下水位的变化，会给邻近矿井的生产带来危害等，在选择方法时要作全面的考虑，尽可能减小对周围环境的危害。(二)采空区治理设计 1、治理设计的原则(1)设计前应详细研究勘察报告。(2)根据采空区的形成时间、埋深、采
31、空厚度、采矿方法、顶板或覆岩岩性及其力学性质、水文地质及工程地质条件等选择治理方案或方法。(3)施工前应开展相关试验，按设计注浆钻孔总数5一lO的孔进行现场注浆试验，其内容包括浆液的配比、成孔工艺、注浆施工工艺、注浆设备等。(4)在分析与总结试验阶段成果的基础上优化设计。2、不同设计阶段的要求:可行性研究设计阶段，应尽量避开采空区，特别是重要的构造物不应设计在采空区地基上。如无法完全避开，穿越采空区的范围越小越好。初步设计阶段，着重解决注浆材料、浆液类型、成孔工艺、注浆工艺等问题，并相应地进行技术经济论证，提出最佳的设计方案。施工图设计阶段，确定注浆材料和浆液类型，设计注浆钻孔的位置、结构、孔
32、深及相应的注浆量，设计注浆方法、成孔工艺及注浆施工工艺，并相应地提出采空区治理的经济指标和工程预算。3、采空区注浆治理范围 注浆范围与采空区的分布、埋藏深度、上覆岩性及工程的类型(挖方、填方)因素有关。采空区治理的长度、宽度应考虑覆岩移动角影响范围内的治理范围。采空区治理的深度原则上为钻至矿层底板以下3Om处。4、注浆材料 水：应符合拌制混凝土用水要求，其pH值大于4。水泥：水泥标号不应低于325号，应优先选用矿渣水泥，其次是普通硅酸盐水泥或其他类型水泥。如果是采空区中的水对浆液结石体有强至中等腐蛀性，应采用抗硫酸水泥。粉煤灰：应符合国家二、三级的质量标准。粘土：塑性指数不宜小于14，粘粒(粒
33、径小于O05mm)含量不宜低于25，含砂量不大于3。骨料：砂应为质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径不宜大于25mm：有机物含量不宜大于3。石屑或矿渣最大粒径与溶洞、空洞和裂隙的宽度有关，一般情况下不宜大于10cm，有机物含量不宜大于3。外加剂技术指标要求：水玻璃模数宜为243O，浓度宜为3045波美度。5、注浆钻孔 钻孔布设，注浆孔的排距、孔距一般经现场试验确定。当无法进行试验时，宜根据采矿方法、覆岩地层结构及岩性、采出率、顶板管理方法、垮落带和断裂带的空隙、裂隙之间的连通性，按照经验值设计。注浆孔和帷幕孔排距和孔距经验值一览表 序号内 容排距(m)每排孔距(m)帷幕孔孔距(m)路基范围内路基范围
34、外1有坚硬顶板，采出率大于等于60，采空区垮裂带的岩石空隙、裂隙之间连通性较好25102052551552无坚硬顶板，采出率大于等于60，采空区垮裂带的岩石空隙、裂隙之间连通性较差20士101552051553有坚硬顶板，采出率小于60，采空区垮裂带的岩石空隙、裂隙之间连通性较好20士101552051554无坚硬顶板，采出率小于60，采空区垮裂带的岩石空隙、裂隙之间连通性较差1510105155105 钻孔结构及技术要求 孔深：注浆孔或帷幕孔应钻至采空区(或煤层)底板以下3m处。孔径：钻孔开孔孔径宜控制在130150mm之间，终孔孔径不应小于91mm 变径位置：注浆孔和帷幕孔均应进入完整基岩
35、8l0m处变径。取芯孔：取芯孔的数量应为注浆孔和帷幕孔总数的35，采空区部位岩芯采取率不应小于30，其他部位岩心采取率不应小于60。钻孔测斜：钻孔每50m测斜一次，每百米孔斜不应超过2。注浆管径：应选用直径不小于50mm或127mm的钢管，需投入骨料时，管径不应小于89mm。6、止浆要求 只有一个煤层采空区，止浆可一次完成，宜采用似法兰盘简易止浆法或止浆塞、套管等方法止浆。水泥浆灌注高度不应小于8m。治理两个以上煤层采空区，注浆钻孔止浆需两次以上完成；下行法注浆宜选用套管止浆，上行式(法)注浆宜用止浆塞止浆。下行式分段注浆宜采用套管止浆。其方法是：开孔孔径进入完整基岩8m，灌注O5：1(1：2
36、)或更浓的加水玻璃的水泥浆。其水泥浆柱高度不小于8m，接着下入止浆管(是护壁管又是孔口管和注浆管)，待水泥浆终凝或24h后再变径钻至第一个煤层采空区的设计深度。在孔口管上安装注浆用的三通管即可注浆。该层段注浆结束，待水泥浆终凝后扫孔并钻至第二个注浆段深度。如此注浆、扫孔的多次重复直至将最下层采空区注浆结束止。治理多层采空区，宜采用自上而下(简称下行式)的分段注浆法。该方法简单易行，而且工程质量好，其缺点是工期长。上行式分段注浆法宜用止浆塞止浆。此法要求止浆塞下置在裂隙不发育的完整基岩内。对多层采空垮裂带裂隙十分发育，此法不宜用。7、注浆及其相关参数 浆液配比，浆液的浓度使用，应由稀到浓，逐级采
37、用5：l、3：1、2：1、1：1、O8：1、O7：1、06：1等7个浓度比级。当然，根据工程目的、施工现场的具体情况，可选用其中3个或4个浓度比级。当采空区充水时，宜采用浓度较大的3或4个浓度比级。注浆压力是控制注浆质量、提高注浆效益的重要因素。结束压力与采空垮裂带的空隙、裂隙的大小或多少、水文地质及工程性质条件等相关，一般是通过现场注浆试验后确定。一般采用孔口压力值来控制工程质量。应先确定注浆压力值，该值可随注浆深度的增加而增大，取地下水的静水压力的152倍，然后，估算孔口压力值。结束吸浆量，煤炭系统采用小于20Lmin，交通系统治理采空区注浆，采用小于50Lmin。一般来说，在注浆压力达到
38、设计值(结束压力)时，结束吸浆量越小工程质量越好。浆液结石体强度，采空区治理宜用水泥粉煤灰浆液。当对采空区公路路基的稳定性要求较高时，应选用纯水泥浆。对于一级公路，浆液结石体的无侧限抗压强度不应小于O2MPa；对于高速公路、桥梁、涵洞等构造物，浆液结石体的无侧限抗压强度不应小于O3MPa。注浆量计算：注浆总量可按公式计算 Q总=ASmKV nC 式中：Q总-采空区总注浆量()。S为采空区治理面积，其值为采空区治理长度与采空区治理宽度的乘积()。当采空区治理宽度不一致时，可采用平均值。M采空区煤层厚度(m)。V采空区剩余空隙率：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，其取值在0.2
39、1之间。K-煤层回采率。一般通过采矿实际调查确定。A-注浆总量浆液损耗系数，取值在1.01.5之间。n-注浆充填系数，取值在0.750.95之间。该值宜根据公路工程的性质确定，对于路基范围内的采空区取值在0.750.85之间；对于构筑物范围的采空区取值在0.850.95之间。C-浆液结石率，取值在0.70.95之间。一般经试验确定。8、质量检查与评价方法检查注浆效果的方法有：1）打检查孔进行压(抽)水试验 2）岩芯无侧限抗压强度测试 3）注浆前后的物探方法检测 4）注浆前后的地面沉降观测 一般须在浆液达到终凝后打检查孔，取芯并进行压水试验，如漏失量大，则应补充注浆。检查孔宜布置在下列地段：地质条件复杂地段，如岩石破碎，有洞穴或构造破碎带，或单位吸水量大的地段；注浆施工实践结果与设计出入较大的地段；注浆过程中，曾出现过事故或注浆质量较差的地段。
