劉治國(guó)

（天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013）

綜合檢測(cè)技術(shù)在采空區(qū)注漿治理效果檢驗(yàn)中的應(yīng)用

劉治國(guó)

（天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013）

根據(jù)內(nèi)蒙古某礦斜井井筒下采空區(qū)注漿治理實(shí)踐，詳細(xì)介紹了物探檢測(cè)、鉆探檢測(cè)、鉆孔電視觀測(cè)和巖石力學(xué)試驗(yàn)的綜合檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了由點(diǎn)到面、從定性到定量的綜合檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明該組合檢測(cè)模式切合實(shí)際工程特點(diǎn)，可供相關(guān)施工單位與技術(shù)人員參考。

綜合檢測(cè);采空區(qū);注漿充填;效果檢驗(yàn)

內(nèi)蒙古某煤礦斜井建在原房柱式采空區(qū)上方，井壁出現(xiàn)了斑裂，為保證建設(shè)安全，進(jìn)行了采空區(qū)勘察與注漿處理。由于采空區(qū)治理工程的隱蔽性和復(fù)雜性，其治理效果檢測(cè)就顯得至關(guān)重要。本次斜井井筒采空區(qū)注漿效果檢測(cè)設(shè)計(jì)了“物探+鉆探+彩色鉆孔電視+巖石力學(xué)試驗(yàn)”的綜合檢測(cè)技術(shù)方案，以實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到面、從定性到定量的綜合分析。

1 物探檢測(cè)

物探檢測(cè)技術(shù)是采空區(qū)治理工程施工完成后對(duì)工程質(zhì)量檢驗(yàn)的重要方法，在美國(guó)等國(guó)家應(yīng)用較為廣泛［1］。物探檢測(cè)是根據(jù)采空區(qū)治理區(qū)域內(nèi)同范圍、同點(diǎn)、同深度處巖層的物理性質(zhì)在注漿前后的變化對(duì)比，直觀判斷注漿工程質(zhì)量的優(yōu)劣。

1.1 檢測(cè)儀器

采空區(qū)注漿效果物探檢測(cè)主要采用高密度電阻率法［2］、瞬變電磁法 （TEM）、孔內(nèi)測(cè)井、鉆孔彈性波CT等。本次物探檢測(cè)選取的是EH－4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)。

EH－4［3］是美國(guó)Geometrics公司和EMI公司聯(lián)合研制的雙源型電磁/地震系統(tǒng)，儀器設(shè)計(jì)特別適合地面 2D，3D連續(xù)張量式電導(dǎo)率測(cè)量，將CSAMT和MT方法結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了天然信號(hào)源與人工信號(hào)源的采集和處理，而且2種數(shù)據(jù)互相補(bǔ)充。

1.2 物探資料解釋與分析

本次物探檢測(cè)，根據(jù)注漿鉆孔的布置方向、位置和巖層傾向共設(shè)置了5條檢測(cè)勘探線，其中沿井筒的東西方向2條，南北方向3條。數(shù)據(jù)處理采用EH－4連續(xù)電導(dǎo)率成像系統(tǒng)提供的EMAGE－2D軟件包，經(jīng)過(guò)EMAGE－2D對(duì)各探測(cè)線數(shù)據(jù)的規(guī)范處理和二維反演，得到各探測(cè)線注漿前后電磁成像的視電阻率剖面圖。

選取W1測(cè)線結(jié)果為例進(jìn)行分析。圖1、圖2為注漿前后W1測(cè)線的視電阻率等值線剖面，圖中的縱坐標(biāo)為深度，橫坐標(biāo)為探測(cè)線長(zhǎng)度。

由圖1可以看出，40m深度以上區(qū)域視電阻率等值線平滑，橫向上無(wú)大變化，故該深度以上的巖層內(nèi)比較完整;在40～70m深度范圍，橫向150～320m（測(cè)點(diǎn)9～測(cè)點(diǎn)17）區(qū)域視電阻率等值線明顯“下凹”，且等值線起伏較大，表現(xiàn)為相對(duì)低阻，推測(cè)該區(qū)域地層受采動(dòng)影響，巖體比較破碎或是裂隙發(fā)育，地層的整體性和均一性比較差。其他區(qū)域視電阻率等值線平緩，說(shuō)明地層的整體性和均一性較好。

由圖2可以看出，整個(gè)剖面中視電阻率等值線平緩，橫向150～320m（測(cè)點(diǎn)9～測(cè)點(diǎn)17）區(qū)域視電阻率等值明顯增大，說(shuō)明經(jīng)過(guò)注漿治理后，原來(lái)巖體比較破碎或是裂隙發(fā)育的區(qū)域得到了充填，地層的整體性和均一性得到了提高。

另外計(jì)算得出，在采空區(qū)主要分布區(qū)域，40m，50m，60m深度9～17測(cè)點(diǎn)的視電阻率值升高幅度均大于20%，其他區(qū)域的測(cè)點(diǎn)注漿前后視電阻率值變化不大。

圖1 注漿前W1測(cè)線視電阻率等值線剖面

圖2 注漿后W1測(cè)線視電阻率等值線剖面

2 鉆探檢測(cè)

鉆探是最直觀、最有效的檢測(cè)方法。在采空區(qū)治理效果的檢測(cè)中，各種物探方法所得到的結(jié)果都必須要用鉆探結(jié)果來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證［2］，而且能為孔內(nèi)裂隙實(shí)測(cè)和鉆孔漏失量觀測(cè)提供工作平臺(tái)。根據(jù)鉆進(jìn)過(guò)程中循環(huán)液消耗量，可判斷漿液對(duì)破碎巖體充填和膠結(jié)后的完整程度，根據(jù)彩色鉆孔電視觀測(cè)與分析，可判斷漿液結(jié)實(shí)體與圍巖的膠結(jié)程度。

2.1 檢測(cè)孔漏失量觀測(cè)

根據(jù)施工后鉆孔檢驗(yàn)基本原則與經(jīng)驗(yàn)［4－5］，在工程注漿量較大的區(qū)域布置了6個(gè)檢測(cè)孔。其中A2檢測(cè)孔位于主井井筒北部15m處，75與81號(hào)注漿鉆孔之間，以檢測(cè)主井井筒附近注漿效果。A2孔終孔深度為55.90m，揭露第四系厚度約2m，風(fēng)化砂巖8m，套管深度為11.2m。于孔深12m開(kāi)始鉆孔沖洗液漏失量及鉆孔水位觀測(cè)，鉆孔在孔深12～37m沖洗液漏失量在0.2L/m·s左右，在孔深38～41m沖洗液漏失量突然增大，增至0.7L/m ·s，水位也隨之下降至30.2m，此位置與原采空區(qū)位置相符。鑒于75號(hào)與81號(hào)注漿孔施工過(guò)程中泥漿均在此處完全漏失，至終孔未見(jiàn)返漿，而A2檢測(cè)孔清水鉆進(jìn)，雖然漏失量有所增大，但增量較小，且所取巖芯中水泥粉煤灰漿液已凝結(jié)，可見(jiàn)水泥粉煤灰漿液對(duì)空區(qū)及裂隙進(jìn)行了很好地充填。

2.2 彩色鉆孔電視觀測(cè)與分析

彩色鉆孔電視系統(tǒng)是把一自帶光源的防水?dāng)z像探頭放入鉆孔中，可現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆孔中地質(zhì)體的各種特征及細(xì)微變化實(shí)時(shí)觀測(cè)、監(jiān)控和記錄。可觀測(cè)地層巖性、巖石結(jié)構(gòu)、鉆孔內(nèi)裂隙產(chǎn)狀及發(fā)育情況、地層注漿后漿液充填情況、地下水位變化等。

仍以A2孔為例進(jìn)行說(shuō)明，A2號(hào)檢測(cè)孔從12m開(kāi)始觀測(cè)，至52m結(jié)束，觀測(cè)段為40m。由于觀測(cè)時(shí)間距成孔時(shí)間較長(zhǎng)，孔內(nèi)水位已經(jīng)滲透到巖層中，因此，此段觀測(cè)效果相對(duì)較好，孔內(nèi)基巖段總體比較完整，上部沒(méi)有注漿痕跡，36～37m，43～44m位置有明顯的注漿痕跡 （圖3）。

2.3 鉆孔巖芯力學(xué)試驗(yàn)

在以往的采空區(qū)治理經(jīng)驗(yàn)中，由于考慮強(qiáng)度指標(biāo)的出發(fā)點(diǎn)和條件有所不同，給出的指標(biāo)差異較大［6］。為更精確描述強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)檢測(cè)孔的頂?shù)装迮c漿液結(jié)實(shí)體都進(jìn)行了室內(nèi)壓力試驗(yàn)。對(duì)6個(gè)注漿孔取芯，共取出巖芯60塊，分為28組，做單軸抗壓試驗(yàn)。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

對(duì)比注漿前后的巖石力學(xué)強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以看出，3－1上煤層上覆巖層、底板及經(jīng)注漿后的巖石力學(xué)性能得到了加強(qiáng)，頂板砂巖最大抗壓強(qiáng)度由107.51MPa增大至132.30MPa，底板砂巖最大抗壓強(qiáng)度由26.04MPa增至51.20MPa，由此判斷漿液與裂隙膠結(jié)較好，提高了地層的完整性與抗壓性。

圖3 A2號(hào)檢查孔巖層觀測(cè)情況

表1 檢測(cè)孔巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外對(duì)于高速公路下采空區(qū)注漿治理效果檢測(cè)研究較多，而對(duì)于煤礦斜井井筒下采空區(qū)注漿治理的效果檢測(cè)研究較少。本文以內(nèi)蒙古某礦斜井井筒下注漿治理實(shí)際為基礎(chǔ)，結(jié)合物探檢測(cè)與鉆探檢測(cè)，綜合分析注漿前后物探資料、檢測(cè)鉆孔漏失量觀測(cè)、檢測(cè)孔彩色鉆孔電視觀測(cè)、巖芯力學(xué)試驗(yàn)，分析結(jié)果表明采空區(qū)注漿效果良好。

［1］童立元，劉松玉，邱 鈺，等.高速公路下伏采空區(qū)問(wèn)題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23 （7）:1198－1202.

［2］童立元，劉松玉，方 磊.高速公路下伏采空區(qū)治理質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)試驗(yàn)研究［J］.公路交通科技，2002，19（6）.

［3］張華興，張剛艷，許延春.覆巖破壞裂縫探測(cè)技術(shù)的新進(jìn)展［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2005，33（9）:60－62.

［4］葉海霞，張登科.高速公路下伏采空區(qū)注漿治理效果的檢測(cè)技術(shù)［J］.土工基礎(chǔ)，2009，23（3）:96－98.

［5］史殿勝，賈學(xué)民，王可佳.高速公路采空區(qū)治理的綜合檢測(cè)優(yōu)化評(píng)價(jià)［J］.巖土工程技術(shù)，2010，24（2）:84－88.

［6］張 波，王萬(wàn)順，范運(yùn)嶺，耿玉嶺.高速公路下伏采空區(qū)治理工程質(zhì)量檢測(cè)方法研究［J］.中國(guó)煤田地質(zhì)，2004，16 （5）:53－57.

App lication of Com prehensive Detection Technology in Gob Grunting Effect Exam ination

LIU Zhi-guo

（Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd，Beijing 100013，China）

Based on practice of treating gob under slope shaft by grunting in amine of Inner Mongolia，comprehensive detection technology including geophysical prospecting，drilling detection，bore-hole TV observation and rock＇s physical and mechanical testwas introduced.It realized comprehensive detection from point to face and from qualitative to quantitative analysis.Detection results showed that this technologywas fit for engineering practice andmightprovide reference for responding construction and technological personnel.

comprehensive detection;gob;stowing by grunting;effect examination

P62

A

1006-6225（2011）04-0110-03

2011－06－28

劉治國(guó) （1979－），男，河北淶源縣人，工程師，主要從事“三下”采煤、煤礦災(zāi)害防治等方面的研究。

［責(zé)任編輯:鄒正立］