鄧克飛

北京管道陜西輸油氣分公司

摘要：煤礦采空區(qū)具有強(qiáng)隱蔽性和空間分布不規(guī)律特征，給位于采空區(qū)域的管道帶來了安全隱患。結(jié)合陜京一線錦界段管道遷改時對煤礦采空區(qū)的治理案例，探討了采空區(qū)探測方法，提出了治理對策。

關(guān)鍵詞：煤礦采空區(qū)；探測方法；治理對策

陜京一線管道經(jīng)過陜省西省神木市錦界鎮(zhèn)III級高后果區(qū)，經(jīng)過政府批復(fù)實施管道遷改工程。遷改路由涉及4 座已經(jīng)關(guān)閉的煤礦開采區(qū)（圖 1）。這些小煤礦建于20世紀(jì)90年代，資料不齊全。為保證遷改工程施工安全，需探明地下采空區(qū)位置、深度和采空區(qū)面積等。本文結(jié)合陜京一線錦界段遷改工程對地下采空區(qū)的探測方法進(jìn)行分析并提出了治理措施。

圖 1 錦界段遷改工程煤礦采空區(qū)分布圖

1  采取的探測方法

對于淺埋深煤層的采空區(qū)勘查通常使用物探方法，主要為高密度電法、瞬變電磁法及淺層地震法。本次管道遷改物探勘查采用高密度電法，該方法測線布置受地形地貌影響較大，且測區(qū)位于錦界鎮(zhèn)外圍，道路較多，所以不能完全依照施工設(shè)計布置。由于高密度探測采用溫納裝置，探測斷面為倒梯形，隨著深度增加，探測范圍逐漸減小。為了最大限度保證對煤層所在深度的有效探測，各條測線均有所延長。擬遷改的8.1 km線路安裝了840個探測點位進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（圖 2）。

圖 2 高密度測線圖及異常點分布

通過分析高密度各測線的成果圖，標(biāo)出了管線下方4段疑似采空區(qū)，長度分別為342 m，996 m，389 m，378 m，合計管段長度2105 m；深度分別為30～50 m，20～90 m，50～90 m，70～100 m；4處采空區(qū)所在的煤層平均厚度均為 3.2 m（圖 3）。

圖 3 下方存在疑似采空區(qū)的管線區(qū)段（黑色部分）

2  鉆探勘查施工

根據(jù)物探評估結(jié)果，陜京一線錦界段遷改工程危險區(qū)域主要位于瑤鎮(zhèn)鄉(xiāng)的青草界村辦煤礦、棗稍溝煤礦、瑤渠煤礦和討老烏素煤礦，在這4座煤礦境內(nèi)分別布置2個、10個、3個、2個共計17 個鉆探勘查鉆孔，總鉆探延米數(shù) 1474 m（圖 4）。

圖 4 瑤鎮(zhèn)鄉(xiāng)4座煤礦境內(nèi)鉆探勘查孔布置示意圖

（1）測量放樣。根據(jù)鉆孔坐標(biāo)資料，實地測量放樣，鉆孔實際位置不超過設(shè)計位置 1.0 m。 確因地形地物影響，鉆機(jī)不能布置在設(shè)計位置時，可視具體情況予以適當(dāng)調(diào)整。

（2）鉆孔開孔準(zhǔn)備。平整鉆機(jī)地基，架設(shè)鉆機(jī)，挖好泥漿池，準(zhǔn)備水源等。

（3）下入套管。套管需下入孔底，采用單液水泥漿固管，養(yǎng)護(hù)后掃孔，巖芯管掃孔至孔底，進(jìn)行套管試壓。

（4）基巖層鉆進(jìn)。套管試壓合格后進(jìn)行基巖層鉆進(jìn)，采用Φ113 mm 鉆頭鉆進(jìn)，按照要求全孔取芯，取芯鉆進(jìn)不大于 4 m 提鉆，取芯采取率不低于65%。

（5）終孔。鉆孔至設(shè)計孔深后終孔。

（6）鉆孔封孔。對未鉆至采空區(qū)的鉆孔，采用水灰比為 0.5∶1 的單液水泥漿封孔，鉆至采空區(qū)的鉆孔暫不封孔，留作后期注漿孔使用。

本次鉆探勘查共施工17個鉆孔，其中11個鉆孔揭露采空區(qū)。經(jīng)對比驗證，物探結(jié)果與鉆探結(jié)果一致，驗證了物探勘察標(biāo)出的采空區(qū)位置、深度和采空區(qū)面積。

3  采空區(qū)治理措施

（1）方案選擇。治理陜京一線錦界段遷改工程下方采空區(qū)垮塌地質(zhì)災(zāi)害，經(jīng)濟(jì)有效的方案為采空區(qū)注漿加固治理。注漿充填法主要具有如下優(yōu)越性：①適應(yīng)性廣。其他的采空區(qū)治理方法如水砂充填、干砌充填、漿砌充填、井下砌墩柱、井下復(fù)采或爆破等，對地下施工條件要求很高，人員和設(shè)備都要在地下采空區(qū)內(nèi)施工。但絕大部分已塌陷的采空區(qū)都不具備采空區(qū)內(nèi)施工的條件，施工的局限性很大，而注漿法則對地下地質(zhì)情況無特殊要求；②治理深度較大。無論深度小于50 m的淺部采空區(qū)，還是深度200 m左右的深部采空區(qū)，注漿充填法都具有安全、可靠和治理效果良好的特點。而支撐柱、堆載法、強(qiáng)夯法等其他治理方法，都只能治理極淺（10 m左右）的采空區(qū)，治理效果難以預(yù)計且可能存在一定的安全隱患；③技術(shù)成熟可靠。采用注漿充填法成功實施治理的工程實例很多，施工經(jīng)驗豐富，勘察設(shè)計方法與技術(shù)非常成熟；④治理費用較低。注漿柱、大口徑鉆孔樁柱等同類治理方法，對材料的強(qiáng)度要求較高，用量大，費用較高且治理效果不易控制。

（2）施工工藝。將水泥、砂、石子等配制成的漿液，通過地面鉆孔設(shè)置注漿管，以一定的壓力注入采空區(qū)及地基巖土體內(nèi)裂隙使其滲透、充填，經(jīng)膠凝、固化后充填或加固空洞達(dá)到采空區(qū)治理目的。 注漿工藝流程見圖 5。

圖 5 水泥粉煤灰漿液注漿工藝流程示意圖

（3）治理效果。采取鉆孔取芯對注漿情況進(jìn)行驗證，結(jié)石體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度2.3 MPa，孔內(nèi)波速測井的橫波波速286 m/s，采空區(qū)冒落段巖芯采取率大于90% ，漿液結(jié)石體明顯，鉆進(jìn)過程中循環(huán)液無漏失，滿足采空區(qū)安全整治要求。

4  結(jié)語

（1）采空區(qū)需要結(jié)合地形地質(zhì)條件、采礦條件、人文干擾條件及探測精度等要求，采用兩種及以上綜合探測方法，以相互驗證，增強(qiáng)探測結(jié)果準(zhǔn)確性。

（2）優(yōu)選地面鉆孔注漿充填加固技術(shù)，消除采空區(qū)風(fēng)險隱患，為管道遷改工程施工和安全運營提供保障。 

作者簡介：鄧克飛，1980年生，高級工程師、注冊二級建造師，2002年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院，現(xiàn)從事長輸管道管理工作。聯(lián)系方式：17792109822， 17131919@qq.com。