CN108240234B - 一种铁路沿线下伏煤矿采空区注浆处治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路沿线下伏煤矿采空区注浆处治方法，通过钻孔布置、钻孔施工方法、注浆方式、注浆参数、注浆孔止浆、注浆施工顺序以及注浆质量检测的合理设计，通过采空区注浆工程，减少深部地层采空对浅部地基土强度产生的影响，减少不均匀沉降量，提高地基岩土体整体性能。通过治理消除或最大限度的减少采空区地质灾害隐患，确保铁路安全运行和社会和谐稳定。
Description
技术领域
本发明属于采空区处治方法领域，特别是涉及一种铁路沿线下伏煤矿采空区注浆处治方法。
背景技术
我国多年的煤炭开采，已经累积形成、或正在形成大量的、不同深度、面积不等、甚至多层位的采空区。采空区是一个非常复杂的地质体，具有隐蔽性、复杂性、突发性和长期性的特点。而随着铁路工程建设的飞速发展，很多铁路项目都无法回避而穿越煤矿采空区。铁路运力的增加、复线的建设、火车动荷载作用及极端雨雪天气等复杂环境对采动岩体的影响，更易引起地表变形和采空塌陷，影响铁路路基的稳定性，威胁着铁路运输的安全，是铁路运营必须解决的一大严重问题。
目前铁路采空区的研究主要集中在铁路选线方案、探测、稳定性评价、治理技术和治理质量评判几个方面。对于铁路下伏采空区的治理，以经验为主，主要根据采空区的地质特征分别采用崩落法、充填法、支撑法、封闭隔离法等方法，其中，注浆充填是最常用方法。采空区注浆处治中，由于采空区的开采情况、地质条件、动力载荷的不同，治理方案也不相同。在公路下伏采空区治理方面，已经公布了《公路采空区注浆处治方法》(中国专利公开号CN 102330567 A，公开日2012年1月25日)，形成了《高速公路采空区(空洞)勘察设计与施工治理手册》(山西省交通厅、中交通力公路勘察设计工程有限公司主编，人民交通出版社，2005年)，而对铁路沿线下伏采空区处治还未形成规范性方法，特别对于大型、多层的复杂采空区，在整治方法、加固范围和深度、质量评判标准都缺乏系统的成果、尚未形成成熟的理论及工程设计体系，无规范、规程可循。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种铁路沿线下伏煤矿采空区注浆处治方法，通过治理消除或最大限度的减少采空区地质灾害隐患，确保铁路安全运行和社会和谐稳定。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种铁路沿线下伏煤矿采空区注浆处治方法，包括如下操作
(1)钻孔布置
根据室内注浆加固实验及相关工程经验，铁路下伏采空区浆液扩散半径设计为5m，平面上注浆孔呈“梅花形”均匀布设。排距10m。为不影响铁路正常运行，同时达到治理效果，在靠近铁路直孔内插斜孔，将浆液注至铁轨下部，斜孔钻孔倾斜角度为75°至80°。检查孔数量为注浆孔总量的2％-3％，深度为原地面至采空区(煤层)底板处。
(2)钻孔施工方法
钻机宜采用回转式钻机和带岩芯管的硬质合金钻头钻机。钻孔施工方法根据采空区地层特征选择。
1)松散层钻孔施工方法：采用Φ146钻头开孔，跟Φ146套管至基岩完整硬层，下Φ127筛管至基岩，然后拔除Φ146套管，用水泥固结井口3-5m。
2)基岩段钻孔施工法：基岩段均采回转钻进，换径用以Φ110mm完全钻头(或复合片式)回转取心清水钻进方式，钻进至预定设计孔深，即采空区下0.5m。
(3)注浆方式
注浆方式采用自下而上孔口封闭充填挤压法注浆。视钻孔露采空区现状，分两类三种注浆工艺。
1)铁路两侧30m范围，采用高压喷射、静压充填与压密注浆相结合方式。其中帷幕注浆孔(直孔)采用高压旋喷和定喷相结合，固结后形成密实的具有一定宽度的帷幕墙结石体。此法是将注浆器与高压注浆管系统连接，置于孔底的0.5m处，孔口采用球阀式止浆器止浆，从而实现采空区一段式充填固结注浆。挤压充填固结注浆孔采用静压式充填与压密相结合注浆扩散原理，孔口球阀式止浆器止浆。孔口注浆器直入孔底往上0.5m帷幕体内侧，实现铁路路基下采空区帷幕体内大体积充填固结注浆。
2)对于其他采空区，采用静压充填与压密注浆。注浆孔口注浆器直入孔底(采空区底板下0.5m)，孔口采用球阀式止浆器止浆。
3)若采空区充水，为使浆液形成堆体，不至顺水流走，注浆时采用双管注浆，一管注入水泥粉煤灰砂浆，一管注入速凝剂，从而形成有效堆体。
(4)注浆参数
1)浆液配比
注浆根据钻孔揭露采空区现状及注浆方式，采用不同注浆材料和配比加固岩层。浆液浓度一般根据实验并结合实际工程确定。
①对于空化区(无冒落采空区)充填式固结注浆，采用水泥、粉煤灰、粗砂、细沙和水混合作为注浆材料，强度等级达到C15-C20，采用大体积泵送方式完成。若有条件可加适量粘土，另外根据实际加水玻璃、碳酸钠等作为速凝早强调整剂。通过实验，建议选取配合比为水灰比为0.5，砂率为0.38的方案进行水泥+粉煤灰+砂+细石浆液的配置。
②对于有冒落采空区，无论帷幕孔的高压喷射注浆还是其他孔的静压注浆，采用水泥、粉煤灰和水混合形成水泥粉煤灰浆液作为注浆材料，可根据实际情况，加少量粘土或中粗砂，采用水固比为1∶1.2，固相比为2∶8较为合理；掺入速凝剂(选用水玻璃)进行改性，水玻璃掺量3％较合理。
2)注浆压力(结束压力)
铁路下伏采空区静压注浆法注浆压力1.0～1.5MPa，短时间内压力达到2.0～3Mpa(深部取大值，浅部6m以内取小值)；高压喷射注浆的高压水射流压力宜大于25MPa，流量大于30L/min。
3)结束吸浆量
采用静压注浆，结束吸浆量小于70L/min，稳定10-15min以上，即可结束该孔注浆施工；当采用高压喷射注浆时，待水泥浆从孔内返出后，即可停止注浆。
4)浆液结石体强度
铁路下伏采空区处置浆液结石体的无侧限抗压强度不应小于2MPa。
5)采空区治理面积
采空区治理面积根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》计算确定，具体方法是以铁路路基宽度为守护范围，向外增加安全宽度，然后松散层按45°角计算移动带宽度，基岩按70°角计算移动带宽度，最后相加即为采空区治理长度或宽度。计算公式如下：
B＝M+H1ctgα+H2ctgβ
式中，B-受护边界宽度(m)，；M-维护带宽度，维护带宽度取15m；H1-松散层厚度(m)；H2-基岩厚度(m)；α-松散层移动角，取值45°；β-基岩移动角，取值70°。
6)注浆量
注浆量通过以下公式计算：
Q＝A·S·m·K·ΔV·η·(1-e)/C
式中：Q-采空区注浆量(m3)；S-为采空区治理面积，总治理面积为采空区治理长度与采空区治理宽度的乘积，m2。当采空区治理宽度不一致时，可采用平均值；单孔注浆时，S＝πR2，R为浆液有效扩散半径，按孔距一半计算；m-采空区煤层厚度(m)；ΔV-采空区剩余空隙率，取值在0.2-1之间。一般情况下闭矿时间在5年之内，取值在0.3-1之间；闭矿时间在5年以上，取值在0.2-0.3之间。当采空区的顶板和覆岩为较坚硬的岩石时，取值宜稍大；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1.0-2.0之间；η-注浆充填系数，取值在0.75-0.95之间。该值宜根据铁路工程的性质确定，对于路基范围内的采空区取值在0.75-0.85之间；对于构筑物范围的采空区取值在0.85-0.95之间；C-浆液结石率，取值在0.7-0.95之间。-般经试验确定。本实验取0.82；e-采空区废孔率，根据工程实际，建议取0.2-0.5。
需要说明的是各个孔位置不同、岩性不同、空化程度不同，个别孔吃浆量可能远比平均吃浆量大，个别孔也可能达不到设计的吃浆量。
7)注浆结束标准
采用静压注浆，当注浆压力达到设计最大压力，注入率小于0.4L/min时，持续灌注60min；或不大于1L/min时，继续灌注30min，即可停止注浆。当采用高压喷射注浆时，待水泥浆从孔内返出后，即可停止注浆。
(5)注浆孔止浆
注浆孔止浆宜采用似法兰盘简易止浆法或球阀式止浆塞、套管等方法止浆。似法兰盘简易止浆法宜采用直径小于φ50mm钢管作为注浆管，将一端焊接一个大小与开孔孔径相接近的法兰盘，下入注浆孔变径处，用少量碎石粘土将似法兰盘与孔壁之间的空隙封堵，然后采用1∶2水泥浆或42.5号快硬水泥稠浆注浆管与孔壁胶结在一起，水泥浆灌注高度不应小于8m。
(6)注浆施工顺序
要求如下：
1)注浆孔应采用全占仪或经纬仪进行实地测量放样，钻孔位置原则上不应超过设计位置1.0m，确因地形影响，钻孔不能放在设计位置，经设计代表同意后，可进行适当调整。
2)先施工帷幕孔，后施工注浆孔。按煤层倾斜方向，先施工采空区低的钻孔，后施工采空区高的钻孔。
3)孔深的控制应做到注浆孔或帷幕孔钻至采空区(或煤层)底板以下0.5m处。
4)钻孔开孔孔径宜控制在130-150mm之间，经一次或两次变径后，终孔孔径不应小于91-110mm。并且，注浆孔和帷幕孔均应进入完整基岩8-10m处变径。
5)注浆管径应选用直径不小于φ50mm或φ127mm的钢管，需投入骨料时，管径不应小于φ89mm。
6)取芯孔的数量应为注浆孔和帷幕孔总数的3％-5％，钻进有冒落带的采空区部位，岩芯采取率不应小于30％，无采空区部位岩芯采取率不应小于75％。
7)浆液浓度应先稀后稠。注浆时，应避免在短时间内注入大量的水泥粉煤灰浆，当注浆量较大时，应采用间歇式注浆法施工。
8)为了避免钻孔和注浆时扰动铁路基础，由中间孔开始向两边间隔3孔施工。
(7)注浆质量检测
依据铁路采空区治理经验，采用下列方法进行注浆检测：
1)注浆后6个月进行成孔验证，通过孔内抽芯直接观测浆液充填、胶结和渗透情况，钻探过程中浆液的漏失情况及孔壁的稳定性，测定结石体强度，综合评价注浆质量。
2)运用地球物理方法和原位测试技术(波速测试)，对注浆治理效果进行监控。
3)质量检查应布置在可能存在问题的地段，检查孔数量应占到总孔数的2％～3％。
4)由于物探的不确定性，注浆钻孔可能遇到无采空区存在情况，为保证注浆质量，监测施工方按要求施工，钻孔无论是否打到采空区，每个孔至工程验收前都要留好岩芯。对有冒落采空区，岩芯采取率不应小于30％，有钻具有缓冲现象及采空区漏水的相关记录；无采空区部位岩芯采取率不应小于75％。
本发明通过采空区注浆工程，减少深部地层采空对浅部地基土强度产生的影响，减少不均匀沉降量，提高地基岩土体整体性能。通过治理消除或最大限度的减少采空区地质灾害隐患，确保铁路安全运行和社会和谐稳定。
附图说明
图1为全孔一次注浆示意图。
图2为采空区静压注浆施工工艺流程图。
图3为采空区注浆孔纵剖面图。
图4为采空区注浆孔横剖面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中所使用的注浆设备及机具需满足以下要求：
(1)钻机：钻机应根据采空区的岩层结构、岩性、注浆孔或帷幕孔的结构、止浆技术等要求进行选择。冲击式钻机或不取芯的钻具不宜使用，宜采用回转式钻机和带岩芯管的硬质合金钻头钻机。
(2)搅拌机的转速和制浆能力应与工程量、浆液类型和注浆泵的性能相适应，搅拌后的浆液均匀。
搅拌机放在修建的搅拌池中间，修建的搅拌池应满足正常施工要求，搅拌池为圆柱体，数量根据施工条件，每个采空区至少建2个搅拌池，每个直径2m，高2m。将粉煤灰放在一级搅拌池，用水枪冲击作用后成浆，流入二级搅拌池，利用搅拌池上方的移动式搅拌机不断搅拌，保证浆液不在搅拌池凝固，停留时间不应超过4h。
(3)注浆泵宜采用变量泵，每个浆站不少于2台，其最大排浆量应满足采空区注浆和施工进度的需要；其最大泵压宜不小于4MPa。
(4)注浆管路及其连接部位，必须能承受最大注浆压力1.5-2倍。注浆管路拐弯处可采用弧形弯管连接。
(5)注浆泵、注浆孔(或帷幕孔)孔口处必须安装压力表。
(6)水泵宜选用潜水泵。泵的排水量和泵的数量应满足工程的需要。
(7)封孔装置：采用φ50mm钢管，在管子前端20-30cm处焊接一圆形法兰托盘(托盘直径为φ120-130mm)，下入孔内变径处。
(8)采空区采用流量计，宜采用专用注浆流量计；止浆塞应尽量简单、操作方便、止浆可靠，常用孔内双管止浆塞和自制似法兰盘止浆器；输浆管路常用无缝钢管，有缝钢管及高压胶管。
另外，制浆站应根据施工注浆总量需要，每个采空区至少建立1个水池，每个400m3，保证正常施工。同时，注浆地附件设料场：堆放材料的料场地要平整，运料车辆正常通行，且紧邻搅拌机，使材料便于运输、搬运，要求设有防潮层、防雨措施。
本发明实施例提供了一种铁路沿线下伏煤矿采空区注浆处治方法，具体包括如下操作：
钻孔布置
注浆孔(或帷幕孔)的排距、孔距一般经现场试验确定。当无法进行试验时，宜根据采煤方法、覆岩地层结构及岩性、煤层采出率、顶板管理方法、垮落带和断裂带的空隙、裂隙之间的连通性，并参照经验值(表6-20)设计。当煤层采出率大、顶板坚硬、垮落带和断裂带的演示空隙、裂隙间连通性好，可取大值，反之则取小值。当采空垮落带和断裂带吸浆较大，取大值，否则取小值。当采空区位于一般路段时，可取大值，反之则取小值。
根据室内注浆加固实验及相关工程经验，本区域浆液扩散半径设计为5m，平面上注浆孔呈“梅花形”均匀布设。排距10m。为不影响铁路正常运行，同时达到治理效果，在靠近铁路直孔内插斜孔，将浆液注至铁轨下部，斜孔钻孔倾斜角度为75°至80°。检查孔数量为注浆孔总量的2％-3％，深度为原地面至采空区(煤层)底板处。钻孔结构要求如下：
(1)孔深 注浆孔或帷幕孔应钻至采空区(或煤层)底板以下0.5m处。
(2)孔径 钻孔开孔孔径宜控制在130-150mm之间，经一次或两次变径后，终孔孔径不应小于91-110mm。
(3)变径位置 注浆孔和帷幕孔均应进入完整基岩8-10m处变径。
(4)取芯孔 取芯孔的数量应为注浆孔和帷幕孔总数的3％-5％，钻进有冒落带的采空区部位，岩芯采取率不应小于30％，无采空区部位岩芯采取率不应小于75％。
表1 注浆孔和帷幕孔排距和孔距经验值一览表
钻孔施工方法
(1)松散层钻孔施工方法
采用Φ146钻头开孔，跟Φ146套管至基岩完整硬层，下Φ127筛管至基岩，然后拔除Φ146套管，用水泥固结井口3-5m。
(2)基岩段钻孔施工法
基岩段均采回转钻进，换径用以Φ110mm完全钻头(或复合片式)回转取心清水钻进方式，钻进至预定设计孔深，即采空区下0.5m。
注浆方式
注浆方式采用自下而上孔口封闭充填挤压法注浆；注浆管径应选用直径不小于φ50mm或φ127mm的钢管，需投入骨料时，管径不应小于φ89mm。视钻孔露采空区现状，分两类三种注浆工艺。
(1)铁路两侧30m范围，采用高压喷射、静压充填与压密注浆相结合方式。其中帷幕注浆孔(直孔)采用高压旋喷和定喷相结合，固结后形成密实的具有一定宽度的帷幕墙结石体。此法是将注浆器与高压注浆管系统连接，置于孔底的0.5m处，孔口采用球阀式止浆器止浆，从而实现采空区一段式充填固结注浆。挤压充填固结注浆孔采用静压式充填与压密相结合注浆扩散原理，孔口球阀式止浆器止浆。孔口注浆器直入孔底往上0.5m帷幕体内侧，实现铁路路基下采空区帷幕体内大体积充填固结注浆。
(2)对于其他采空区，采用静压充填与压密注浆。注浆孔口注浆器直入孔底(采空区底板下0.5m)，孔口采用球阀式止浆器止浆。
(3)若采空区充水，为使浆液形成堆体，不至顺水流走，注浆时采用双管注浆，一管注入水泥粉煤灰砂浆，一管注入速凝剂，从而形成有效堆体。
注浆参数
(1)浆液配比
浆液浓度是度量流体粘滞性大小的物理量。浆液浓度的大小直接影响浆液的扩散半径，同时也决定着浆液的压力、流量等参数的确定，从而影响到注浆效果。本次注浆根据钻孔揭露采空区现状及注浆方式，采用不同注浆材料和配比加固岩层。注浆材料及浆液浓度使用，一般根据实验并结合实际工程确定。
1)对于空化区(无冒落采空区)充填式固结注浆，采用水泥、粉煤灰、粗砂、细沙和水混合作为注浆材料，强度等级达到C15-C20，采用大体积泵送方式完成。若有条件可加适量粘土，另外根据实际加水玻璃、碳酸钠等作为速凝早强调整剂。通过实验，建议选取配合比为水灰比为0.5，砂率为0.38的方案进行水泥+粉煤灰+砂+细石浆液的配置。
2)对于有冒落采空区，无论帷幕孔的高压喷射注浆还是其他孔的静压注浆，采用水泥、粉煤灰和水混合形成水泥粉煤灰浆液作为注浆材料，可根据实际情况，加少量粘土或中粗砂。通过实验，考虑初、终凝时间和抗压强度，采用水固比为1∶1.2，固相比为2∶8较为合理；掺入速凝剂(选用水玻璃)进行改性，水玻璃掺量3％较合理。
浆液的浓度使用，除采用实验配比外，应结合实际，通过现场实验确定。
(2)注浆压力(结束压力)
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，一般通过现场注浆试验后确定。当无现场注浆试验资料时，也可以经验先行拟定，在注浆过程中再调整。
铁路下伏采空区静压注浆法注浆压力一般在1.0～1.5MPa，短时间内压力达到2.0～3Mpa(深部取大值，浅部6m以内取小值)；高压喷射注浆的高压水射流压力宜大于25MPa，流量大于30L/min。
(3)结束吸浆量
一般来说，采用静压注浆，在注浆压力达到设计值(结束压力)时，结束吸浆量越小，工程质量越好，结束吸浆量小于70L/min，稳定10-15min以上，即可结束该孔注浆施工。当采用高压喷射注浆时，待水泥浆从孔内返出后，即可停止注浆。
(4)浆液结石体强度
铁路下伏采空区处置浆液结石体的无侧限抗压强度不应小于2MPa。
(5)采空区治理面积
采空区治理面积根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》计算确定，具体方法是以铁路路基宽度为守护范围，向外增加安全宽度，然后松散层按45°角计算移动带宽度，基岩按70°角计算移动带宽度，最后相加即为采空区治理长度或宽度。计算公式如下：
B＝M+H1ctgα+H2ctgβ
式中，B-受护边界宽度(m)，；M-维护带宽度，维护带宽度取15m；H1-松散层厚度(m)；H2-基岩厚度(m)；α-松散层移动角，取值45°；β-基岩移动角，取值70°。
(6)注浆量
1)注浆量计算
注浆总量可按下面公式计算
Q总＝A·S·m·K·ΔV·η/C
式中：Q总-采空区总注浆量(m3)。
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(m2)。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)。
ΔV-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0.2-1之间。该值可通过3种方式确定：a)矿山已有的沉降及采空区观测资料：即先计算采空区上方地面的最大沉降量，通过已有的观测资料确定已完成的沉降量，然后用两者的差值与地面的最大沉降量之比来估算；b)勘察过程中勘察孔内空洞和裂隙的资料：即通过孔内空洞和裂隙发育的平均高度与矿层开采厚度之比来估算；c)该地区已有的工程资料。一般情况下闭矿时间在5年之内，取值在0.3-1之间；闭矿时间在5年以上，取值在0.2-0.3之间。当采空区的顶板和覆岩为较坚硬的岩石时，取值宜稍大。本设计取0.6。
K-煤层回采率。一般通过采矿实际调查确定，本设计取0.5。
A-注浆总量浆液损耗系数，取值在1.0-1.5之间，本设计取1.2。
η-注浆充填系数，取值在0.75-0.95之间。该值宜根据铁路工程的性质确定，对于路基范围内的采空区取值在0.75-0.85之间；对于构筑物范围的采空区取值在0.85-0.95之间。本设计取0.85。
C-浆液结石率，取值在0.7-0.95之间。一般经试验确定。本实验取0.82。
根据工程实际，采空区废孔率取为0.3。
2)单孔注浆量计算
单孔注浆量可按下列公式计算：
Q单＝A·π·R2·m·ΔV·η/C
式中：Q单——单孔注浆量(m3)；
A——单孔注浆量浆液损耗系数，取值在1.2-2之间；
R——浆液有效扩散半径，按孔距的一半计算(m)，本工程为5m；
其他符号意义同上式。
则有各采空区单孔注浆量约为60m3。需要说明的是各个孔位置不同、岩性不同、空化程度不同，个别孔吃浆量可能远比平均吃浆量大，个别孔也可能达不到设计的吃浆量。
(7)注浆结束标准
采用静压注浆，当注浆压力达到设计最大压力，注入率小于0.4L/min时，持续灌注60min；或不大于1L/min时，继续灌注30min，即可停止注浆。当采用高压喷射注浆时，待水泥浆从孔内返出后，即可停止注浆。
注浆孔止浆
注浆孔止浆宜采用似法兰盘简易止浆法或球阀式止浆塞、套管等方法止浆。似法兰盘简易止浆法宜采用直径小于φ50mm钢管作为注浆管，将一端焊接一个大小与开孔孔径相接近的法兰盘，下入注浆孔变径处，用少量碎石粘土将似法兰盘与孔壁之间的空隙封堵，然后采用1∶2水泥浆或42.5号快硬水泥稠浆注浆管与孔壁胶结在一起，水泥浆灌注高度不应小于8m(图1)。在钻探过程中易塌孔、易缩颈堵孔的一个煤层采空区，或当注浆钻孔中需要投放骨料时，宜采用套管止浆。
注浆施工顺序
注浆施工顺序见图2，注浆顺序及要求如下：
(1)先施工帷幕孔，后施工注浆孔。按煤层倾斜方向，先施工采空区低的钻孔，后施工采空区高的钻孔。
(2)浆液浓度应先稀后稠。灌浆开始时，要定时观测泵的吸浆量和泵压，记录灌浆过程中发生的各种现象，根据实际情况及时调整灌浆量和浆液浓度。
(3)注浆过程中出现地表裂隙大量跑浆时，应采用间歇式注浆，或减小泵量以及采取地表充填裂隙等措施，阻止浆液从地面大量流失。
(4)注浆时，应避免在短时间内注入大量的水泥粉煤灰浆，当注浆量较大时，应采用间歇式注浆法施工。
(5)在灌浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min时，孔口压力应在1.0～1.5Mpa之间，稳定时间应为10-15min。
(6)为了避免钻孔和注浆时扰动铁路基础，由中间孔开始向两边间隔3孔施工。
注浆质量检测
依据铁路采空区治理经验，采用下列方法进行注浆检测：
(1)注浆后6个月进行成孔验证，通过孔内抽芯直接观测浆液充填、胶结和渗透情况，钻探过程中浆液的漏失情况及孔壁的稳定性，测定结石体强度，综合评价注浆质量。
(2)运用地球物理方法和原位测试技术(波速测试)，对注浆治理效果进行监控。
(3)质量检查应布置在可能存在问题的地段，检查孔数量应占到总孔数的2％～3％。
(4)由于物探的不确定性，注浆钻孔可能遇到无采空区存在情况，为保证注浆质量，监测施工方按要求施工，钻孔无论是否打到采空区，每个孔至工程验收前都要留好岩芯。对有冒落采空区，岩芯采取率不应小于30％，有钻具有缓冲现象及采空区漏水的相关记录；无采空区部位岩芯采取率不应小于75％。
特殊技术施工
钻孔前准备工作
钻孔前必须做好孔位放线，孔位偏差不应超过±3m，有建(构)筑物或地下管沟等需要调整孔位时，须上报甲方，经甲方和设计方同意后，按设计变更执行。
钻孔前先与有关部门联系，查明地下有无电缆管线、上下水管线及其它障碍物，钻孔要避开上述障碍物，若注浆孔位于上述障碍物附近时，需人工开孔Φ300mm，深度达到障碍物上表面以下0.5m，经探察确系无上述管线及障碍物时，才可用钻机正常钻进。
注浆前的准备工作
注浆之前应先用清水洗孔10min左右(以回水清澈为准)并观察漏水量，作相应记录，洗孔结束后，下注浆管及注浆芯。注浆芯应下至孔底。
在开始注浆前，每处应选取一孔先做分段压水试验，并作记录，以掌握岩层的最初渗透性。
检查注浆机具是否完好，注浆管是否通畅。
压力表应处于正常的工作状态。
注浆异常情况处理措施
注浆过程中，尤其加压过程中，应严密观察注浆孔周围地面情况及注浆压力。若注浆压力出现突然下降现象或漏浆异常严重时，立即通知甲方和设计方，经与甲方及设计方研究查明原因后，决定是否继续注浆。若注浆过程中地面出现跑浆或地鼓时，可暂停8小时以上再注，直至达到注浆结束标准。
在注浆区及其附近的地下沟、槽、通道等，在注浆前应做好检查点，在注浆期间应有专人随时查看，以免跑浆造成不必要的损失或危害。
遇有注浆一开始或注浆时间不长压力升高或不进浆，可先用清水冲洗。
注浆期间遇有压力较低(小于0.3MPa)应严密观察是否漏浆、跑浆，遇有压力较高(大于3.0MPa)时，不要立即停止注浆，有时会因暂时的堵塞使压力升高，应支持1分钟或用清水冲洗。
注浆连续性要求
注浆设备、器具、材料的供应必须保证注浆的连续性，防止由于注浆间断裂隙中浆液凝固，使后续注浆浆液不易扩散，影响注浆效果。
搅拌桶或储浆桶容量必须能保证连续注浆的要求。
必须保证浆液水灰比及添加的水玻璃比例符合设计要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种铁路沿线下伏煤矿采空区注浆处治方法，其特征在于：包括如下操作
(1)钻孔布置
铁路下伏采空区浆液扩散半径设计为5m，平面上注浆孔呈“梅花形”均匀布设；排距10m；在靠近铁路直孔内插斜孔，将浆液注至铁轨下部，斜孔钻孔倾斜角度为75°至80°；检查孔数量为注浆孔总量的2％-3％，深度为原地面至采空区底板处；
(2)钻孔施工方法
采用回转式钻机和带岩芯管的硬质合金钻头钻机进行钻孔施工，施工方法根据采空区地层特征选择：
1)松散层钻孔施工方法：采用Φ146钻头开孔，跟Φ146套管至基岩完整硬层，下Φ127筛管至基岩，然后拔除Φ146套管，用水泥固结井口3-5m；
2)基岩段钻孔施工法：基岩段均采回转钻进，换径用以Φ110mm完全钻头或复合片式钻头回转取心清水钻进方式，钻进至预定设计孔深，即采空区下0.5m；
(3)注浆方式
采用自下而上孔口封闭充填挤压法注浆；视钻孔露采空区现状，分两类三种注浆工艺：
1)铁路两侧30m范围，采用高压喷射、静压充填与压密注浆相结合方式；其中，帷幕注浆孔采用高压旋喷和定喷相结合，固结后形成密实的具有一定宽度的帷幕墙结石体，此法是将注浆器与高压注浆管系统连接，置于孔底的0.5m处，孔口采用球阀式止浆器止浆，从而实现采空区一段式充填固结注浆；挤压充填固结注浆孔采用静压式充填与压密相结合注浆扩散原理，孔口球阀式止浆器止浆；孔口注浆器直入孔底往上0.5m帷幕体内侧，实现铁路路基下采空区帷幕体内大体积充填固结注浆；
2)对于其他采空区，采用静压充填与压密注浆；注浆孔口注浆器直入孔底，位于采空区底板下0.5m，孔口采用球阀式止浆器止浆；
3)若采空区充水，为使浆液形成堆体，不至顺水流走，注浆时采用双管注浆，一管注入水泥粉煤灰砂浆，一管注入速凝剂，从而形成有效堆体；
(4)注浆参数
1)浆液配比
①对于无冒落采空区采用充填式固结注浆，具体的，采用水灰比为0.5，砂率为0.38的方案进行水泥+粉煤灰+砂+细石浆液的配置通过大体积泵送方式完成；
②对于有冒落采空区，无论帷幕孔的高压喷射注浆还是其他孔的静压注浆，采用水泥、粉煤灰和水混合形成水泥粉煤灰浆液作为注浆材料，可根据实际情况，加少量粘土或中粗砂，采用水固比为1∶1.2，固相比为2∶8的配置；掺入水玻璃进行改性，水玻璃掺量为3％；
2)注浆压力
铁路下伏采空区静压注浆法注浆压力1.0～1.5MPa，短时间内压力达到2.0～3Mpa，深部取大值，浅部6m以内取小值；高压喷射注浆的高压水射流压力宜大于25MPa，流量大于30L/min；
3)结束吸浆量
采用静压注浆，结束吸浆量小于70L/min，稳定10-15min以上，即可结束该钻孔注浆施工；当采用高压喷射注浆时，待水泥浆从孔内返出后，即可停止注浆；
4)浆液结石体强度
铁路下伏采空区处置浆液结石体的无侧限抗压强度不应小于2MPa；
5)采空区治理面积
采空区治理面积根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》计算确定，具体方法是以铁路路基宽度为守护范围，向外增加安全宽度，然后松散层按45°角计算移动带宽度，基岩按70°角计算移动带宽度，最后相加即为采空区治理长度或宽度，计算公式如下：
B＝M+H1ctgα+H2ctgβ
式中，B-受护边界宽度(m)；M-维护带宽度，维护带宽度取15m；H1-松散层厚度(m)；H2-基岩厚度(m)；α-松散层移动角，取值45°；β-基岩移动角，取值70°；
6)注浆量
注浆量通过以下公式计算
Q＝A·S·m·K·ΔV·η·(1-e)/C
式中：Q-采空区注浆量(m3)；S-为采空区治理面积，总治理面积为采空区治理长度与采空区治理宽度的乘积，m2；当采空区治理宽度不一致时，可采用平均值；单孔注浆时，S＝πR2，R为浆液有效扩散半径，按孔距一半计算；m-采空区煤层厚度(m)；
ΔV-采空区剩余空隙率，取值在0.2-1之间；闭矿时间在5年之内，取值在0.3-1之间；闭矿时间在5年以上，取值在0.2-0.3之间；当采空区的顶板和覆岩为较坚硬的岩石时，取值宜稍大；K-煤层回采率；A-注浆总量浆液损耗系数，取值在1.0-2.0之间；η-注浆充填系数，取值在0.75-0.95之间；该值宜根据铁路工程的性质确定，对于路基范围内的采空区取值在0.75-0.85之间；对于构筑物范围的采空区取值在0.85-0.95之间；C-浆液结石率，取值在0.7-0.95之间；e-采空区废孔率，根据工程实际，建议取0.2-0.5；
7)注浆结束标准
采用静压注浆，当注浆压力达到设计最大压力，注入率小于0.4L/min时，持续灌注60min；或不大于1L/min时，继续灌注30min，即可停止注浆；当采用高压喷射注浆时，待水泥浆从孔内返出后，即可停止注浆；
(5)注浆孔止浆
注浆孔止浆采用似法兰盘简易止浆法或球阀式止浆塞、套管止浆；似法兰盘简易止浆法宜采用直径小于φ50mm钢管作为注浆管，将一端焊接一个大小与开孔孔径相接近的法兰盘，下入注浆孔变径处，用少量碎石粘土将似法兰盘与孔壁之间的空隙封堵，然后采用1∶2水泥浆或42.5号快硬水泥稠浆注浆管与孔壁胶结在一起，水泥浆灌注高度不应小于8m；
(6)注浆施工顺序
要求如下：
1)注浆孔应采用全占仪或经纬仪进行实地测量放样，钻孔位置原则上不应超过设计位置1.0m，确因地形影响，钻孔不能放在设计位置，经设计代表同意后，可进行适当调整；
2)先施工帷幕孔，后施工注浆孔；按煤层倾斜方向，先施工采空区低的钻孔，后施工采空区高的钻孔；
3)孔深的控制应做到注浆孔或帷幕孔钻至采空区或煤层底板以下0.5m处；
4)钻孔开孔孔径宜控制在130-150mm之间，经一次或两次变径后，终孔孔径不应小于91-110mm；并且，注浆孔和帷幕孔均应进入完整基岩8-10m处变径；
5)注浆管径应选用直径不小于φ50mm或φ127mm的钢管，需投入骨料时，管径不应小于φ89mm；
6)取芯孔的数量应为注浆孔和帷幕孔总数的3％-5％，钻进有冒落带的采空区部位，岩芯采取率不应小于30％，无采空区部位岩芯采取率不应小于75％；
7)浆液浓度应先稀后稠；注浆时，应避免在短时间内注入大量的水泥粉煤灰浆，当注浆量较大时，应采用间歇式注浆法施工；
8)为了避免钻孔和注浆时扰动铁路基础，由中间孔开始向两边间隔3孔施工；
(7)注浆质量检测
依据铁路采空区治理经验，采用下列方法进行注浆检测：
1)注浆后6个月进行成孔验证，通过孔内抽芯直接观测浆液充填、胶结和渗透情况，钻探过程中浆液的漏失情况及孔壁的稳定性，测定结石体强度，综合评价注浆质量；
2)运用地球物理方法和原位测试技术对注浆治理效果进行监控；
3)质量检查应布置在可能存在问题的地段，检查孔数量应占到总孔数的2％～3％；
4)由于物探的不确定性，注浆钻孔可能遇到无采空区存在情况，为保证注浆质量，监测施工方按要求施工，钻孔无论是否打到采空区，每个孔至工程验收前都要留好岩芯；对有冒落采空区，岩芯采取率不应小于30％，有钻具有缓冲现象及采空区漏水的相关记录；无采空区部位岩芯采取率不应小于75％。
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