空区处理范文

空区处理范文（精选9篇）

空区处理 第1篇

某高速公路隧道位于石炭系灰岩地层和煤矿附近, 由于民间长时间的开采, 形成了众多的采空区。当隧道施工至右线K83+94～K83+140处时出现长约40m塌方, 经现场勘察, 围岩属高炭板岩、夹煤线、节理裂隙发育、层面光滑, 开挖施工中, 经常出现掉块、掉渣, 极不稳定, 开挖掌子面岩层 (板岩与煤互层) 倾角向北约70～80°, 有的近于垂直。塌方渣体除少量新鲜渣体外全部为陈旧灰质渣体, 中间夹杂废弃物, 干燥。根据现场情况推断, 该处塌方区距隧道斜上方 (超前探孔没有探测到) 有一废弃挖煤巷道, 巷道覆盖层约3～4m, 隧道施工下导坑时产生变形致使覆盖层垮塌, 采空区内回填物大量涌入隧道, 塌方情况如图1所示。

2 采空区塌方处理方案

隧道塌方发生后连夜召开紧急会议, 当时由于业主急于将隧道贯通, 在设计部门反对的情况下要求采用塌方清渣的方法将隧道贯通, 后来塌方渣体越清越多, 都是从上方继续溜塌下来的, 不得不停止清渣, 采用注浆强支护的方案通过, 具体处理措施如下:

2.1 对受塌方影响地段的加固方案

由于隧道已经贯通, 受塌方的影响范围比较大, 所以需要对塌方段两侧受牵连、已施作初期支护段进行加固补强。

(1) 对K83+098～K83+108段及已施作初期支护未施作仰拱和二次衬砌段的加固, 考虑到此大塌方可能对上述地段产生牵连, 为了施工和将来运营的安全, 决定首先对未施作仰拱和二次衬砌段及时施作, 封闭成环, 对于不能施作仰拱的地段采用回填和采用立柱支撑, 立柱采用两根20号工字钢焊接在一起, 立柱间采用14#工字钢作为横撑, 立柱纵向间距0.75m, 横向间距1m, 横向按三排布置, 纵向根据实际需要临时加固的区段长度而定。K83+098～K83+108段靠近塌方段, 受其影响大, 首先对初喷开裂处进行复喷处理, 喷射混凝土采用25号钢纤维混凝土;然后对拱部围岩进行注浆固结处理, 注浆加固范围为拱部120°, 注浆浆液采用水泥水玻璃双浆浆液, 注浆管采用Φ50的无缝钢管, 注浆管长3.5m, 管身梅花型钻孔。注浆孔伸入岩层约3.0m (注浆围岩厚度约3.5m) , 孔距50cm×75cm (环向×纵向) , 呈梅花型布设。

(2) 对K83+128～K83+148段及已施作初期支护未施作仰拱和二次衬砌段的加固, 由于塌方对本段影响较大, 故本段的加固除采用上述方法外, 对已开挖下导坑段施作临时仰拱, 以使初支钢拱架形成闭合环, 防止隧道沉降收敛变形。

(3) 在受影响段初支拱脚部位左右两侧各打一排锁脚锚锁, 锚锁长9m, 纵向间距0.75m。

(4) 根据现场实际情况, 加强该段的超前支护和初期支护, 以防止再次塌方对两端洞身的拱架造成毁坏。

(5) 由于塌方段及受影响段距离紧急停车带较近, 对紧急停车带也产生一定影响, 对紧急停车带也采取Φ50管注浆加固, 并加强监控量测。

2.2 对塌方体的处理措施

(1) 挂网喷混凝土封闭松散体表面、堵塞边缝, 对流坍到洞内的松散体和掌子面前方一定范围的围岩进行注浆加固, 阻止塌穴内的碴体继续向外溜坍, 喷层厚度不小于20cm, 在塌方体的顶部和两侧喷混凝土形成35～40cm的止浆墙, 以免后序注浆过程发生跑浆现象。

(2) 向坍塌体上方的塌方腔内泵送C25混凝土或压注水泥砂浆, 厚度控制在4～5m。

(3) 如泵送混凝土不能送到塌腔内, 可将塌方段在地表位置精确定位, 然后在地表打孔 (建议采用250钻孔) 灌注混凝土, 将塌腔尽可能充填密实。

(4) 拱部打设大管棚:由于塌方范围比较大, 拟采用两环大管棚通过塌方区, 第一环在止浆墙的外侧, 其桩号约为K83+105处。保留核心土体 (即经注浆加固了的塌方体) , 以其作为工作平台, 并架设两榀组合型钢拱架作为导向架, 施作大管棚超前支护。在塌方体开挖一半距离后, 再打设第二环大管棚, 其桩号约为K83+118处。大管棚采用Φ89钢管:管长20m, 环向间距20cm, 外插角10～15°。管棚注浆材料采用水泥和水玻璃双浆液, 配合比选用1∶0.5, 注浆压力初压为0.5～1.0MPa, 终压为1.0～2.0MPa, 现场可依实调节。

(5) 开挖中根据现场情况, 如需要可采用超前小导管对大管棚进行补强, 具体支护参数可根据现场情况定。塌方体处理方案见图2。

2.3 塌方地段衬砌支护设计参数的调整

(1) 初期支护采用I20a工字钢, 间距50cm, 钢筋网Φ8双层网, 格距20cm×20cm。

(2) 二衬主筋采用Φ25钢筋, 间距15cm (中至中) , 构造筋间距、数量配置依主筋的变化作相应调整。

(3) 由于此次塌方对受牵连地段影响很大, 大部分地段已出现裂纹, 因此建议对受牵连地段 (尤其是Yk83+128向前) 二次衬砌予以补强。二次衬砌钢筋主筋间距调整为15cm, 构造筋间距、数量配置依主筋的变化作相应调整。

2.4 塌方地段施工注意事项

(1) 预留变形量:开挖外廓线、架立工字钢及施作长管棚时的导向钢架, 均要预留变形量, 拱部按30cm、边墙按20cm预留, 由于预留变形量所发生的工程量, 现场可依实计量。

(2) 为确保施工安全, 开挖成形后, 立即施作初喷混凝土, 及时封闭其临空面, 防止临空面暴露风化, 初喷喷层厚度为4～6cm。

(3) 按煤系地层施工作业要求进行施工通风和瓦斯监测, 要有专人负责, 措施到位, 责任到人。整治塌方施工的全过程, 要始终满怀以人为本的理念, 及安全责任重于泰山的责任心, 上下齐心协力, 顺利安全的通过塌方区。

(4) 加强量测和观察, 密切注意塌方区初支结构和塌方情况的变化。必要时现场即时采取应急措施, 确保施工和人员安全。

(5) 严格贯彻执行短开挖、快支护的原则。每次开挖长度不超过1m, 及时施作初喷, 快速架立I20钢拱架, 每次架立2榀钢拱架, 随后将钢纤维混凝土喷至设计厚度, 以期尽快形成支护能力, 发挥支护作用。

(6) 在塌方堆体 (形似半锥体) 上施作喷封层时, 要预留足够的 (8～10个) 排气孔, 让瓦斯气体排泄出来, 以不致形成有压气体和瓦斯气体突出。

通过以上措施的处理, 隧道得以安全通过, 但由于塌方发生后先采用清渣方案, 造成隧道衬砌背后形成约2000m3的空洞 (原采空区巷道) 。为不留后患, 设计方要求对已通过部分上方进行探测, 重点弄清楚三个问题:洞顶覆盖层的厚度;空洞的大小;空洞与隧道空间上的相对位置。业主根据要求委托华东理工学院地球物理系进行探测。探测结果表明洞顶覆盖层 (衬砌至岩体空洞间距离) 厚度不小于15m, 空洞最高处达10m左右, 小的地方高度0.5m左右。其综合地质解释见图3所示。根据此结论, 采空区巷道位于斜上方, 隧道洞顶有如此厚的覆盖层, 而且塌方洞体周围的岩性较好, 经会议专门讨论, 不再进行空洞回填处理。

3 结语

(1) 对于采空区引起的塌方, 因为回填物的不断流出, 不能采用清渣处理方案, 应先注浆加固, 然后采用强支护通过方案;

(2) 在对于采煤巷道形成的采空区施工应按照煤系地层施工作业要求进行施工通风和瓦斯监测, 如检测到瓦斯应立即改变施工方法, 按照瓦斯隧道要求进行施工;

(3) 严格贯彻执行弱爆破或人工开挖, 短进尺 、勤量测、快支护的原则, 保证施工安全;

(4) 隧道安全通过后应对采空区处理结果进行探测, 明确既有采空区可能对隧道结构产生的影响, 以确定是否采取进一步处理措施, 保证隧道运营安全。

摘要：针对某高速公路隧道施工过程中出现采空区引起的塌方, 根据塌方围岩出露情况, 及时调整处理方案, 采用注浆加固, 强支护通过方案, 保证了工程的顺利实施和结构安全。

关键词：高速公路,隧道,采空区,塌方处理

参考文献

[1]JTG D70-2004, 公路隧道设计规范[S].

[2]JTG 042-94, 公路隧道施工技术规范[S].

[3]GB 50086-2001, 锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].

1502采空区注浆总结 第2篇

一、矿井防灭火系统建立及现场管理情况：

我矿已建立健全注浆防灭火系统，地面建有灌浆站及铺往井下的黄泥灌浆系统，实行预防性灌浆和采后集中灌浆。通风队安排专人每天对注浆管路及注浆设备进行检查，确保用时完好。因我矿煤层有自燃发火倾向性，为了防止采空区自燃发火，增强矿井防灾抗灾能力，检验注浆系统的安全可靠性，根据生产会安排，我队组织注浆人员对1502采空区内进行预防性注浆。并结合现场实际编制了安全技术施工措施。

注浆准备前，我矿成立了采空区注浆指挥部： 地面指挥负责人：康守海 张西顶。井下指挥负责人：王绍祥 李军。

成员：苑丕吉

安智峰

刘东

成国兵 李守军

二、简述采空区地点概况: 1502采空区位于五家沟井田二采区，工作面南部为采区预留保安煤柱，北部为未开拓区，西部为二采区主要大巷，东部为昌平井田边界。采区走向长2200m，倾斜长300m，煤层平均厚度10.5m，工作面生产期间正常用水量30m3/h，生产期间工作面瓦斯绝对涌出量0.72 m3/ min瓦斯相对涌出量5.18m3/t，煤层自然发火期5～6个月，煤尘具有爆炸性，相邻采空区对本采区无影响。

三、灌浆系统及技术参数

1、结合本矿的实际条件及井型、风井分布、和采区布置等综合考虑选用的是以固定式灌浆站为主、移动式注浆泵为辅的综合灌浆方式。

2、取土方式为机械取土。（利用抓斗、推土机、挖掘机、铲运机等机械装备取土）。

3、本矿采用NL40-80型制浆机，额定制浆量40-80m3/ h,浆液密度1.10～1.23g /cm3。使用BFD-71搅拌机对浆液均匀搅拌，以防止浆液沉淀。

四、灌浆方式

本次主要采用的是采后灌浆，即在工作面采完封闭后进行灌浆充填封闭的采空区，灌浆方法是在封闭停采线的上部密闭墙上插管灌浆。其主要是针对1502工作面最易自燃发火的停采线，可有效防止采空区发生自燃火灾，且采空区灌浆工作在时间上不受限制。

通过这次灌浆试验，煤矿井下采空区预防性灌浆工作中，部分泥浆随水渗漏进入采空区内部，形成较大的范围的“黄泥带”起到填充煤岩内部孔洞或孔隙作用。灌浆停止后，随着水的渗漏，大部分黄泥滞留在工作面采空区停采线附近，形成“泥墙”，可使整个采空区的漏风风阻增加，起到了封堵漏风的作用

空区处理 第3篇

关键词：输电线路；采空区；铁塔倾斜；原因；带电处理措施

中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）8-0104-02

随着我国国民生活质量的稳步提升，人们对电力能源的供给安全也有了更高要求，电力能源是一种特殊性资源，输电线路能否安全运行在很大程度上直接能够决定供电质量，基于输电线路在电力能源输送过程中的重要性，保证输电线路运行安全，积极解决输电线路相关问题是当前企业的重要任务，目前输电线路采空区铁塔倾斜是现今亟待解决的问题。

1 区域输电线路铁塔运行实例概述

由于输电线路与我国社会生产生活息息相关，其是为社会生产生活提供电动力的关键，所以我国电网公司针对输电线路设计做出了相关规定，相关规定指出，输电线路铁塔倾斜不得大于416 mm，铁塔基础左侧的横向位移不得大于50 mm。对于高度在50 m及50 m之上的输电线路铁塔，其倾斜度最大的允许值应控制在0.5%，而高度在50 m之下的铁塔，其倾斜度最大的允许值应控制在1.0%，另外绝缘子串顺线路的最大偏移值不应大于300 mm，倾斜角则应控制在7.5 ？觷或者7.5 ？觷以内。本文在输电线路采空区铁塔倾斜带电处理研究中所选择的省份中部地区曾发生多次输电线路铁塔倾斜及倒塌事故，在输电线路铁塔维护中也曾出现铁塔倾斜状况，虽对其进行重建或者修整等措施，但是并未从根本上做好铁塔倾斜的处理工作。

2 输电线路采空区铁塔发生倾斜的主要原因分析

输电线路采空区铁塔发生倾斜屡见不鲜，导致该现象的原因也是多种多样，究其原因，大致可将诱发输电线路采空区铁塔发生倾斜的原因分为三大类，一是自然因素、二是地质因素、三是人为因素。以下是对这三种因素的具体分析：

2.1 自然因素

雨雪、大风等恶劣天气会影响输电线路采空区铁塔的稳定性，但输电线路采空区铁塔出现松动时若不对其采取相应的加固或其他措施，那么长此以往就会导致采空区铁塔发生倾斜现象。不过自然环境对输电线路采空区铁塔的稳定性影响相对较小，合理应用一些新工艺新技术基本上可以避免。

2.2 地质因素

经过相关调查分析，该省中部地区发生倾斜的铁塔主要位于石膏矿床上，该区松散堆积层厚度较大，抗剪强度较低、顶板岩层抗压性较差，因此易发生到倒塌现象。处于该地段的输电线路所途经的矿区地表较为平缓，铁塔附近已经发生多处开裂，有几处甚至已经剧烈变形，这都是诱发输电线路采空区铁塔倾斜的主要原因。

2.3 人为因素

该省中部地区几座发生倾斜现象的铁塔都处于石膏矿床上方，个别铁塔的塔位下方由于倾斜、塌陷等情况已成为矿床采空区，其中有一部分原因是由于近几年来的大量矿产开采造成的，若在采空区设置铁塔，极易造成铁塔沉降或者塌陷等情况。输电线路采空区的支柱与顶板主要是由石膏制作而成，而石膏遇水易软化。当石膏矿关闭后，若经地表水长期渗漏，则会造成采空区位置的地下水水位抬升，将采空区中的石膏支柱与顶板软化，从而致使支柱与顶板垮塌，进而引发采空区地面塌陷，对输电线路铁塔的牢固性和稳定性造成严重威胁。

3 输电线路采空区铁塔倾斜带电处理措施研究

经过相关调查研究，该省中部地区即输电线路铁塔附近的石膏矿处于采空区，在该地区引起的地面变形比较均匀缓慢，一般不会骤然发生剧烈变形。该区铁塔塔基下方的地层土质比较均匀，因此地基土本身发生不均匀沉降的可能性极小，由此可以判断出输电线路铁塔出现倾斜主要是由采空区出现塌陷引起的整体倾斜变形。了解了输电线路采空区铁塔发生倾斜的真实原因，笔者针对输电线路采空区铁塔的倾斜状况进行了带电处理分析。

3.1 铁塔基础支柱位置加设圈梁

采空区铁塔发生倾斜有部分原因是由于铁塔基础本身不够牢固，所以应在铁塔的基础支柱位置合理加设圈梁，以此保证铁塔根部位置不受外界因素的影响，为铁塔其他部位结构提供强有力的基础支撑，以免铁塔基础在大板出现倾斜后发生相对位移。

3.2 合理调整导地线绝缘子串偏移范围

一般情况下，输电线路采空区铁塔调整到正常状态之后，导地线绝缘子串的偏移程度会超出偏移所允许的正常范围，在这种情况下带电处理人员应将相应的导地线线夹打开，对导地线绝缘子串进行重新调整，将其调整为垂直地面状态。

3.3 铁塔塔脚板下加设垫铁

针对输电线路采空区铁塔发生倾斜这一问题，可以在铁塔塔基的左侧塔脚板位置加设大垫铁，通常情况下垫铁的厚度应控制在30～40 mm，塔基右侧塔脚板位仅靠左边的位置应加设小垫铁，小垫铁的厚度应控制在3～4 mm，并利用规格为25 m的水泥砂浆材料铁塔塔脚板下方的无垫铁部分填实，将处于倾斜状态的铁塔调整到正常状态下。

3.4 输电线路铁塔倾斜的防范措施

当输电线路采空区铁塔发生倾斜时需要对其进行处理操作，但这样或多或少都会影响输电线路的运行，并且带电处理操作具有一定的危险性，因此应从根据上避免输电线路采空区的铁塔倾斜现象。近年来，我国科学技术不断发展与进步，那么要实现输电线路采空区铁塔倾斜的有效防范，仅靠人为力量是不够的，应借助一定的先进技术，比如可以建立输电线路铁塔实时监测系统，对输电线路及采空区铁塔实况进行实时监控，及时掌握当地实际情况。并且监测系统具有功耗低、测量精度高、安装简单、抗干扰能力强以及免维护等多种优势，利用该监测系统可以有效防范输电线路铁塔倾斜现象，对输电线路采空区铁塔的稳定与良好运行具有一定的保障，同时还兼具经济性。

4 结 语

输电线路可以说是电力能源输送的命脉，是为我国社会正常生产生活提供充足电能的必备线路，所以保障输电线路运行的安全性与稳定性十分重要。采空区铁塔是影响输电线路安全运行的重要因素，目前我国输电线路采空区铁塔常出现倾斜现象，为避免其制约输电线路的正常运行，对其采取带电处理措施势在必行。那么要从根本上避免铁塔倾斜，应借助现今先进的技术手段，从源头上做好输电线路采空区铁塔倾斜防范工作。

参考文献：

[1] 康淑丰.特殊地质区输电线路铁塔倾斜原因分析及处理措施[J].河北电力技术，2011，（6）.

[2] 张声昱.关于输电线路铁塔倾斜问题的探讨[J].电力学报，2012，（11）.

寿王坟铜矿采空区处理技术实践 第4篇

寿王坟铜矿主要有1、2、N6、S6、32、34、9号等46个矿体, 其产状形态多受接触带的控制。矿体倾角以60°～85°为主, 少量10°～45°的缓倾斜矿体。其中, 南6号矿体 (S6) 是主矿体, 南6号矿体位于矿区东部, 33～57线间, 赋存标高500～-200m, 下二中段以上向南倾, 以下向北倾, 倾角70°～85°, 东西走向, 向西延深。五十多年来, 应用留矿法、阶段矿房深孔采矿法、有底柱分段崩落法采矿, 矿井下已形成9个中段 (每个中段60m) , 除南6号等少数几个矿体外, 其它基本采完。随着南6号矿体的不断开采, 形成了南6号采空区, 该采空区位于东部, 赋存于海拔500～35m, 最大幅宽约100m, 延续数百米, 33～57线间, 中间被39线、47线2条10～40m宽的岩枝隔断, 从而形成三个相对独立的采空区, 统称为南6号采空区, 该空区为盲空区, 上小下大, 空区顶部距地表350～370m。

2 各个时期对采空区的治理情况

南6号采空区垂直高度高、跨度长、暴露面积大, 可能发生大规模的冒落、坍塌等地压灾害, 直接影响矿井深部开采安全, 一旦发生坍塌, 将造成人员和财产的重大损失。多年来, 企业始终致力于南6号采空区的治理, 防止采空区带来的危害。

1981年, 企业与东北工学院合作, 对南6号空区处理项目进行了研究, 对空区的应力分布用有限元法进行计算, 采用预留阶段矿柱, 控制空区状态, 化大空区为两个小空区, 并在井下进行了大量的封闭。1984年, 通过专家多次论证, 确定实施了在下五以上8m处至下五以下22m处预留30m厚的永久顶柱的空区处理方案。1991年以后, 该永久顶柱范围内发现了三组断裂, 且十分破碎, 相互交叉, 滑帮冒顶严重;该顶柱面积达9 288m2, 上小下大呈楔形, 预留的永久顶柱对下部安全生产形成了威胁。随后, 采取强制崩落法, 将永久顶柱和部分围岩强制崩落, 其崩落的岩体作为空区内废石垫层, 减少顶板片帮、冒落产生冲击气浪、岩爆等现象, 对深部开采人员和设备设施起到保护作用。1996年, 建立空区实时远程微震监测系统, 对空区上下盘稳定情况进行监控。

3 采空区对深部开采的影响

3.1 采空区特点

经过长期的自然塌落及治理, 该采空区的形态发生了很大变化, 2009年9月, 分别打开下四、下三41线、43线、45线等位置的密闭墙, 进行了现场勘查, 进一步掌握采空区的变化特点。

(1) 南61号采空区, 位于35线西38m至39线东16m, 下七中段以上15m至下一以上20m处, 空区下三中段以上15m处被存窿及垮落毛石充填。空区总体积69.587104m3, 其中充填62.959104m3, 厰空区约6104m3。

(2) 南62号采空区, 位于41线西23m至47线东30m, 下八水平以上15m至下一以上50m处。下三中段以下均被存窿及垮落的毛石充填。空区总的体积为204.201104m3, 其中充填165.102104m3, 厰空区体积有39104m3。

(3) 南63号采空区, 位于49线西22m至55线东22m, 下七中段以上15m至下四以上15m处。下四中段以下20m被充填。空区总体积31.336104m3, 其中充填30.454104m3, 厰空区体积约1104m3。

因此, 南6号空区总体积305.124104m3, 其中已充填258.505104m3, 厰空区体积为46.609104m3, 充填占84.72%, 非充填占13.28%。

3.2 采空区对深部开采的影响

通过现场勘查, 该空区均被大量矿石或毛石充填, 充填量达80%以上, 形成垫层厚度一般在100～200m, 该垫层起到良好的缓冲减震作用。对深部开采主要有以下影响。

(1) 在矿房矿石回收期间, 崩落顶柱之前, 由于应力集中在采场的两端, 如果采场顶板有大的构造, 矿房岩体的自重, 加上上部有100～200m厚的覆盖岩, 可能造成局部塌落。为避免发生类似的事故, 在采场设计时, 减小了采场矿房的暴露面积, 当矿体厚度过大, 中间预留矿壁, 矿房回收完毕后, 与顶柱一起崩落。

(2) 矿房矿石回收完毕, 顶柱崩落后, 大量的矿废石涌入采场中, 就像充填体一样, 其对采场的围岩和矿壁起到稳定支护作用。上部空区对深部生产的影响主要体现在回收矿石时的贫化上。

(3) 深部生产时, 覆盖岩上部的厰空区可能不稳定, 发生大面积、大范围岩体滑帮、坍塌或发生岩爆时, 产生较强的地震波和空气冲击波, 危及深部作业的人员和设备设施的安全。

4 远程实时监测技术

随着科技不断进步, 采空区检测监控技术日益成熟, 在多年远程微震检测基础上, 企业与研究院合作, 研制开发并应用了AM485型岩体声发射监测系统, 对南6号采空区变化实施远程监控。岩体声发射传感器共布置16个, 分布于下三、下四两个中段37～47线的脉外平巷, 其数量分别为10个和6个, 测试通道编号分别对应1#～10#和11#～16#。

4.1 监测原理

材料在破坏之前, 由于变形和断裂, 以瞬态弹性波的形式释放能量, 这种现象称之为声发射现象。岩体工程结构在受力破坏之前, 必然持续一段时间以声波的形式释放局部积蓄的能量, 其能量释放的强度随着结构面的稳定状态而不断变化, 每一个声发射与微震事件都包含岩体内部变化状态的丰富信息, 对接收到的声发射信号进行分析和处理, 可作为评价岩体稳定状况的依据。因此可利用岩体声发射与微震这一特性对岩体的稳定性进行监测, 从而判断和预测岩体塌方、冒顶、片邦、滑坡等地压现象。

对于声发射监测, 主要记录一些具有特性的量, 包括: (1) 事件率 (频度) , 即单位时间内记录收到的声发射与微震事件数。 (2) 振幅分布, 即单位时间内声发射与微震事件的振幅分布, 该参数可用于分析声发射与微震源的信息。 (3) 能率, 即单位时间内声发射与微震事件的能量之和, 它可以反映一段时间内岩体释放能量的强度。 (4) 事件变化率和能率变化, 反映了岩体状态变化的快慢。 (5) 频率分布 (频谱分析) , 即分析声发射与微震信号在频域中的特点。除上述统计外, 一般还进行震源定位, 从而对岩体受破坏的部位进行判断。

4.2 岩体破坏过程中的声发射事件规律

从监测实践来看, 将声发射技术应用于岩体稳定性监测领域, 岩体的稳定性与声发射现象呈现以下规律。

(1) 岩体在稳定期和相对稳定期, 声发射事件很少, 事件频度维持在低水平。

(2) 岩石在超过其极限强度的应力作用下, 产生微破裂, 并以高频声发射形式释放能量。随着压力的增大, 微破裂会继续扩张和发展, 产生低频声发射与微震现象。

(3) 当岩体内部出现大规模破坏或者不连续面发生剪断滑动时, 低频声发射与微震现象表现突出, 同时也伴有高频声发射。大规模的岩体断裂与滑移具有很大的能量, 可加剧其影响范围内原有结构弱面的破坏, 改变应力分布, 诱发新的破坏。

(4) 失稳岩体在垮落之前, 出现间歇性破坏, 微震活动频繁, 且事件频度逐渐增大, 在临近垮落时, 事件频数反而减少, 即为发生冲击地压的前兆。当一次大的地压发生之后, 岩体局部的集中应力有可能未完全消除, 产生余震及局部塌落, 使事件频度总体维持在较低水平。

4.3 监测数据分析

通过对远程实时监控系统收集的监测数据分析, 能够及时发现岩体的变化情况。对2008年1～12月监测数据分析, 发现以下变化特点。

(1) 1～3月, 在43～47线尤其是43～45线下三中段巷道附近岩体局部产生间歇声发射现象, 且较为密集, 虽事件数较大, 但能量不大, 影响范围小, 表明该监测区域处于小规模地压活动期。3月7～18日, 监测系统多通道甚至所有通道均能接收到信号, 各通道事件数不大, 多在20以内, 且事件发生的频繁程度不高。基于各通道事件数差别不大乃至多个数据一致的同步测试结果, 推断在43～45线岩体出现了较大规模的断裂, 随后进入暂时平衡阶段。

(2) 8～9月, 1#传感器频繁接收到了来自下三中段平巷37线附近的声发射信号, 接着在8月31日1天内多测点相继发生声发射现象, 而1#、2#、3#测点事件的发生则基本是顺序进行的, 表明下三中段37～41线发生的微断裂打破了暂时的应力平衡, 致使断层与采空区间的岩体应力重新分布进而在多处产生破裂, 最强烈处位于下四39～41线。10月12日至12月16日, 声发射事件仅在个别地点发生, 且事件数较小, 处于相对稳定阶段。

(3) 12月17～20日, 仅16#测点频繁接收到声发射信号, 即在下四中段平巷43线附近多次出现较为强烈的岩体微破坏过程, 每一过程的持续时间在1小时以内。

由此可见, 监测区域岩体内的断层是影响岩体稳定性的重要因素, 下三中段平巷顶板断层在地压作用下有所张裂, 局部不稳定部位主要在下三中段巷道43～47线, 其次是37～41线。局部岩体微破裂可导致一定规模的岩体断裂, 地压活动频繁可加剧岩体破坏程度。

2010年以后, 南6号采空区的滑坡体远程监控数据不断显示变化, 尤其是3月后, 南6号空区岩体活动频繁, 下六391顶板大面积下沉。6月监测数据变化异常频繁, 且数值较大, 呈连续性变化, 特别是6月16日有几次数值几乎接近峰值, 发出了预警警报。经过现场检查发现下三、下四39～45线 (F1断层) 顶板及底板开裂, 裂缝宽度每天都在变大, 由最初的20mm发展到450mm, 上盘下滑300～350mm。

监测数据表明南6号采空区的滑坡体处于活跃的高峰期, 如不及时处理, 将对井下作业的人员和设备设施构成威胁。

5 滑坡体处理

5.1 滑坡体位置及形态判断

滑坡体位于南6号采空区下盘39～47线, 由于在39～47线之间空区底部废石垫层已填充至下四附近, 因此滑坡体具有垮落危险的部位主要在下四至下二水平之间, 滑坡体由F1、F2、F3三条断层构造切割所形成, F1、F2断层在平面图上呈雁行排列, 在41线较破碎。三组断层构成的断裂带总体上向北倾斜, 上陡下缓, 下部倾角70°左右, 呈弧形的走向近于东西与主岩体接触线近于平行, 产状一致, 断层被后期侵入的脉岩充填, 主要充填物为大理石、糜棱岩、绢云母矽卡岩等。滑坡体的主要成分为含遂石白云灰质岩和大理石, 硬度较大。根据圈定情况, 滑坡体的总体积约20.3104m3。

5.2 滑坡体诱导崩落处理技术与效果

由于滑坡体主要是由断层构造切割所形成的, 岩层较破碎, 仅需要将滑坡体关键部位崩透, 剩余部分则在爆破的扰动下自行跨落。采取硐室爆破方式进行诱导崩落处理, 即利用原下三中段41线川脉巷道 (构造在该处较破碎, 为结构弱面) 作为药室, 实施硐室爆破。

在硐室爆破的抛掷作用下, 下三水平上、下约20～30m范围的滑坡体将被抛掷至空区。下三以上未被抛掷的滑坡体将在爆破松动和自身重力作用下自行垮落。下三以下未被抛掷的滑坡体, 由于垂直高度仅剩几十米, 其侧向 (空区内) 有新崩落的垫层作为支撑, 因此不会构成安全威胁。现场观测, 下四中段以上滑坡体得到完全处理, 南6号采空区最大的安全隐患已消除。

6 结语

通过南6#采空区的治理实践证明, 几十年来, 随着缓慢有序的自然垮落, 空区逐渐被废石充填, 足够厚度矿废石垫层具备良好的缓冲减震作用, 采空区岩体即使出现坍塌、滑落, 对深部作业人员和设备也不会构成太大的威胁。加之适当的封堵和隔离, 将更有效降低和控制其垮落对采空区周围的人员、设备、设施造成的冲击与震动危害。

高速公路溶岩与采空区路基处理方法 第5篇

一、A高速公路岩溶与采空区的地质概述

本文研究主要是针对某公路工程具体施工情况进行研究, 下面将详细介绍工程的基本概况和具体施工环境。

1. 公路工程地质概况

由于A高速公路的结构分布特殊, 导致其岩溶与采空区的工程地质情况具有很大差异。一般的采空区被特指为煤矿采区, 我国的发展导致国内出现很多用工达不到标准的采用方式, 地下采空洞的分布及洞孔半径都不存在规律, 其地层的地质情况包括以下几个方面: (1) 表层土, 一般以坡积黏性土壤为主, 呈现出黄褐色, 黏土中夹杂着少量的砂岩, 不均匀的分布在田垅低凹位置; (2) 坡积土, 其密度较小, 呈现出灰黄色, 湿度很大; (3) 残积土, 密度适中, 呈现出褐红色坡积土中夹杂着一定数量的角砾与砂石; (4) 煤层, 主要由泥质灰岩与石英砂岩及粉岩交错组成, 呈现出紫红色。岩溶区在整个工程范围内分布甚广, 且其形态、大小毫无规律, 根据形态来分, 熔岩可以呈现出溶蚀、溶沟、溶槽、溶隙与溶洞几种形态岩溶的底层结构包括以下几种: (1) 填土, 呈现出土黄色, 且泥土内含有一定的碎石; (2) 卵石质土, 密度较高, 呈现出黄色, 泥土内夹杂泥沙; (3) 粘土土质, 呈现出黄色, 湿度高、密度高、土质内含有一定量的砂石; (4) 硅质灰岩, 呈现出灰色, 具有一定的风化性质, 容易出现溶洞情况。

2. 岩溶及采空区路基工程地质的特点

A高速公路岩溶及采空区路基工程地质存在一定的复杂性, 其地质的特点影响着岩溶及采空区路基的处理方法, 因此, 必须提前将A高速公路岩溶及采空区工程地质情况进行分析, 以方便为研究处理方法提供指导。笔者通过调查研究, 并将调查数据进行整理分析后发现其地质情况包括以下几种特点: (1) 采空洞及岩溶洞的性质为盲洞; (2) 采空洞及岩溶分布大小、形态、结构是一个复杂的分布系统; (3) 采空洞及溶洞的充填存在差异; (4) 缺乏岩溶及采空区路基是位于切方区还是填方区的相关地质资料。这些特点均决定着工作人员对岩溶及采空区路基的稳定性评价方法及其处理方案的选择。

二、高速公路岩溶及采空区路基稳定性评价

由于高速公路岩溶及采空区施工环境本身比较特殊, 对于路基稳定性的评价也包括很多方面, 相关的影响因素也很多, 尤其是存在很多安全隐患方面的问题, 这些都是影响基础稳定评价的重要方面, 在实践中, 应该充分考虑和分析工程实际情况。

1. 岩溶与采空区发生形变时出现的情况

A高速公路岩溶与采空区路基出现形变时的表现情况包括以下几点: (1) 路基承载力不足, 主要原因是岩溶与采空区路基岩土层强度较低, 切方更是加剧岩溶与采空洞顶板岩土层厚度, 造成路基发生沉降、变形剪切或拉伸破坏; (2) 地表塌陷, 由于各种客观原因或者切方、抽排地下水等因素, 路基应力范围内的土洞、溶洞及采空洞容易发生洞顶坍塌现象, 巨大压力促使地面下沉与开裂; (3) 路基不均匀沉降, 岩溶与采空区中的采空洞、溶洞、溶隙、溶沟、溶槽和石芽等造成路基各处的密度与荷载并不相同, 受到自然外力时, 岩面容易出现起伏, 造成路基不均匀沉降; (4) 路基滑动, 岩溶与采空区的路桥基础一般砌置在岩溶洞、溶隙、溶沟或溶槽附近, 其地壳较软, 容易因为受力而产生形变, 一般表现为路基下岩体向软化结构面进行滑动, 造成路基结构发生破坏。

2. 岩溶及采空区路基稳定性评价标准及方法

评价岩溶及采空区路基稳定性时主要是以地壳变形控制与结构承载能力来进行判断, 其评价方法包括以下几种: (1) 半定量分析法, 测量洞穴顶板厚度与溶洞洞距路基之间的距离, 分析与计算其承载力, 虽然计算出来的数据不能全面反映工程地质情况, 但可以精确的判断岩溶及采空区的稳定性; (2) 二级模糊综合评判, 将各类影响岩溶及采空区路基稳定的因素进行统计, 建立一个模糊集组合成评判矩阵, 通过比较岩层与岩顶的层状构造、裂隙发育情况、单轴抗压强度、钻孔岩芯完整情况来进行岩溶及采空区的稳定性的判断; (3) 三维非线性有限元分析将受损部位控制在小范围内, 建立计算模型, 根据工程地质的形态、大小、岩层顶板厚度、路基荷载情况进行线弹性分析, 通过比较分析。判断岩溶及采空区的安全程度。

三、高速公路溶岩与采空区路基处理方法

针对高速公路溶岩与采空区路基处理的特殊性和复杂性, 笔者结合自身多年实践经验, 总结以下几点处理方法和建议:

1. 溶岩与采空区路基处理原则

溶岩与采空区路基处理原则是根据路基的实际情况制定出相应的处理方案, 一般的处理方案需要符合科学性、合理性、经济性、时代性、安全性、可操作性等性质, 其处理原则包括以下几点: (1) 区别对待切方区与填方区、采空区与岩溶区、洞穴充填区与围充填区、路面基础与桥面基础; (2) 对顶层岩层板以厚度进行区分, 针对1~3m的岩层板进行注浆处理, 小于1m的进行凿洞与填石注浆处理; (3) 对于路基构架已经完成的填方区, 予以碾压测验其坚固程度, 通过测验的进行筋砼板加固处理, 没有通过的进行注浆处理。

2. A高速公路溶岩与采空区路基处理方法

根据上文中的处理原则相应的采取合理的处理方式, 主要步骤包括以下几个方面: (1) 浅层开挖处理, 针对溶岩与采空区顶板的厚度来决定处理方式, 1~3m以内的直接凿开, 并根据具体情况用片石充填, 小于1m的直接采用注浆处理, 并适当填充片石; (2) 静压注浆处理, 针对岩层顶板厚度在1~3m内的采空洞与溶洞, 采用静压注浆, 判断注浆量, 动作缓慢且密切注意是否跑浆, 一旦发现应立即予以解决, 通过增加加速凝剂与粗骨料比例来进行纠偏; (3) 路面连续配筋砼板加固处理, 这是一种预防性措施采取路面连续配筋砼板跨越进行加固处理。根据不同的路面结构, 采用不同的施工方式, 将连续板直接做路面不仅需要兼顾普通连续配筋砼路面的作用, 还要确保岩溶及采空区路基的稳定性, 将连续板置于沥青路面层之下的方式需要采用双层配筋结构, 并在施工前进行复杂的结构计算。

四、结语

空区处理 第6篇

1 矿山采空区处理的现状分析

国土资源调查部门的统计数据显示,当前,我国矿山采空区的总体积已经超过了45000万m3,而且每年以不低于2000万m3的速度递增。在采矿区的矿山开采中,经常发生塌陷事故,塌陷的面积也超过了1300km2,直接的经济损失超过了4亿元。采空区、火区、水区的存在,危机采矿作业安全。尤其是火区,使煤炭资源大量被烧掉,大量的CO2、CO、H2S气体进入大气层中,并有可能形成酸雨,污染生态环境,因此,我国矿山采空区的开采形势可以说不容乐观。

我国金属矿山采空区的形成过程相当长,同时也比较复杂,与采空区的矿体赋存形态、矿山开采的方法等有着密切的关系。同时,我国矿山的无序开采也是影响矿山采空区安全的一个比较重要的因素。

因此,必须在生产过程中,进行预先详细调查,控制采空区和火区及水区的范围,据以指导露天采矿生产。

前国内对采空区的探测手段,有重力法、直流电法、瞬变电磁法、高密度电法、钻探探测法等。我矿应积极创造条件,结合本矿实际,利用成熟手段。

矿山采空区的处理方法:

当前,在特定的条件下,矿山采空区能够支撑并且永久保留的除外,一般情况下均需要对其进行处理,处理的目的主要是消除空巷,防止冲击地压造成隐患。我国当前的采空区处理方法主要有五种:①崩落法;②充填法;③支撑法;④联合法;⑤封闭隔离法。

(1)崩落法。通过崩落,向空场中填充围岩,形成保护垫层,以此来防止内岩石的突然冒进,避免给矿山的开采造成危害。在处理矿山采空区时使用崩落法,可以有效消除空场,防止由于应力集中和大范围的地压活动,并且能够简化处理的工艺,提高矿山采矿的劳动生产率,有效降低空区的处理成本,在我国的矿山空区处理中有广泛的应用。

(2)充填法。用运输车辆从坑内或者是管道运输来运输废石,通过湿润的材料来填充采空巷,从而防止岩石出现塌方异状况。

(3)支撑法。采空区的支撑处理方法适用于永久矿柱或者人工矿柱支撑采空场的顶板。这种处理方法通常适用于倾斜度比较小或者中厚以下的条件,在处理过程中,允许存在冒落现象,顶板又稳定的矿体(见表1)。

(4)联合法。联合处理法就是在一个空场内同时使用几种处理方法来处理。我们知道,矿山矿体的赋存条件是不同的,而其生产状况也各不相同,这就决定了不能仅用单一的处理方法,在开采需要时,需要综合适用多种采矿方法,也就出现了联合法。联合法的采用,确保了采矿的经济合理性,而且通常比较适用。

(5)封闭隔离法。封闭隔离法的主要特点可以用一个字来概括,就是“封”,用隔离和封闭的手段来处理采空区。这是一种比较经济、简单的空区处理方法,主要适用于孤立小矿体开采之后形成的采空场、端部矿体开采后形成的采空场等。

以上几种矿山采空区的处理方法,在我国的矿山开采实践中均有着应用,其中广泛使用的是崩落发和充填法。比如湖南省柿竹园多金属矿、河南的永煤集团和广东大宝山铁矿等均是采用的中深孔崩落发处理采空区。

2 露天开采与地下空区处理一体化技术

对于地下开采转入露天开采的矿山来说,在露天开采的范围内,有着大量的条件比较复杂的采空区。对于这些采空区,必须采用开采与空区处理一体化技术进行处理,以此实现露天强化开采的目标。在这种技术应用中,要把露天采矿按照空区分布合理划分出开采的区域,按照处理的难度和等级等划分,分期、分段开采矿区,创新作业的手段,首先需要探测采空区,确认空区的顶板原岩厚度,同时监测高危空区,建立和健全安全预警系统,从而解决开采与空区处理一体化技术的技术难题。

2.1 地下空区探测技术

对于地下空区的探测,必须是精确的。由于地下采空区的范围、大小和动态等具有相当的不确定性,因此,在这种情况下,随着露天开采的进行,就需要准确掌握地下空区的情况,从而为采矿人员确定开采的厚度、制定安全作业的隔离措施等提供依据,合理分析和判断空区的塌落位置与范围。

此外,矿山的露天开采具有一定的危险性,准确探测地下采空区的资料,可以为露天开采的处理提供准确的数据资料,尽量或者消除采空作业区域塌落的危险,确保矿山开采人员的安全性,以及设备的安全性。

当前,我国采空区的探测方法:①钻孔探测法;②地球物理方法;③三维激光探测仪。但是这三种方法具有各自的优缺点,具体选用何种处理方法,则要根据矿山采空区的实际情况来确定。其中,钻孔探测法的精度比较高,可准确探测采空区顶板的厚度、高度和平面位置,可验证有资料空区,但是其缺点是作业量大,需要多次穿孔。而地球物理探测方法成本比较低,但是和钻孔探测法相比较来说,其在精度方面有一定的欠缺,而且在探测地表浮渣厚度时,一般误差比较大,不利于指导生产实践。最后,三维激光探测仪的探测方法比较简单,而且探测的精度相当高,可以自动成像,但是该探测方法的使用条件是,必须有通往空区的探测空,而且在有矿柱阻挡时,无法获取完整的空区图像。

在我国矿山采空区的探测实践中,通常采用三种探测技术相结合的方法,以钻孔探测技术为主,三维激光探测和地球物理技术为辅。

2.2 采空区处理技术

事实上,矿山采空区的处理,主要是转移应力集中的部位,从而实现缓解或者释放围岩应变的目标,实现应力的相对平衡,确保矿山生产的安全性。在矿山采空区处理中,采用充填法,由于空区的充填量比较大,所以其运行的成本比较大,对露天采矿也会有一定的影响,因此,在处理采空区时,通常不选用该方法。而地表崩落处理方法,具有施工方便、处理效果好等优点,是处理采空区有效的方法。

在利用地表崩落发处理采空区时,首先需要根据露天开采的现状、矿体的赋存条件和矿岩稳定条件等,分析矿区的处理难度,根据处理的难度不同,合理划分采空区处理的不同区域:对于比较容易处理的区域,可采用单层中深孔爆破处理的方式,而对于比较不容易处理的采空区域,条件比较复杂的区域,则采用深孔爆破一次处理的方式,或者首先处理上层采空区,然后再做相应的处理,直到处理完采空区。

此外,多层复合空区的一次处理方法:侧翼揭露斜孔分次法、台阶分段或者并段处理方法等。

2.3 深孔控制爆破技术

(1)同步一次中深孔强拉槽爆破处理技术。在采矿区整体爆破的同时,把采空区看作是自由面,对于前段,强行一次拉槽,然后转换成侧向爆破,从而为无露天天台阶侧向自由面的深孔处理提供可能。

(2)差别抵抗线深孔爆破处理技术。对于采空区或者爆破自由面的形态比较大,需要合理确定爆破量,布置不同深度的深孔,进而达到爆破能量所需的平衡。

(3)对于大面积单孔和排间分段复合起爆处理技术。如果使用的是一次性爆破技术,同时采用单孔起爆与排间分段起爆的复式网络,则需要采用SHOTPLAN软件来设计起爆网,然后把单孔起爆的时间、等时线和抛掷方向等准确计算,确保网络的安全,可以满足露天强化开采的需要。

2.4 露天开采地压监测技术

如果是在矿山地下采空区的上方作业,而且是台阶生产作业,则需要监测地压的变化,实时报告空区顶板岩石的应力情况。对于地压的监测来说,其监测网的布置英语露天台阶的生产紧密结合起来,然后重点监测地下采空区的情况。对于监测网络来说,需要布置众多的监测点,也就是其监测的面积要广,通常采用局部重点监测、整体宏观监测相结合的方式,以固定监测为主,辅之以临时点监测。同时,地压监测方法有两种:①流动间断性监测方法;②连续监测方法。

此外,对于不同的矿段、时期的露天开采与空区处理,在台阶推进、运输和穿孔等施工阶段,均需要采取相应的安全措施,制定完善的应急预案。

3 结语

在本文中,笔者首先分析了我国金属非金属矿山的采空区开采的现状,从中我们可以看出,我国矿山采空区的开采形势不同乐观。所以,这就决定了必须研究露天开采与采空区处理一体化技术。在本文中,笔者从露天开采地压监测技术、深孔控制爆破技术、地下空区探测技术和采空区处理技术等几个方面分析了这一命题。

参考文献

[1]高建民,林卫星.露天开采与采空区处理一体化技术[J].采矿技术,2011(9).

[2]程建勇,欧阳泽.地下多层复杂采空区处理的工程实践[J].爆破技术,2009(13).

[3]王春义.露天中深孔爆破处理地下采空区的时间[J].采矿技术,2009(34).

[4]秦玉辉,林卫星.大面积单孔与排间分段复合气爆技术在处理采空区中的应用[J].山西煤炭,2013(12).

采空区悬顶面积超标时的处理 第7篇

关键词：采空区,悬顶,顶板,问题,对策

0 引言

三元晋永泰煤矿现开采15#煤层, 煤层顶板属坚硬的K2灰岩, 顶板管理采用预先顶板弱化后垮落法维护顶板。实际开采过程中, 在风、运两巷外测存在放顶余量或垮落不足, 致使悬顶面积超过20m2的现象时有发生, 一旦悬顶面积过大且瞬间垮落, 会给安全生产带来不必要的麻烦, 比如摧毁支架、摧倒人员等, 现就此安全问题作出分析和解决。

1 解决问题的途径

坚硬顶板的控制有两种不同的观点和途径, 一种是维持顶板稳定不冒, 安全采出煤炭;二是促进和改善顶板冒落, 安全维护采场空间。属于第二种的方法有压力注水弱化顶板法、强力支护切顶法、爆破放顶法和其他引发顶板冒落的方法。

三元晋永泰矿采用的爆破预裂弱化顶板的方法, 而影响弱化顶板效果的有切眼内炮眼的布置、最小抵抗线的确定和炸药的装药量, 三元晋永泰出现放顶不全, 在上隅角出现成三角形的顶板余量, 导致在回采工作面向前推进过程中出现大片的未脱落的顶板, 在回采到一定区域, 大片顶板脱落, 形成暴风, 对生产设备和人员造成一定损害。根据上面爆破放顶影响的因素中可以看到, 可以从两个方面入手进行改进, 而就三元晋永泰的实际工作面情况, 从下面两个方面进行改进:

(1) 在两侧煤墙垂直向上布置两个炮眼;

(2) 少量的增加炸药量, 使得弱化范围加大。

由于考虑到在回采工作面顶板自动脱落时仍旧会出现脱落不完全的情况, 然后又成了老空区, 考虑到安全因素, 如瓦斯积聚等, 可以用压力注水弱化顶板法并且需要定向软化。其中水力至裂力学理论为:

其中分别为水平应力, 垂直应力, 注水压力, 初始裂缝倾角, 开裂角, 型尖端应力强度因子, σ型尖端应力强度因子, 岩石断裂韧度。

根据上面两式可以确定出所需的注水压力。由上面的公式可以知道致裂顶板的影响因素有:钻孔所在部位受的垂直应力以及水平应力, 初始裂缝的倾角、初始裂缝的直径、岩石的断裂韧度及起裂角等。

三元晋永泰为k2型石灰岩的顶板, 其致密坚硬, 整体性、稳定性好。其力学性质为单轴抗压强度47MPa, 单轴抗拉强度为7.56MPa, 抗剪强度为16.11MPa, 垂直应力大致为12MPa。此大致可以借鉴王台铺煤矿定向水力压裂处理坚硬顶板的相关技术。王台铺煤矿与三元晋永泰的地质状况大致相同。

采用定向水力压裂技术能够大大削弱顶板的强度和整体性, 使采空区顶板分层分次及时垮落, 具体方式就是在钻孔压裂段预制裂缝, 进而控制水力压裂裂纹扩展, 在压裂和软化两个方面对坚硬顶板进行有效的控制。

(1) 压裂钻孔布置方式。压裂钻孔的布置有单侧和双侧两种方式, 双侧布置时比较容易施工, 这是因为双侧压裂时顶板弱化均匀, 工作面中部钻孔位置高, 分割器推进距离短;单侧布置时施工难度很大, 这是因为单侧钻孔布置只在一条顺槽施工钻孔, 这种情况虽然带来了一定的好处, 比如减少了工作量等, 但是对钻机的性能、孔的直度等要求都很大, 导致施工难度很大。钻孔的水平投影与巷道的水平夹角一般为70°~75°, 这样可使工作面逐步接近和进入水力压裂影响区;钻孔仰角则根据钻孔布置要求而定, 按单层孔布置时一般不超过20°, 按双层孔布置时, 上层孔角度可适当大一些。压裂区钻孔一般布置在离煤层5m以上顶板中, 否则会造成顶板维护困难, 压裂区的上限一般为15m~25m, 与顶板活动规律相适应。

(2) 钻孔开槽。第一步是在坚硬的顶板上用坚硬岩石专用钻头或者大功率地质钻机等打孔。要求孔径是56mm, 同时孔的深度由坚硬顶板的厚度和钻孔的角度共同作用决定, 其中钻孔的角度是根据压裂面调度的不同而变化的, 一般来说, 钻孔仰角不会大于20°, 并且巷道的水平夹角和钻孔的水平投影控制在70°~75°;第二步需要在钻孔的底部开一个直径约为孔径一倍的楔形槽, 可以通过更换钻头达到此目的;第三步是为了观察开槽效果, 需要利用小孔径全景钻孔窥视仪进行钻孔窥视;第四步是用静压水冲洗钻孔, 为下一步压裂做准备。

(3) 压裂工艺。封孔、高压水压裂、保压注水是顶板水力压裂的三项主要工艺。该压裂系统的主要组成部分包括:静压水进水管路、高压水泵、水泵压力表、蓄存压裂介质水和油的储能器、流量计、手动泵、手动泵压力表、快速连接的高压供水胶管、水压仪、封孔器、压裂钢管 (管壁打孔) 。

(4) 封孔方法。首先应该在预定封孔位置放上橡胶封孔器, 就是在预裂缝的地方放上压裂钢管段, 然后使用手动泵给封孔器注水, 直到压力达到9MPa~12MPa, 这时封孔器胶管由于膨胀会紧贴着孔壁, 在这种情况下, 封孔器能够承受很大的水压, 使预裂缝起裂并不断扩展, 进而起到弱化顶板的作用。

(5) 效果监测。通过在压裂孔周围布置观测孔就可以达到水力压裂效果的监测目的, 这是因为在压裂过程中一旦出现压裂, 观测孔就会有水冒出, 进而确认压裂的范围, 并且还能够观察到裂纹的方向;同时在压裂区域进行系统的矿压监测, 包括顶板位移与离层、支架受力状况、顶板来压步距, 巷道围岩位移、支护体受力, 煤柱应力分布, 通过处理与分析矿压监测数据, 综合评价水力压裂控制顶板的效果。

2 具体方案的实施

煤矿风、运两巷采空区悬顶的出现随工作面推进、顶板维护、顶板变化、地质构造等情况的变化而出现, 故水力压裂技术的选择宜选用单侧钻孔布置在一条顺槽施工。当风、运两巷采空区出现悬顶, 且其面积不大于10m2, 纵向长度不超5m时施工水力压裂钻孔, 确保悬顶面积在不大于20m2时能够自动垮落, 不至于出现威胁安全生产的情况发生。

3 施工效果

在施工过程中, 压裂孔封闭效果良好, 没有流出水, 随着水泵压力的增大, 封孔器内压力逐渐升高, 封孔器能够保证封孔效果, 达到了晋永泰煤矿所需致裂的压力;水的高压使钻孔裂缝开裂并大范围扩展, 成功在坚硬顶板中压出裂纹, 同时也软化了顶板, 达到了预期效果。通过水力压裂技术对采空区悬顶的处理, 采煤工作面因顶板悬顶面积过大带来的危害得到了明显缓解, 两巷支护及加强支护得到了明显好转, 重大危险源得到了有效控制, 安全管理的重点得到转移。

参考文献

[1]冯彦军, 康红普.定向水力压裂控制煤矿坚硬难垮顶板试验[J].岩石力学与工程学报, 2012, 31 (6) :1149-1155.

[2]长命.定向水力压裂技术处理坚硬顶板试验研究[J].现代建设, 2012, 11 (8) :21-23.

空区处理 第8篇

娄台子二采区现有娄台子大竖井、北沟竖井、娄台子大斜井、宋铁柱竖井、娄台子1号盲竖井、娄台子2号盲竖井、北沟盲竖井、宋铁柱盲竖井共8条井, 另外还有一个安全出口, 共开拓9个中段, 分别为4 1 0 m、3 7 0 m、3 2 0 m、2 7 5 m、2 2 3 m、175 m、125 m、75 m、25 m水平, 其中223 m水平以上矿房已经采完, 矿柱和采空区还未处理;目前175 m中段采准工作已经结束, 正在进行175 m回采工作, 已经回采了3个矿房;125 m、75 m、25 m水平的开拓和采切工作正在进行。娄台子二采区西侧有国家沟村, 在采空区处理塌陷范围之外, 但有一处民房距塌落线较近, 处理采空区时要对其加强监测, 对其安全有威胁时, 必须搬迁;南侧有吴台子村, 吴台子村距岩石移动界线400 m, 采空区处理对其无影响;东侧有娄台子村, 最近的民房距岩石移动界线14 m, 采空区处理对其影响不大, 但要对其加强监测, 以确保安全。娄台子二采区西侧70 m即为娄台子一采区, 采空区处理对其无影响。娄台子二采区距其它采区均在500 m以上, 不会互相影响。

1.1 课题的提出及意义

娄台子铁矿二采区内223 m以上矿体已经回采完毕, 随着深部中段采空区的形成和扩大, 将会导致地压增加, 威胁深部生产阶段的安全, 是以后生产活动中发生大规模地压活动的隐患。同时, 造成矿柱的变形和破坏, 使得矿柱的回采更加困难, 甚至不能回采, 成为永久性损失。对于矿山生产能力来说, 矿柱回采矿量占有一定的比例。如果矿柱存在时间过长, 将会增加同时工作的阶段数, 积压大量的矿量和设备, 延长巷道和风、水、压气管道的维护时间和增加生产经营费用, 并占有矿山一定得资金, 在经济上造成损失。经估算, 本次回采的矿柱矿量达112.12万t, 及时回收这部分矿柱矿量对缓解矿山生产能力, 延长矿山生产服务年限, 延缓深部中段的采准、切割及回采具有实际意义。

1.2 设计的主要内容

依据矿山提供的矿房回采后的矿柱现状和地下采空区资料, 确定223 m水平以上矿柱回采及采空区处理方案, 估算采出的矿石量, 确定矿柱回采及采空区处理工程量[1]。

2 采空区处理

2.1 处理方案选择

处理采空区常用的方法有:崩落围岩处理采空区、充填采空区、永久矿柱支撑采空区、隔绝密闭与疏通采空区, 采用以上方法的联合方法处理采空区等五种[2]。

娄台子二采区地表允许陷落, 因此本次选择崩落围岩处理采空区方案, 同时回收矿柱残矿[3]。

根据矿山矿岩特征, 以及所留矿柱和空区特征, 工人不可能再在空区内进行采矿作业。矿柱回采的采准、切割工作均在顶柱上下盘的沿脉巷围岩内进行。穿孔在脉外凿岩硐室内进行, 采用束状中深孔大量崩矿的采矿方法。矿山空区中段多, 矿柱矿量大, 采用一次性爆破很不现实, 设计采用从上至下的方法, 即先处理上部中段的采空区, 再依次处理下部中段的采空区;在同一水平, 先处理上盘矿体的采空区, 再处理下盘矿体的采空区, 矿体间距较小时, 上下盘矿体同时处理;每次爆破1~2个矿房, 间柱、顶柱、上盘围岩同时爆破, 用分段导爆管控制起爆顺序, 起爆顺序为间柱-顶柱-上盘围岩。崩落后视矿房底部是否安全, 在确保安全的情况下可以从本中段出矿, 否则需在下面的空区处理后从下部中段出矿[4]。

上盘围岩采用硐室爆破, 与矿柱回采属同一次爆破, 起爆顺序上在矿柱回采后。当崩落矿石从底部运出, 其上盘爆破后的围岩随着矿石的运出开始下降, 最终形成20~30 m缓冲垫层。硐室爆破最小抵抗线取5~6 m, 硐室间距15 m。硐室规格111。

2.2 工程布置

在370 m、314 m、268 m水平掘上下盘沿脉巷道, 在沿脉巷内每隔15 m掘凿岩硐室, 规格3 m3 m, 向矿体方向凿束状中深孔。在上盘沿脉巷内每隔15 m掘采空区处理装药硐室, 规格1 m1 m。每个水平均设有入风巷 (或天井) 和回风天井, 天井内设梯子间, 兼作安全出口。保证每个水平均有两个以上安全出口。

矿柱回采与空区处理总采准工程量为10276 m/41473 m3, 详见表1。

3 结语

崩落围岩处理采空区的目的是使围岩中的应变能得到释放, 减小应力集中程度。矿房采完后, 矿柱是应力集中的部位, 设计采用从上至下的方法, 并按分段导爆管控制起爆顺序, 即为间柱-顶柱-上盘围岩的爆破顺序处理采空区, 这样处理矿柱完全, 且采准工程量相对较小, 对矿山来说, 经济节省安全。

参考文献

[1]王青, 史维祥.采矿学[M].北京:冶金工业出版社, 2009.

[2]胡家国, 马海涛.铁矿采空区处理方案研究[J].中国安全生产科学技术, 2010.

[3]李纯青, 姚香.采空区处理新技术的理论研究及应用实践[J].黄金, 2004 (1) .

空区处理 第9篇

本文将结合750 kV送电线路设计的特点,分析煤矿采空塌陷特点及对送电线路的影响,探讨安全可靠、技术先进和经济适用的线路设计方案和处理措施。

1 煤矿采空塌陷特点及对送电线路的影响

1.1 采空区塌陷的一般规律

1)当采厚比小于30时,地表出现台阶状下沉和较大裂缝等非连续变形现象。当采厚比大于30时,地表一般出现连续沉降变形,但在地表沉降移动盆地边缘,裂缝较发育,其大小随采深的增大而减小。2)开采后地表沉降系数随采深增大而减小,目前采深情况下一般为0.8左右。3)开采后地表沉降移动总时间约为3年,开采后3年可完成95%的沉降量,活跃阶段一般为6个月～8个月。4)地表下沉主要发生在活跃阶段,下沉量要达到总下沉量的85%以上,延时下沉量很小。

1.2 采空区地表变形及其影响

对于采空范围小、开采深度浅的煤矿,其地表变形剧烈,易产生较大的裂缝和陷落,对建筑物破坏作用较大。但其影响范围一般较小,不会出现大面积的地表移动和变形,线路经过此地区时,可采用大档距跨越的方式避让。

对于采空范围大、开采深度大的煤矿,采空巷道上部的地表覆盖岩层,因失去平衡而发生大范围的移动和变形,形成地表移动盆地。根据地表移动盆地的变形差异和特点,可将地表移动盆地分为均匀下沉区和不均匀变形区。在此均匀下沉区域架线或立塔,采取适当的结构处理措施,可以满足线路安全运行的要求。

2 对煤矿采空区现状的调查

当在采空区立塔时,应查明以下内容:1)矿层的分布、埋深、煤层厚度、层数等埋藏特征,矿层顶板厚度、岩性、产状及构造条件和水文地质条件;2)矿区采空区、计采区和规划区的分布范围、矿井主辅坑道走向、采掘面积、矿层的开采方式、顶板管理方法等;3)采空区地表变形特征;4)当地建筑经验;5)矿区内村庄、厂矿、交通设施等是否有保护设施。

要特别注意充分调查、利用地方政府、矿管部门对重点采空区的技术探测,塌陷预警工作的成果。预防采空区灾害,首要之责是准确掌握采空区的位置。

除了按上述规定进行调查外,线路采空区调查还应重点掌握以下内容:1)查明地质构造成因,掌握煤田区地质断层分布范围及规律。2)查明矿区无矿带或有矿柱的地段。3)调查该矿区开采设计、技术、减塌技术与措施。

通过分析研究收集的资料,掌握煤矿采空区现状。

参照DL/T 5122-2000 500 kV架空送电线路勘测技术规程规定,还依据设计经验,采空区塔位宜选择在下列段:1)已充分采动,且无重复开采可能的地表移动盆地中心区。2)地质构造简单,采空区顶板岩体厚度大,坚硬完整,地表无变形地段。3)矿区的无矿带或有矿柱的地段。

3 采空区线路设计的一般原则和处理措施

3.1 采空区送电线路设计的一般原则

1)线路路径选择应首先考虑避开煤矿塌陷区或塌陷比较严重地段。2)路径尽量选择在地势较为平坦的地段,特别应当避开陡峭的山区地段。尽可能保证每个塔位的天然地基的稳定可靠性。3)路径尽量选择在开采后3年以上的矿区,一般开采3年时间可完成95%的沉降量,使塔位位于趋于稳定的采空区。4)路径避让开采深度浅的煤矿,即采深与采厚之比小于20的采区,避免塔位落在地表发生剧烈变形、地表出现陷坑地域。如无法避让,可考虑预留保安煤柱通过。5)有条件时,矿区路径尽量沿主巷道,或留有煤柱的建筑物(构筑物)附近通过。6)塔位尽可能避开采空区的不均匀变形的边缘地带,尽量将塔位放置在沉降盆地中间地带的均匀下沉区。7)路径选择应考虑2回线路之间留有适当距离,至少不应在同一个塌陷区,以减小塌陷同时对2回线路产生影响的概率。8)尽量缩小耐张段长度,减少塌陷对线路产生影响的范围,并尽可能避免在塌陷区内设置耐张塔。9)当采用自立式直线塔跨越采空区时,宜尽量使用高塔放大档距,降低采空区塌陷对线路产生影响的概率。10)根据采空区沉陷特点,为了保证导线对地距离的要求,铁塔高度应留有一定的富余度。11)塔位应尽量选择在塌陷已完成的老采空区和采厚比大等不产生塌陷或沉陷量小的地段。12)采空区直线塔型应优先采用过载能力大、抗变形能力强、可调整变形的V形拉线塔。13)自立式铁塔基础应采用复合防护大板基础,提高基础抗变形能力。

3.2 采空区线路设计的处理措施

3.2.1 安全地带法

安全地带法就是避开采空区或其中不稳定地段,选择离采空区一定距离的安全地带或采空区中相对安全地段立塔。在采空区线路设计中,安全地带法是优先选用的处理方法。

3.2.2 采深采厚比法

大量的地表观测资料和工程建设经验表明:1)当深厚比小于40时,采空区不宜进行送电线路建设,除非塌陷已经完成,地基土已稳定。2)当深厚比大于200,采空区地表变形很小时,可以进行送电线路建设。3)当深厚比在40～200之间时,应结合围岩强度、产状、完整程度、构造发育程度和开采条件等综合判定。

3.2.3 预留矿柱法

对于计划开采区,当线路杆塔位置无法避让时,可与有关部门协商,采取预留矿柱法,压覆一定的矿产资源。预留矿柱法对于煤层埋藏较浅的情况,相对比较容易实现。当煤层埋藏较深时,考虑到塌陷影响的范围过大,因而需要预留矿柱的面积过大,压覆的矿产资源过多,一般难以实现。

3.2.4 停采或改变开采法

对于沿线正在开采的规模不大,储量也不大的小煤矿,可会同有关部门与当地政府协商停止开采。对于正在开采的规模大,储量也大的煤矿,但其煤层埋藏较深,上部岩石较为完整,预测可能发生地表变形的塔位,预留矿柱法无法实现,可会同采矿部门和煤矿设计部门共同协商,并由煤矿设计部门提出可靠的、确保满足塔位地基稳定的开采方法。

3.2.5 地基处理法

1)洞体衬砌法。洞体衬砌采取的主要方法:锚杆支护、洞壁衬砌和喷射混凝土支护等。2)浅层地基处理法。采空区顶板埋深小或深厚比小于40的地区,对于已开采完毕,还未发生塌陷的矿洞,可对影响塔基范围内的矿洞进行填堵,保证其稳定性。对于裂缝、塌陷明显的采空已变形地段,判断其塌陷已基本稳定后,可采用压力注浆进行浅层地基加固,提高地基土的整体性,确保塔位地基不再发生过大变形。3)深基础法。对于采空区埋藏深度特别浅(10 m～20 m),已发生沉陷但尚未稳定的地段,可采用桩基础穿过塌陷层直到矿洞下部完整稳定的基岩上的处理方案。

3.2.6 结构措施处理法

结构措施处理法主要有以下两种:

1)杆塔结构处理法。所谓杆塔结构处理法就是选用适宜采空区使用的杆塔,如拉线塔。拉线塔的突出优点是过载能力大,抗变形强,拉线可根据变形情况调整。

当前使用较广泛的拉线塔有拉门塔和拉V塔两种,两者相比,在采空区拉V塔更具有优势。

2)基础结构处理法。采空区自立式铁塔一般采用的措施:基础与塔脚需采用地脚螺栓连接,地脚螺栓外露有丝扣,长度加长100 mm～200 mm,以备不均匀沉降发生后调整塔身恢复就位。

为了抵抗由于地基沉降和基础位移给铁塔带来的附加内力,铁塔及地脚螺栓的强度要留有一定储备。

为防止4个基础相对不均匀沉降给铁塔带来的危害,在基础底面设置一块整体现浇钢筋混凝土大板,基础与大板之间铺垫100 mm厚卵石加砂垫层,使基础与大板之间具有一定的滑动性,以便于地基沉降基础滑移后调整复位。

4 结语

送电线路经过煤矿采空区,通过详细的地质调查和收集资料,掌握煤矿区地质构造、采空现状、塌陷规律是关键。根据山西、河南、陕西等省20年来煤矿区多条送电线路的设计和运行经验,所述原则和措施针对性强,实践证明切实有效,经济效益明显,在安全可靠、先进适用、经济合理、资源节约、环境友好的基础上,能够建设投资合理、优质高效的750 kV送电线路。

摘要：结合750 kV送电线路设计的特点,分析了煤矿采空区塌陷特点及对送电线路的影响,提出了采空区线路设计的一般原则和处理措施,以避免意外情况的发生,确保线路的可靠运行,从而提高工程的经济效益。

关键词：采空区,送电线路,塌陷,处理措施

参考文献

[1]付明翔,韩为民,默增禄.煤矿采空区500 kV输电线路设计的探讨[J].电力建设,2004(5):37-38.

[2]张建强,杨昆,王予东,等.煤矿采空区地段高压输电线路铁塔地基处理的研究[J].电网技术,2006(10):19-20.

[3]史振华.采空区输电线路直线自立塔基础沉降及处理方案[J].山西电力技术,1997(2):25-26.