【浅论公路隧道煤矿采空区的处治方法】 煤矿采空区

　　摘要针对某隧道工程及煤层采空区工程地质的特点,探讨隧道工程在煤层采空区地段的治理方法,并在此基础上,提出适合于隧道工程在煤层采空区地段治理的方法与对策。 　　关键词隧道;采空区;治理方法
　　中图分类号 TU4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0027-01
　　
　　近年来,随着国家经济的快速发展,我国开始大规模兴建高等级公路。然而,在煤炭资源被地下开采后,所留下的采空区对高速公路的修建和运营产生了严重的影响。采空区的存在常常在地表形成沉降盆地并产生裂隙和陷坑,由于这是一个逐步发展的过程,可能会对高速公路的路基路面产生不可忽视的潜在危害。因此,为保证高速公路施工及运营期的安全可靠,采空塌陷区的探测、危害性评价及治理工作势在必行。
　　1工程概况
　　贵州省镇胜高速公路工程龙井隧道位于贵州省安顺市,为分离式隧道,设计为双向四车道,单洞净宽11m,净高5.0m。该隧道是镇胜高速公路工程重点控制工程之一。该隧道受区域性地质构造影响,隧址区断裂构造较为发育,主要以北东向、东西向断裂为主。隧道位于当地侵蚀基准面上,地表水总体较贫乏,洞顶多为弱、微风化岩,富水性、透水性较差,未见规模较大、透水性较好的断裂发育,隧道开挖不易发生突水现象。该隧道地处煤系地层,穿越黄草斜煤矿,煤层通过区围岩级别为Ⅵ级。根据区域资料,本区煤系地层为低瓦斯区,但存在煤层,可能存在瓦斯的局部富集。
　　2采空区情况
　　根据隧道路线与黄草斜煤矿线路复合勘测结果,发现在隧道左线ZK187+660处有一采空区,采空区为直径3m平硐,长约50-80m,采空区穿越隧道洞轴线,前端贴近隧道边缘与隧道近乎平行跟进,后端与隧道轴线呈50-60°斜交。该采空区形成时间较长,没有任何支护措施,部分段已经坍塌,加之与未穿越段与隧道间距太近,更重要的是采空区顶位于隧道洞定上方,这就形成了长达数十米的危险段,给施工带来极大不利影响。采空区有以下特点:
　　2.1隧道地质条件差
　　龙井隧道以Ⅴ级围岩为主,并穿越煤层,围岩无自稳能力,地下水非常集中,开挖时易发生坍塌。
　　2.2采空区无准确预报
　　原设计龙井隧道此段没有采空区,设计单位没有提供详细资料,仅仅根据隧道设计图纸与黄草斜煤矿采空区分布图纸对照判定,围岩预报工作非常困难。施工中提前采用地震反射波和水平钻孔等手段对采空区段进行地质超前预报工作,及时准确判定采空区情况。
　　2.3隧道可能存在有瓦斯等有害气体富集、突水等现象
　　2.4隧道受采空区影响范围较长
　　采空区除穿越隧道外还有部分贴近隧道洞身。
　　3采空区危险因素预防处理措施
　　1)瓦斯等有害气体预防及排放为防止瓦斯突出,在施工中距离采空区前10-15m采用超前钻孔排放瓦斯,排放孔采用108孔,各钻孔间距0.5m。排放过程中,每一断面都应施作检测孔,并设置测压孔安装测压计测压,进行瓦斯突出危险性检测,以保证瓦斯排放结束。如排放后仍有危险,可采用抽放或水力冲孔。针对瓦斯含量,隧道内采用混合式通风,在洞内凹陷处,设置小风机作移动式吹风防止瓦斯聚集。
　　2)突水预防及排放为防止采空区突水,设立了移动式抽水站,用平板车安设高扬程、大流量的抽水机2-3台,配足所需配件,并清理隧道两侧边沟,一旦发生突然涌水,开动移动式抽水站,向洞外抽、排水。隧道上断面开挖至(ZK187+670)时,利用地质钻机分别在拱顶、拱腰、起拱线处钻5个73mm孔,并在孔口部分用112mm钻头开孔,孔内放置108mm长2m钢管作孔口管,管外端焊接法兰盘。当孔内出水较大时,可用安装的闸阀将水临时堵住。
　　4常用的采空区处理方法
　　处理采空区不良地基常用的方法,大体上可分为两个方面:
　　1)选用合适的基础形式,使上部建筑结构不受采空区不良地基影响。常用的方法是桩基础。
　　该方法以桩基形式支撑未冒落的顶板,其优点有:①材料用量少,经济合理;②因为桩体为混凝土构成,且浆液固相中水泥占1/3,起支撑作用的桩本身强度较高;③针对高速公路各部位的负荷不同和沉降危害程度不同,可灵活地设计桩间距离。
　　不足之处是:制作桩体时需要反复作业,逐段施工,工序较复杂,工时较多,并且要设法保证桩顶面与空洞顶板有一定的接触面积,真正起到支撑作用,工艺难度较大,而且可能有噪声和振动。
　　2)针对采空区不良地基本身做文章,改善不良地基的岩土工程性质,提高其抗压强度,使其满足上部附加应力对其强度和变形的要求。常用的方法是注浆法。
　　注浆法是采用气压、液压或电化学方法原理,把某些能固化的浆液注入各种地层的裂缝或孔隙,以改善地基的力学性质。注浆充填基本上可以分为两类:渗透式注浆法和浆注式注浆法。渗透式注浆法是利用液压或气压把凝固的浆液注入岩土体裂隙或孔隙中。浆液在一定压力下充填、渗透和挤密方式,赶走土颗粒间水分和空气后占据其位置,基本上不改变原有岩土松散的结构和体积,凝固后的松散岩土体成为强度高、变形模量大的有机整体,从而可改善岩土介质的物理力学性质,满足工程上对其稳定性的要求。浆注式注浆法是利用钻孔把浓度高、粒径较大的浆液通过高压注入采空区,并在浆液中掺入一定量的速凝剂,由于浆液这些特殊的性质,注入后浆液在采空区松散岩土体中迅速凝固,有效扩散半径很大,凝固后的浆体在采空区形成一个上小下大的锥状体,由于这种锥体的柱体具有强度高、变形小的特点,它象柱子一样起到支撑上部岩体的作用,防止上覆岩土体在新的附加应力作用。
　　该处理方法优点有:①施工工艺简单;②流动的浆液能够比较充分、均匀地充填岩块之间的空隙及采空空间;③对水质污染影响较小;④没有噪声、振动和地面位移;⑤不会引起大气污染和地面泥浆污染。
　　缺点是:①充填材料的浆液结石体强度较低;②需要充填、加固75%-85%以上的采空区,材料用量较大。
　　经过以上多方面的分析,注浆法满足投资少、施工工艺简单、保护环境等原则,故最终决定对本采空区采用渗透式全充填注浆方法处理。
　　
　　参考文献
　　[1]王联.西山坪隧道隧底煤层采空区的整治[J].现代隧道技术,2007,06.
　　[2]郝卫国.煤矿采空区治理新技术[J].山西建筑,2003,03.
　　[3]张金莉,冯明月,牛建军.锦阜线高速公路煤矿采空区处理方法的研究[J].山西建筑,2006,19.
　　[4]邱礼球,王彦虎.公路隧道通过煤矿采空区施工技术[J].隧道建设,2008,05.
　　[5]张志沛,覃羡安,刘旭.隧道在煤层采空区的治理方法[J].公路,2005,08.