在煤矿生产的过程中,随着大量的煤被采出,地下会形成越来越多的采空区。由于小窑的乱采滥掘,采空区面积也呈逐年增大的趋势。由于采空区垮塌,造成地面裂缝,毁坏耕地、建筑物等设施,引起当地生态环境的恶化,为此及时有效地治理采空区,避免地质灾害的发生是煤矿安全生产中的一项重要工作。
1 地质概况
杏儿沟煤矿地处大同煤田的南部,可采煤层有3#, 7#, 10#, 11#, 12#, 14#和15#共7层,均为侏罗纪煤层, 3#层煤厚2.6~3.0m,直接顶为砂质页岩,厚1·5~2m,老顶为5~8m的细砂岩、中砂岩互层; 3#层为近水平煤层,距地表20~100m,平均为70m。该矿通风方式为中央边界抽出式,风井场界位于井田的东部,由于附近小窑偷采乱挖,把杏儿沟矿风井场界下部的3#层采挖一空,该处3#层距地表20m左右。该场界3#层保护煤柱在80年代曾被部分采挖,当时进行了一定的处理措施,近几年又遭小窑大面积采挖,经实地勘查,原留煤柱全部被采挖,有的地段顶板弯曲下陷,波及地表,造成地表裂缝;有的地段,直接顶垮塌,面积约1 900m2,大部分是悬空状态,时时存在大面积全部垮塌的潜在危险,一旦发生,杏儿沟矿东风井将遭受毁灭性破坏,后果不堪设想。为了不使该风井遭受灭顶之灾,经考查论证,决定治理其下部采空区。治理方法是:对垮塌区采取从地面打孔注浆,孔径?150mm,充填C20砼;对大面积悬顶区采取每隔一定距离砌筑石墩,来支撑顶板。
2 具体实施方法
2·1 测图
首先由地测部门现场测量,测出井下采空区及塌陷区与风井场界相对应的准确位置,见图1。根据所实测的图件,设计布置注浆孔,支撑石墩的位置。编制工程预算书。
2·2 石墩施工
施工前要编制切实可行的安全技术措施,搞好井下通风,选择好材料输送线路。
2·2·1 安全应急临时支护
由于保安煤柱被采挖,顶板大面积悬空,矿压大,故先采用木堆柱加强临时支护,以利施工。首先在风井场界下部采空区范围内由外向里逐渐支设堆柱,一般排、柱距都为2m,每根柱子直径要大于20cm,每3根柱子为1堆,堆柱不带帽,要用楔子与顶板挤实。永久支护后不要求回柱,如遇砌石墩处可拆掉临时支护。
2·2·2 永久支护
在临时支护作业后要进行保护范围内的补砌片石墩永久支护,砌筑石墩采用由里向外的作业顺序。石墩要砌筑在坚硬实底上,支撑石墩要与顶板严密结合,不留空隙,规格为2m×2m×采高的方形,在风井场界所对应的采空区内柱与柱间距为4m,根据岩层垮落角(75°)支护范围向外延10m,在四周外延10m的区域内柱间距为5m。
2·3 打孔注浆C20砼充填
对采空塌陷区,无法砌筑石墩来支撑顶板,采用从地面打孔注浆、C20砼充填的办法来治理采空区。具体方法是:根据测图设计的钻孔位置、进行打孔,孔径150mm。钻孔打到采空塌陷区即可注浆,注浆前先将采空塌陷区四周每隔2~4m,打木支柱,然后钉上木板将塌陷区围住,注1∶3的水泥砂浆,目的是将塌陷区垮落的岩石最大限度地固化成一体。注浆采用的设备为注浆泵,砂浆经延深到垮落带的带有网眼的花钻杆。通过注浆泵加压后喷射到垮落岩石的裂缝中,注浆完毕后,拔出钻杆,移走钻机打下一个孔。C20砼充填即可开始,注C20砼过程中人工要攉砼直到充满为止,进行下个孔充填工作。C20混凝土配比见表1。为了加快支护采空区的进度,注浆、C20砼与砌筑石墩平行作业。
3 治理效果
该项工程历时2个月,大同市煤炭工业局对该工程进行竣工验收,验收结果为工程质量完全符合设计要求,起到治理采空区的目的。直至现在没有发生风井场界地基下陷、开裂等地质灾害,保证了该矿正常、有序地安全生产。
4 结束语
防治采空区引起的灾害最重要的是从源头上抓起,各矿山企业一定要严格遵守煤矿开采的有关技术规定,合理的留设保护煤柱,杜绝乱采滥挖,加强日常工作的监督、管理,把事故隐患消灭在萌牙状态。同时在采空区打孔注浆、C20砼、砌筑石墩的方法,也可用于建筑物、铁路下采空区的治理。
