邓克飞

北京管道陕西输油气分公司

摘要：煤矿采空区具有强隐蔽性和空间分布不规律特征，给位于采空区域的管道带来了安全隐患。结合陕京一线锦界段管道迁改时对煤矿采空区的治理案例，探讨了采空区探测方法，提出了治理对策。

关键词：煤矿采空区；探测方法；治理对策

陕京一线管道经过陕省西省神木市锦界镇III级高后果区，经过政府批复实施管道迁改工程。迁改路由涉及4 座已经关闭的煤矿开采区（图 1）。这些小煤矿建于20世纪90年代，资料不齐全。为保证迁改工程施工安全，需探明地下采空区位置、深度和采空区面积等。本文结合陕京一线锦界段迁改工程对地下采空区的探测方法进行分析并提出了治理措施。

图 1 锦界段迁改工程煤矿采空区分布图

1  采取的探测方法

对于浅埋深煤层的采空区勘查通常使用物探方法，主要为高密度电法、瞬变电磁法及浅层地震法。本次管道迁改物探勘查采用高密度电法，该方法测线布置受地形地貌影响较大，且测区位于锦界镇外围，道路较多，所以不能完全依照施工设计布置。由于高密度探测采用温纳装置，探测断面为倒梯形，随着深度增加，探测范围逐渐减小。为了最大限度保证对煤层所在深度的有效探测，各条测线均有所延长。拟迁改的8.1 km线路安装了840个探测点位进行数据采集（图 2）。

图 2 高密度测线图及异常点分布

通过分析高密度各测线的成果图，标出了管线下方4段疑似采空区，长度分别为342 m，996 m，389 m，378 m，合计管段长度2105 m；深度分别为30～50 m，20～90 m，50～90 m，70～100 m；4处采空区所在的煤层平均厚度均为 3.2 m（图 3）。

图 3 下方存在疑似采空区的管线区段（黑色部分）

2  钻探勘查施工

根据物探评估结果，陕京一线锦界段迁改工程危险区域主要位于瑶镇乡的青草界村办煤矿、枣稍沟煤矿、瑶渠煤矿和讨老乌素煤矿，在这4座煤矿境内分别布置2个、10个、3个、2个共计17 个钻探勘查钻孔，总钻探延米数 1474 m（图 4）。

图 4 瑶镇乡4座煤矿境内钻探勘查孔布置示意图

（1）测量放样。根据钻孔坐标资料，实地测量放样，钻孔实际位置不超过设计位置 1.0 m。 确因地形地物影响，钻机不能布置在设计位置时，可视具体情况予以适当调整。

（2）钻孔开孔准备。平整钻机地基，架设钻机，挖好泥浆池，准备水源等。

（3）下入套管。套管需下入孔底，采用单液水泥浆固管，养护后扫孔，岩芯管扫孔至孔底，进行套管试压。

（4）基岩层钻进。套管试压合格后进行基岩层钻进，采用Φ113 mm 钻头钻进，按照要求全孔取芯，取芯钻进不大于 4 m 提钻，取芯采取率不低于65%。

（5）终孔。钻孔至设计孔深后终孔。

（6）钻孔封孔。对未钻至采空区的钻孔，采用水灰比为 0.5∶1 的单液水泥浆封孔，钻至采空区的钻孔暂不封孔，留作后期注浆孔使用。

本次钻探勘查共施工17个钻孔，其中11个钻孔揭露采空区。经对比验证，物探结果与钻探结果一致，验证了物探勘察标出的采空区位置、深度和采空区面积。

3  采空区治理措施

（1）方案选择。治理陕京一线锦界段迁改工程下方采空区垮塌地质灾害，经济有效的方案为采空区注浆加固治理。注浆充填法主要具有如下优越性：①适应性广。其他的采空区治理方法如水砂充填、干砌充填、浆砌充填、井下砌墩柱、井下复采或爆破等，对地下施工条件要求很高，人员和设备都要在地下采空区内施工。但绝大部分已塌陷的采空区都不具备采空区内施工的条件，施工的局限性很大，而注浆法则对地下地质情况无特殊要求；②治理深度较大。无论深度小于50 m的浅部采空区，还是深度200 m左右的深部采空区，注浆充填法都具有安全、可靠和治理效果良好的特点。而支撑柱、堆载法、强夯法等其他治理方法，都只能治理极浅（10 m左右）的采空区，治理效果难以预计且可能存在一定的安全隐患；③技术成熟可靠。采用注浆充填法成功实施治理的工程实例很多，施工经验丰富，勘察设计方法与技术非常成熟；④治理费用较低。注浆柱、大口径钻孔桩柱等同类治理方法，对材料的强度要求较高，用量大，费用较高且治理效果不易控制。

（2）施工工艺。将水泥、砂、石子等配制成的浆液，通过地面钻孔设置注浆管，以一定的压力注入采空区及地基岩土体内裂隙使其渗透、充填，经胶凝、固化后充填或加固空洞达到采空区治理目的。 注浆工艺流程见图 5。

图 5 水泥粉煤灰浆液注浆工艺流程示意图

（3）治理效果。采取钻孔取芯对注浆情况进行验证，结石体无侧限抗压强度2.3 MPa，孔内波速测井的横波波速286 m/s，采空区冒落段岩芯采取率大于90% ，浆液结石体明显，钻进过程中循环液无漏失，满足采空区安全整治要求。

4  结语

（1）采空区需要结合地形地质条件、采矿条件、人文干扰条件及探测精度等要求，采用两种及以上综合探测方法，以相互验证，增强探测结果准确性。

（2）优选地面钻孔注浆充填加固技术，消除采空区风险隐患，为管道迁改工程施工和安全运营提供保障。 

作者简介：邓克飞，1980年生，高级工程师、注册二级建造师，2002年毕业于江汉石油学院，现从事长输管道管理工作。联系方式：17792109822， 17131919@qq.com。