煤矿采空区注浆治理工后质量检测技术与实践_刘小平.pdf

第 48 卷 第 5 期 煤田地质与勘探 Vol. 48 No.5 2020 年 10 月 COAL GEOLOGY 2. Xi’an Research Institute Co. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp., Xi’an 710077, China Abstract Grouting quality test is the key technology for efficient development and utilization of waste land in the goaf of a coal mine, it is of great significance to uate the stability of the site and the safety of construction after goaf management. Based on many engineering practices, this paper summarizes the uation of the quali- fied standards of the grouting quality and the errors existed in the testing work. The results proved that the quality inspection after grouting is a systematic work. The test could be optimized according to the characteristics of the construction and grouting design requirements, following the principles of considering both the internal and external work, and keeping the s consistent and comprehensive detection. The detection inds were divided into direct indsconsolidation grouting rate and concrete strength, indirect indspermeability, wave velocity and other physical property parameters and result indsdeation value, and core recovery should not be used as a testing indicator. The test inds and the qualified standards should be determined comprehen- sively with full consideration of the design requirements of the foundation and the characteristics of the goaf buried depth. When determining the qualified standards of the deation index, overall consideration should be given to the stability index of the site and the allowable deation value of the structure. A for uating the grouting quality of goaf was presented, which closely combined the construction process quality control, post-work quality inspection results and the quantitative uation of overall grouting effect level. The construction, 114 煤田地质与勘探 第 48 卷 tion, foundation and goaf of coal mine was regarded as a system, four types of errors in the present detection work were discussed, it has important practical value to uate the quality and the effect of underground concealed disaster management. Keywords treatment of coal mine goaf; grouting techniques; testing ; quality assessment 注浆充填技术是控制高层建筑、高铁等重大 建构筑物下伏采空区地表残余沉降的有效手段。 采空区注浆工程为隐蔽工程，工后质量检测方法、 指标选择及质量评定对科学评价注浆效果、确保地 面工程建设运营安全具有重大意义。 我国自太旧高速公路采空区注浆工程实施以 来，经过近 30 a 工程实践，在重大工程建设下伏采 空区注浆充填技术领域成果丰富，逐步形成了研究 专著[1]、国家规范[2]、行业技术细则[3]、地方手册[4] 及团体标准[5-7]等，从不同角度规定了注浆工后质量 检测方法、指标及合格标准等，但仍然存在检测方 法适应范围不明确、检测指标不合理、质量合格标 准不统一等问题。 国内学者结合具体的注浆工程实例，对物探检 测方法[8-9]、波速及钻探检测方法[10-11]、综合检测方 法及组合[12-19]、检测指标及评价标准[20]进行了现场 试验研究，研究成果集中在不同检测方法的适用性 及有效性，对施工过程控制对注浆工程质量效果的 贡献考虑较少，缺乏对注浆工程质量的总体评价。 工程实践中，常常发生注浆质量存在重大隐患 未被检测发现而影响地面工程安全的问题，也存在 人为拔高注浆质量标准，导致采空区治理工程投资 发生巨大浪费的现象。为解决上述问题，本文从多 个煤矿采空区注浆工程质量检测项目实践出发，对 我国煤矿采空区注浆工后质量检测技术中存在的具 体问题进行系统分析，探讨采空区工后质量检测的 方法、指标及合格标准，提出符合工程实际的检测 技术，澄清检测工作中的误区，为采空区注浆工程 工后质量检测实践提供依据。 1 检测方法探讨及优选 1.1 施工资料检查与分析 施工资料检查与分析是开展采空区注浆工后 质量检测的工作基础，但常常被忽略。因为在工程 施工阶段，形成了大量钻探成果及注浆数据，通过 检查分析可以宏观评价采空区注浆质量。 进场材料 台账检查水泥、粉煤灰等可以核算总注浆量，评 价充填率； 浆液试验记录检查可以统计浆液的结石 率及结石体抗压强度，评价充填质量；钻探资料检 查钻探班报表、地质编录表可以核实采空区赋存 状态，判断充填效果二序孔往往会取出一序孔注浆 结石体等；注浆资料检查单孔注浆成果表、注浆 成果统计表可以统计不同序次、不同区域、不同层 位浆液的分布情况，根据单孔注浆压力及流量变化 评判局部区段注浆质量。 1.2 地球物理方法 煤矿采空区注浆工后质量检测采用的地球物理 方法有地面物探与孔内物探。地面物探主要为地震 勘探、电磁法勘探[21]。地面物探是采空区精细勘察 的主要手段，也是采空区注浆工后质量检测的重要 方法。大量工程实践表明，受地质及注浆条件限制， 地球物理勘探精度较低，不能作为评价采空区注浆 质量的直接依据，只能作为辅助性检测手段，其勘 探成果对采空区注浆工后质量检测效果的宏观判 断、定性评价具有重要的参考意义。采用地面物探 对注浆效果进行检测时， 只有当所选用的物探方法、 仪器设备、施工参数、测线点布置、解译算法与 参数与勘察阶段保持一致，加强注浆前后的物探资 料对比，才能更为有效地评价注浆效果。 孔内物探主要有孔内电视、波速测试及测井， 后文详述。 1.3 钻探与测试 a. 钻 探 钻探是采空区注浆工后质量检测必 备方法，直观有效。通过观察记录钻探过程中循环 液消耗量，进尺快慢有无掉钻、卡钻、塌孔，岩 心采取率、RQD、结石体及孔口吹吸风现象等直 接评价检测钻孔周边注浆质量。检测孔不允许出现 掉钻、孔口吹吸风、破碎地层未见注入浆液结石 体等明显质量缺陷。 检测孔也为结石体采取、孔内电视、波速测试、 测井、压浆水试验、水位观测等工作的实施提供 条件。 b. 结石体赋存形态及强度测试 结石体在采 空区中有 3 种赋存形态① 空洞中浆液结石体； ② 垮落带中浆液与碎石混合体； ③ 裂隙带中结石 体夹层。 对于完整的结石体，应采用室内试验测试无侧 限饱和抗压强度。对于垮落带和裂隙带中不规则碎 块、碎片状结石体，可采用现场或实验室点荷载试 验换算出结石体抗压强度。 工程实践中，检测孔采取的注浆结石体强度 基本都能满足设计要求。由于采空区地下水中硫 酸根等离子含量往往偏高，可能存在浆液不凝固 或凝固缓慢的情况，注浆设计及工程试验前需要对 第 5 期 刘小平等 煤矿采空区注浆治理工后质量检测技术与实践 115 地下水进行水质分析，确定地下水水化学类型，评 价水腐蚀性，选择合适的凝胶材料。对于大量投入 骨料的注浆区，也存在浆液与骨料拌合不均匀，引 起结石体强度较低的情况。 对于未达到检测时间要 求，提前进行检测所采取的结石体，也会发生强度 较低现象。 c. 孔内电视 孔内电视可直观观测孔壁结石 体分布形态、充填裂隙厚度及缺陷的方位与尺寸， 为注浆质量评价及缺陷修复提供直接依据。孔内电 视技术基本成熟，设备已实现国产化，但在复杂地 质条件下适用性较差，需要较为理想的孔内作业环 境。对于静水条件、不充水、钻探过程全程清水钻 进、孔深小于 200 m 的采空区录像效果较好，可清 晰拍摄注浆结石体、裂隙结石夹层、煤层及空洞形 态。对于孔内存在动水、孔深超过 200 m、孔壁塌 陷或较厚的孔壁护壁泥皮，大多效果不佳。 d. 波速测试 波速测试最早用于场地勘察中 划分土体类型及场地类别，也广泛应用在采空区注 浆质量检测领域。对于采空区埋藏较浅的地层小于 100 m，可将平均剪切波速作为评价受注层质量标 准。采空区埋深超过 100 m 后，地表激震能量衰减 及波形转化，剪切波速度无法直接获取，可采用相 对较为简便的 VSP 技术、测井等方法获取纵波波速 换算出剪切波速。同时，更应开展注浆前后的波速 对比分析，评价采空区注浆效果。 e. 测 井 测井技术可分为电法测井、声波测 井、放射性测井及其他测井[22]。技术成熟、操作简 便、成本较低的测井技术在采空区注浆检测中应用 日趋增加。利用测井技术可获取地层的各种物理参 数，通过测试分析地层注浆前后物理参数变化，可 以有效地评价采空区注浆效果。 f. 压浆水试验 检测孔测试完毕后，采用与 施工期间相同的材料、工艺开展压浆试验。根据检 测孔压浆量与周边一定区域内注浆钻孔平均单孔注 浆量比值来估算采空区地层的充填率。一般规定， 检测孔的压浆量超过周边一定范围内注浆孔平均注 浆量的 5时，视为存在质量缺陷。压浆试验具有评 价直观、操作简便等优点，在一般采空区注浆质量 检测中应优先选用，但对于大坝坝基、重要水工构 筑物等采空区地层有严格防渗要求的， 需在检测孔 中增加压水试验，根据单位透水量评价注浆对地 层渗透特性的改善效果。 1.4 变形监测 以往研究成果[23]显示，地表下沉速率小于0.17 mm/d， 采空区变形进入衰退期，对建构筑物不会产生损 害，无需进行采空区治理。事实上，淮南、榆神府 等矿区近年发生了多个采空区已进入衰退期很长时 间，但地表依然发生较大范围不均匀沉降的工程案 例。一方面，工程荷载、地震、地下水渗流等不利 因素引起了稳定采空区发生“活化”；另一方面，柱 式开采所形成的采空区灾变过程，没有明确的衰退 期，尤其是对于后者，采空区注浆工后质量检测更 应强化变形监测内容。注浆后采空区场地除了满足 场地稳定性要求外，还必须满足建构筑物的允许 变形。 变形监测主要有地表变形监测及岩体内部变形 监测。目前，通常采用拟建建构筑物与采空区共 用一套监测系统的地表变形观测方法。 1.5 检测方法优选 采空区注浆工程是隐蔽工程，任何一种检测方法 都无法全面评价注浆质量，需采用综合检测方法评价 注浆效果。选择检测方法需遵循以下原则① 内外 兼顾，施工资料检查分析内业与实物检测方法外 业相结合；② 前后一致，物探方法与参数、钻探 设备工艺宜与勘察期的方法、参数、工艺等保持一 致，压浆试验材料、工艺宜与施工期保持一致，便 于注浆前后效果对比分析；③ 综合检测，宜采用施 工资料检查分析为基础、钻探为主、物探为辅，变形 监测检验的综合检测方法。表 1 为常用的各类检测方 法及适用范围、量化程度、优缺点等的对比分析。 2 检测指标探讨及优选 以下将主要围绕现行国家规范煤矿采空区 建构筑物地基处理技术规范[2]简称规范、 公路行业规范 采空区公路设计与施工技术细则 [3]简 称细则及地方手册高速公路采空区空洞勘察 设计与施工治理手册[4]简称手册中采空区 注浆质量检测的岩心采取率、结石体强度、弹性 波速、采空区充填率及允许变形值 5 个定量指标 展开探讨。 2.1 岩心采取率 规范 细则及手册中均对岩心采取率 作出相关要求，特别是细则表 8.4.1 将岩心采取 率列为检测指标，给人造成岩心采取率高低与注浆 质量优劣存在对应关系的误解。实际上，岩心采取 率受钻探工艺、设备、施工班组作业水平、地层等 多种因素影响，将其作为检测指标是不适宜的。尤 其是将全孔段地层岩心采取率作为检测指标是不合 适的。工程实践中，更应关注注浆段岩心采取率， 且应该界定清楚钻探的施工工艺等条件。对于“三 带”发育的采空区地层建议采用双管单动钻进工艺。 116 煤田地质与勘探 第 48 卷 表 1 检测方法对比 Table 1 Comparison of the testing s 检测方法 检测范围 量化程度 优点 缺点 优选建议 材料台账 钻探资料 注浆资料 资料检 查与分 析 试验资料 整体 定量定性相 结合 对施工总体质量全面 把控 不能直接鉴别资料真 伪，需要对数据进行整 理分析，时间长，工作 量大 必须选用 物探 地面物探 剖面/整体定性分析 费用较低、无损快捷探测精度较差 可选用，但物探方法、仪器、参 数等应与勘察期相同 钻探取心 点 定性分析 直观有效 费用较高、一孔之见 必须选用，钻探设备、工艺宜与 勘察期相同 结石体 强度测试 点 定量分析 直观有效 试样采取较为困难 必须选用，应根据结石体大小、 形状选择合适的测试方法 孔内电视 点 定性分析 观测直观 一孔之见，作业环境要 求高 可选用，地层完整、无动水、孔 壁干净孔深小于200 m 条件优先 波速测试 点/局部 定量分析 操作简便、费用低 效果一般 必须选用， 测试方法宜与勘察期 相同，通常孔深应小于100 m 测井 点/局部 定性分析 更加全面了解注浆前后 受注层各物性参数变化 不能定量评价注浆质量 可选用，测井仪器、参数等应与 勘察期相同 压浆试验 点/局部 定量分析 操作简单、评价直观 工作量大、费用高 必须选用， 应采用与施工期相同 的注浆工艺 钻探与 测试 压水试验 点/局部 定量分析 观测直观 技术要求较高、操作较 为复杂 可选用，多用于防渗工程检测， 压水方法宜与勘察期相同 地面变形 监测 剖面 定量分析 直接直观 数据不能完全反映采空 区变形情况，监测点易 破坏 可选用， 地面变形监测应与主体 建构筑物变形监测相结合，短 期监测 变形 监测 岩体内部变 形监测 点/垂线 定量分析 直接直观，数据精度高， 实时反馈 费用高 可选用，重大工程，长期监测 钻探工程中比岩心采取率更有工程意义的参数 是冲洗液消耗量，能更加客观准确地反映地下采空 区的充填效果。为准确观测钻探过程中冲洗液消耗 量，判断地下采空区及裂隙充填效果，采空区注浆 段的钻进过程中应使用清水钻进，不得加入膨润土 等泥浆材料。 2.2 结石体强度 早期的采空区治理理念， 是将治理后采空区地 层等效为中等土层，采用水泥黏土浆液进行注浆， 设计结石体抗压强度值为 0.20.3 MPa， 手册中 一直沿用这一指标。随着地面工程荷载增加，目前 普遍采用水泥粉煤灰浆液进行注浆， 规范 及 细 则 将采空区结石体强度分别提高至 0.6 MPa 及 2.0 MPa。尽管大幅提高了结石体强度设计指标，但对 于地面超大荷载下伏浅埋采空区工程来讲，质量隐 患依然存在。 结石体强度应根据采空区埋深、覆岩结构、地 表工程荷载及变形要求综合确定图 1。 当采空区埋 深 0 H大于建构筑物附加应力影响深度一般取地 基中附加应力 z 等于自重应力 0.1倍的深度 z H时， 结石体主要起充填作用，可等效为土层。当采空区 埋深 0 H小于地表建构筑物附加应力影响深度 z H 时，结石体强度指标除了满足采空区充填改善地层 质量要求强度之外，还需满足地基承载力要求，根 据建筑地基基础设计规范[24]，岩石地基承载力 特征值计算公式为 arrk ff 1 式中fa为岩石地基承载力特征值，kPa；frk为结石 体饱和单轴抗压强度标准值，kPa；ψr为折减系数， 取 0.10.2。 2.3 弹性波波速 对于埋深小于 100 m 的采空区，根据建筑 抗震设计规范 [25]表 4.1.3 土的类型划分和剪切波 速范围裂隙带剪切波速大于 800 m/s，垮落带剪 第 5 期 刘小平等 煤矿采空区注浆治理工后质量检测技术与实践 117 图 1 采空区埋深与建构筑物附加应力影响深度 Fig.1 The buried depth of goaf and the influence depth of additional stress on the structure 切波速大于 500 m/s，空洞充填结石体剪切波速大 于 500 m/s。 对于埋深超过 100 m 的采空区 工程实践中， 此类采空区占大多数，可以采用现场能够准确测试 到的纵波或横波作为评价指标。根据工程地质手 册[26]及工程经验，提出采空区注浆效果评价时纵 波的合格标准对于裂隙带等视为中等风化的软质 岩，纵波波速大于 1 500 m/s；对于垮落带视为强风化 的软质岩， 纵波波速大于 700 m/s； 对于空洞充填结石 体视为全风化的软质岩，纵波波速大于 300 m/s。 对于需要依据剪切波波速进行注浆效果评价的 情况，若现场无剪切波实测资料，可根据纵波剪切 波波速速度比换算后评价，换算系数建议取 1.62.0。 2.4 采空区充填率 目前，煤矿采空区注浆治理通常采用全灌注充 填工艺。采空区充填率主要受两方面因素影响一 方面受注浆压力、浆液特性流动性、材料粒径、 裂隙尺寸及钻孔间距等因素影响，浆液不可能充满 所有采空区；另一方面浆液已充满的采空区，受最 后一次注浆浆液结石率的影响，地层中依然会遗留 残留孔隙。施工资料检查与分析中，可根据施工数 据计算出地层的实际总充填率 total Q c A S m KV     2 式中Q 为总注浆量，m3，根据注浆资料及材料反 算综合确定；c 为结石率，，根据试验资料统计确 定；A 为浆液消耗系数，根据现场实际施工综合确 定；S 为治理工程面积，m2，根据设计及变更确定； m 为采高，m，根据钻探施工的煤层厚度统计资料 对勘察阶段的采高进行修正；K 为回采率，，根 据钻探施工的见煤比例对勘察阶段的回采率进行修 正；V为剩余变形量，根据钻探施工的掉钻高度对 勘察阶段的剩余变形量进行修正。 注浆工后质量检测中，还应根据检测孔压浆试 验结果计算检测孔周边地层局部充填率   1 jcjc 5 n ii i QV QV n     3 式中Qjc为检测孔注浆量，m3；Vjc为检测孔体积， m3；Qi为检测孔周围注浆孔注浆量，m3；Vi为注浆 孔体积，m3。 一般情况下，检测孔注浆量不超过周围一定范 围内注浆孔平均单孔注浆量的 5， 则视为检测孔压 浆试验合格。工程实践表明，注浆区的检测孔周围 局部充填率一般能达到 95以上。例如，某公路特 大桥采空区注浆工程工后检测单孔补浆量占施工单 孔注浆量的 2.2；某电厂采空区注浆检测单孔补浆 量占施工单孔注浆量的 3.6；某小学采空区注浆检 测单孔补浆量占施工单孔注浆量的 1.1。 2.5 允许变形值 地表变形监测是反映注浆质量的直接标准， 合 格标准的选择应兼顾场地稳定指标及建构筑物 允许变形值。采空区地基变形应重点监测变形速 率。采用监测周期内的水平变形值、倾斜值及曲率 值预测建构筑物合理使用年限内总变形值，与地 表建构筑物允许的总变形值进行对比分析。 2.6 检测指标建议 根据前述分析，将规范 细则及手册 中的 5 个检测指标进行对比并给出推荐值，见表 2。 事实上，采空区注浆工后质量检测中检测指标可 分为直接原因指标、间接指标和结果指标 3 类。充 填率、结石体强度是直接指标，透水率、各物性指标 是间接指标，变形值是结果指标。直接指标满足设计 要求是采空区注浆质量良好的充要条件；间接指标是 对直接指标的进一步补充，反映了采空区充填密实程 度。 采空区治理的主要目的是防止地基变形超过建构 筑物允许值，与填方工程沉降变形、隧道工程开挖洞 周收敛变形不同，监测期内，由采空区引起的地基变形 不是必然发生的例如“三带”不发育，顶板悬空的采空 区，存在时间上的滞后性，需重点关注变形值时效性。 3 采空区工后质量评定 规范 细则及手册中均未涉及采空区 118 煤田地质与勘探 第 48 卷 表 2 检测指标对比 Table 2 Comparison of the testing inds 检测指标 选用规范 岩心采取率/ 结石体强度/MPa 剪切波速/ms–1 采空区充填率/允许变形值 规范 单 一 回 次 岩 心 采 取 率 不 宜 小 于90 甲乙类地基不应 小于2.0， 丙类不应 小于0.6 ≥300 ＞85 根据地基设计等级划分为3组 指标，下沉速率均小于0.17 mm/d 细则 采空区垮落段 岩 心 采 取 率 ≥ 90 桥隧≥2.0、 路基≥0.6 桥隧＞350、 路基＞250 注入量不超过单孔 平均注浆量5 倾斜值＜3.0 mm/m、 水平变形值＜2.0 mm/m、 曲率值＜0.2 mm/m2 手册 岩 心 采 取 率 应 大于80，必要时 采用双管取心 桥梁、隧道、高速 公路≥0.3，一、二 级公路≥0.2 ≥160 桥梁、隧道≥90， 高速公路、一、二 级公路≥75 根据公路等级、重要性划分了4 组指标 指标优选 及合格标 准 不作为检测 指标，作为钻 探工程质量 控制标准 HZ≥H0， 满足地基承 载力要求，HZ＜H0， 沿用规范指标 采空区埋深＜100 m 时，用剪切 波速评价，裂隙带＞800 m/s， 垮落带＞500 m/s，空洞充填结 石体＞300 m/s；采空区埋深＞ 100 m 时，用纵波波速评价，裂 隙带＞1 500 m/s，垮落带＞700 m/s，空洞充填结石体＞300 m/s 总充填率≥设计要 求；检测单孔注浆 量＜2倍设计孔间 距为半径范围内的 施工注浆孔注浆总 量的5 地表下沉速率小于0.17 mm/d， 其他变形值满足建构筑物允 许变形值 工后质量评定内容，不能有效地将施工过程质量控制 与工后质量检测成果结合起来，缺乏从整体上对注浆 工程进行质量评定。结合某公路特大桥采空区注浆工 后质量检测项目介绍一种采空区工后质量评定方法。 3.1 评定单元划分 采空区工后质量评定单元划分为单位工程、分 部工程和分项工程。 每个合同段作为 1 个单位工程； 根据采空区治理施工特点，划分为施工过程质量控 制和工后质量检测 2 个分部工程；根据施工方法和 工序在施工过程中划分为钻探、帷幕孔注浆骨料 和注浆孔注浆骨料3 个分项工程， 工后质量检测分 为钻探检查和物探检测 2 个分项工程。 3.2 评定标准 借鉴建筑工程[27]、水利工程[28]等单位工程施工 质量验收评定办法，通过十多个工程实践，一般将 采空区工程的分项工程划分为评定单元，采用百分 制评分方法进行评分，将施工过程质量评定权值定 为 0.4，工后质量检测评定权值定为 0.6。在各分项 工程质量评定的基础上，逐级计算各个分部工程、 单位工程评分值，根据单位工程评分值确定单位工 程质量评定等级。单位工程质量等级评定总分不小 于 75 为合格，总分小于 75 为不合格；工后变形监 测不满足设计要求，工后质量为不合格。 3.3 评定案例 以某公路特大桥采空区注浆工程为例进行介绍， 其工后质量评定分 3 步进行，第一步，首先对施工过 程质量控制分部工程评分，见表 3；第二步，对工后 质量检测分部工程进行评分，见表 4；第三步，对采 空区治理单位工程进行评分，见表 5。评定结果，单 位工程得分 94.68 分，大于 75 分，采空区治理施工项 目质量等级合格，满足规范及设计要求。 4 采空区注浆工程工后质量检测误区 煤矿采空区地质条件复杂，无论是勘察阶段还 是施工阶段，精确探测清楚地下采空区空间结构难 度极大，注浆工程又为隐蔽工程，造成了不同行业 之间对注浆工后质量检测存在一定的误区。形成误 区的根本原因是，未将建筑、地基、采空区三者视 为一个系统，缺乏宏观分析及思辨。 4.1 工后质量检测等同于地基检测 建构筑物地基处理及下伏采空区注浆加固均 是为地面建设工程提供安全的工程条件， 相关性强， 可能误将采空区注浆工后质量检测等同于建构筑 物地基检测，或认为是地基处理的一部分，或认为 采空区注浆工后质量检测属于地基检测中的一个类 型。实际上，两者之间在对象、目的、方法、评价 指标及资质要求等方面存在很大差异，是 2 种不同 的检测项目，对比情况详见表 6。 4.2 检测孔掉钻率与注浆充填率的概念混淆 检测孔掉钻率是指检测孔施工中发生掉钻的钻 孔数量与检测孔总量之间的比值，或者是检测孔发 生掉钻中平均掉钻高度与开采煤层厚度的比值。采 空区通过注浆得到有效充填，若检测孔发生掉钻现 象， 则说明该检测孔周边存在一定的注浆质量缺陷， 均需要进行补充注浆。 第 5 期 刘小平等 煤矿采空区注浆治理工后质量检测技术与实践 119 表 3 某公路特大桥采空区注浆工程施工资料检查评分 Table 3 Construction data inspection and uation of a goaf treatment project 分项工程 检查项目 评定标准 检查项目权值 合格率/检查得分 分项工程权值 分项得分 综合得分 孔位 50 cm 1.0 92 92 孔斜 ≤1.5 1.2 97 97 钻探 孔深 进入煤层底板1 m 1.2 100 100 0.30 96.59 浆液配比 水固比≥1∶1.1 1.0 98 98 水泥占固相比例 2︰8 0.5 93 93 平均结石率 ≥80 1.5 95 95 单孔注浆方法与工艺 一次回转成孔，分段注浆0.5 95 95 帷 幕 孔 注浆结束压力 ≥2 MPa 1.5 96 96 0.35 95.70 浆液配比 水固比≥1∶1.1 1.0 91 91 水泥占固相比例 3︰7 0.5 92 92 平均结石率 ≥80 1.5 96 96 单孔注浆方法与工艺 一次回转成孔，分段注浆0.5 96 96 注 浆 注 浆 孔 注浆结束压力 ≥2 MPa 1.5 95 95 0.35 94.30 93.48 质量保证 资料 较完整，涂改小于4处，扣1.5分 表 4 某公路特大桥采空区注浆工程采空区治理工程工后质量评分 Table 4 Post-construction quality rating of a goaf treatment project 分项工程 检查项目 评定标准 检查项目权值 合格率/ 检查得分分项工程权值 分项得分 综合得分 注浆段取心率 ≥90 1.5 88 88 钻探检查 结石体强度 ≥2.0 MPa 1.0 100 100 0.60 92.80 孔内电视 孔内成像完整，无空洞 1.0 99.9 99.9 物探检查 孔内波速 采空区段波速≥1 000 m/s 1.3 99.2 99.2 0.40 99.50 95.48 表 5 某公路特大桥采空区注浆工程单位工程质量评分 Table 5 Unit project quality rating of the grouting engineering of the goaf 分部工程 综合得分 权值 计算分值 单位工程得分 质量等级 施工过程质量控制 93.48 0.4 37.39 工后质量检测 95.48 0.6 57.29 94.68 合格 表 6 地基检测与采空区工后质量检测对比 Table 6 Comparison of foundation inspection and post-construction quality inspection of the goaf 项目类型 检测对象 检测目的 主要检测方法 评价指标资质要求 备注 地基检测 建构筑物地基， 建筑附加荷载影 响范围之内岩土 体，埋深几米至 几十米 评价建构筑 物地基处理 质量及效果 平板荷载试验， 单/多桩复合地 基载荷试验，竖向增强体载荷 试验，标准贯入试验，圆锥动 力触探试验，静力触探试验， 十字板剪切试验，扁铲侧胀试 验，多道瞬态面波试验 岩土体的 承载力变 形模量 省级建设行政主管部门 颁发的建设工程质量检 测机构资质证书；省级 或省级以上质量技术监 督部门颁发的计量认证 资质证书 市场庞大，工程 经验丰富，技术 成熟，从业单位 众多 采空区注浆 工后质量检 测 建构筑物地基 下方的采空区注 浆层，包括采动 影 响 的 全 部 地 层，埋深一般几 十米至几百米 评价采空区 治理工程施 工质量及采 空区处治效 果 施工资料检查与分析，地球物 理方法，钻探，结石体强度试 验，孔内电视，波速测试，测 井，压浆水试验，变形监测 采空区充填 率结石体抗 压强度弹性 波波速允许 变形值 地质灾害危险性 评估资质 市场较小，工程 经验较少，技术 难度高，影响因 素多，地质条件 复杂，从业单位 较少 120 煤田地质与勘探 第 48 卷 注浆充填率是根据地表建设工程的等级及变 形敏感程度，预测注浆后地层可能会继续发生残 余变形量及注浆量设计计算时的一个重要参数。 采空区的实际注浆充填率是根据总体注浆量进行核 验式2，局部充填率可根据检测孔的单孔注浆压 浆量进行计算统计式3。二者适用对象不同，充 填率与掉钻率没有直接关系。 工程实践中，很多人误以为存在多个检测孔发 生掉钻，但未掉钻率大于设计注浆充填率的采空区 注浆工程达到设计要求，工程质量合格，但这个结 论显然存在问题，将掉钻率与未充填率概念混淆。 未掉钻率分为 2 种情况，其一是未掉钻孔数量与检 测孔总量的比值，其二是检测孔所取出结石体的平 均厚度与开采煤层平均厚度的比值。 4.3 检测孔钻至采空区中残留煤柱属于检测工 作失误 由于地下煤层采空区条件复杂，现有的勘察手 段难以精确查清残留煤柱的具体位置，对于房柱式 或小窑开采的采空区而言，残留煤柱分布随机性更 强，采空区注浆检测孔设计及施工时，可能钻至残 留煤柱上，这是正常现象，不属于检测孔设计存在 的技术缺陷。值得注意的是，对于钻至残留煤柱的 检测孔仍然应严格按照要求进行压浆试验，一旦发 现明显的压力衰减、注浆量显著提高等异常现象， 应及时判别残留煤柱侧向是否存在未充填密实的残 留空洞等注浆缺陷。 4.4 忽视采空区建构筑物地基处理质量 对于山区回填土场地， 由于回填土地基密实度不 够， 后期常常会发生大范围的不均匀沉降； 地表排水 不畅引起的地基湿陷，也会引起建构筑物地基发生 不均匀沉降； 山区滑坡等浅部不良地质灾害也可能引 发建构筑物地基不均匀沉降。上述情况不属于深部 采空区注浆加固的岩土体范围， 但在岩土工程设计时 应系统考虑，尽可能将二者兼顾。可以理解为，深部 采空区注浆加固时解决“本”，浅部地基处理是解决 “表”，二者之间有联系，但侧重点不同。 采空区地表建构筑物基础变形是浅部建构 筑物地基与深部采空区注浆加固岩体共同影响的结 果，不能忽视采空区建构筑物地基处理质量。 为防止各责任单位因责任不清引发问题，在建 立监测网络及监测点时，除布置常规的建构筑物 沉降监测、地表变形监测外，还应在采空区顶板至 第四系底界面安装岩层深部多点位移计或全断面分 布式光纤变形监测线，可有效区分浅部地基变形与 深部采空区地层不均匀沉降。 5 结 论 a. 煤矿采空区注浆工后质量检测是一项系统 性工作，需要综合运用多种检测方法。工程实践中， 应根据建构筑物特点及采空区注浆设计要求，遵 循“内外兼顾、前后一致、综合检测”的原则，选择 针对性强、技术有效的检测方法。 b. 选择检测指标及合格标准是煤矿采空区注 浆工后质量检测的关键。加强钻探冲洗液消耗量观 测，掉钻及卡钻事故分析。应根据建构筑物附加 应力影响深度与采空区埋深之间的空间关系，确定 注浆结石体强度合格标准。注浆总充填率应满足设 计要求，检测孔单孔充填率不小于 95。工后地表 变形监测合格标准的选择，需兼顾场地稳定指标及 建构筑物允许变形值。 c. 以注浆分项工程为评定单元，采用百分制评 分方法逐项进行评分，将施工过程质量控制及工后 质量检测成果相结合，宏观评价总体施工质量及施 工管理水平，是煤矿采空区注浆工后质量评定的有 效途径。 d. 煤矿采空区条件复杂、有限钻孔难以精确探 测地下采空区空间分布， 而注浆工程又为隐蔽工程， 造成不同行业之间对注浆工后质量检测存在“采空 区注浆工后质量检测等同于地基检测”等 4 个方面 的误区，需要在工程实践中进行纠正。 致谢本文在撰写中得到了中煤科工集团西安 研究院有限公司刘天林研究员、徐拴海研究员的悉 心指导，并提供了大量的工程案例及测试数据，在 此表示衷心的感谢 请听作者语音介绍创新技术