采动破裂岩体地基注浆加固及其检测技术.pdf

第 “卷 第期中国矿业大学学报 2 . 9/ 9 文章编号 A B A “ C D E F B “ B D 采动破裂岩体地基注浆加固及其检测技术 郭广礼AG邓喀中AG何国清AG岳建华 E A ’中国矿业大学 采矿工程系G江苏 徐州 A H I ’中国矿业大学 资源与环境科学学院G江苏 徐州 A H F 摘要根据废弃长壁采空区岩体结构特点和J活化K特征G提出了老采空区上方建筑物破裂岩体 地基的注浆加固处理措施’通过对影响注浆效果各因素的分析G提出了注浆加固采动破裂岩体 的工艺技术措施L注浆参数确定及检测注浆效果的方法G并通过实例说明应用电法勘探检测注 浆能保证获得满意的效果’ 关键词废弃采空区I破裂岩体地基I地基处理I注浆加固I检测 中图分类号 4 D M 文献标识码N 矿山开采沉陷极大地改变了原始岩体的工程 性质G形成了采动破损地基G给地面建筑利用带来 了安全隐患’造成废弃老采空区地基J活化K的主要 因素包括两个方面一是建筑物荷载作用下引起的 废弃采空区J活化K G一是由于其它外力或地下水作 用破裂岩体强度衰减压密和结构失稳引起的上覆 破裂岩土地基变形’当采深大于建筑物荷载扰动深 度和采空区上方冒落断裂带高度之和时G可忽略地 面荷载对采空区稳定性的影响O A P Q’老采空区破裂 岩体压密和结构失稳对地表建筑物的影响程度取 决于采深L采厚L残留空洞大小L失稳结构位置及建 筑物位置等多种因素O A Q’ R 长壁老采空区覆岩结构及其J活化K特征 现场实测和相似材料模拟表明O A QG长壁老采空 区上覆破裂岩层结构的一般形式如图A所示’ 图A长壁老采空区覆岩破坏结构模型O A Q S 3 ; ’ A 2 6T U 6 V/ / 0 垮落带破裂岩体下部呈散体结构L上部呈碎裂 结构G岩块间空隙大L连通性好G其J活化K特征为外 力作用下的压密和位移W断裂带岩体呈块裂层状 结构G岩体块度较大L刚度和强度较高I在采空区边 界附近上方G岩块间相互咬合形成砌体梁式半拱结 构G并由于各岩层断裂块度L层厚L刚度的不同G层 间存在大量离层裂缝G其J活化K特征主要为岩块结 构失稳和裂缝的压密W弯曲带岩体为较完整的层 状结构G其J活化K特征为上覆压应力作用下的离层 裂缝压密’ 注浆加固是改善破裂岩体结构及其工程性质L 控制老采空区J活化K的有效措施’当采用建筑物结 构抗变形措施难以有效抵抗老采空区J活化K的影 响时G可采用注浆加固措施处理老采空区破裂岩体 地基’ X 采动破裂岩体地基注浆加固类型及其加 固作用 X ’ R 老采空区全充填注浆加固 对于浅部老采空区G对整个采空区和上部采动 裂隙全部充填L固结G可彻底消除采动破裂地基沉 陷隐患’注浆材料可选用成本较低的粉煤灰L细砂 和水泥浆混合液G浆液析水固结后自身具有一定强 度和粘结作用G使整个采空区和覆岩中的裂隙充分 充填’采用这种方法控制老采空区J活化K G在国内 外已有一些工程实例G如阳泉固庄煤矿装车站L本 收稿日期A “ “ “ H 基金项目国家自然科学基金资助项目E * “ H M D “ F 作者简介郭广礼E A “ C * B F G男G河北省栾城县人G中国矿业大学副教授G工学博士G从事矿山开采沉陷及其防护研究’ 万方数据 钢电焊厂厂房 “ 等 在不需要对整个采空区进行全部充填注浆时 根据地面拟建建筑物位置确定需处理的采空区范 围可首先在其边界以较密的钻孔注浆形成阻隔 墙采用间歇式注浆控制浆液扩散范围倍孔距 浆液扩散半径受岩体结构特性0裂隙方向0浆 液粘度0注浆压力0注浆量0注浆孔直径0岩体非均 匀性和各向异性等因素的影响确定扩散半径最可 靠的方法是进行现场注浆试验根据现场经验“对 于采动断裂带注浆加固“设计水泥浆液扩散半径以 / / , -注浆量 为了获得良好的注浆加固效果“ 必须注入足够的浆液“确保浆液有效扩散半径注 浆量往往成为注浆工程结束标准的指标单孔注浆 量 A8 B C 9 D E“2 9 - 式中3C为设计浆液扩散半径“ D为设计注浆段 长 度“ E为破裂岩体的有效孔隙率“断裂带岩体 取E89 F; F G 地基注浆加固效果检测技术 G H 钻探方法 在注浆施工结束一定时间后“在注浆区进行钻 探“检测注浆段的充填0加固效果钻探过程中“ / - 可通过注浆段钻孔冲洗液损失2流量法-分析灌浆 后岩体裂隙的发育情况 9 -通过钻探提取注浆段 岩芯“对灌浆前后的岩芯进行对比分析“统计岩芯 中水泥结石的形状0展布特点0厚薄0胶结质量“以 及岩体裂缝被水泥结石充填的情况“并取样进行物 理力学性能实验“分析注浆前后岩样的物理力学性 质变化情况 G I 物探方法 通过注浆加固处理“可极大地改善采动破裂岩 体的电性能“因此可采用电法勘探来分析地基注浆 加固的效果根据在淮南新庄孜选煤厂地基注浆的 现场测试“注浆后断裂带岩体的电阻率降低了一倍 以上注浆工程结束约一个月以后“进行电法勘探“ 对比注浆前后的物探结果“可确定注浆后岩体的完 整性程度和加固效果 图9为新庄孜选煤厂主厂房局部岩石地基注 浆前后在同一位置的高密度电阻率法 J K L和ML视 参数等值线对比 , 从图9可见“注浆前“各参数等 值线变化剧烈“高0低值等值线封闭圈或半封闭圈 相间分布“呈现高阻0低阻异常“说明岩体破碎0裂 隙发育注浆后“注浆区各参数等值线变化平稳“无 明显扭曲和高0低阻异常变化“说明破裂岩体已固 结为一整体“不再存在明显的裂隙和张性结构面 G . 现场原位岩体力学试验 / -声波检测 此法是评价岩体质量的一种有 效方法通过对注浆前后钻孔声波检测结果的对 比“可评价注浆效果及岩体质量的改善状况 9 -钻孔变形试验 利用检测钻孔测定孔壁岩 体的变形2弹性模量- “了解注浆后岩体变形性能的 改善情况通过对钻孔孔壁加载“计算确定钻孔岩 体的弹性模量 N9 第 结论 特征提出了老采空区上方建筑物破裂岩 体地基的注浆加固处理措施包括全充填注浆加 固注浆加固断裂带砌体岩梁和弯曲带注浆加固/ ’ 通过对影响注浆效果的各因素分析结合 工程实践经验提出了注浆加固老采空区采动破 裂岩体的一些工艺技术措施和注浆参数确定方法/ A 可采用钻探物探和原位岩体力学试验等 方法检测老采空区破裂岩体注浆加固效果/新庄 孜选煤厂局部断裂带注浆加固工程实践表明应 用电法勘探可较好地检测采动破裂岩体的注浆加 固效果/ 参考文献B C D 郭广礼/老采空区上方建筑物地基稳定性及处理措 施研究C E D /徐州B中国矿业大学采矿系工程 F F F / C ’ D 颜荣贵/地基开采沉陷及其地表建筑C GD /北京B冶 金工业出版社 F F H / ’ H F I ’ J K / C A D 滕永海张俊英/老采空区地基稳定性评价C L D /煤炭 学报 F F J ’ ’ H B H K M I H K N / C M D O 6 3OP E 2 4 .Q R 1 S2OT2 5 “ U /0 1 2* 5 “ - U - 5 V “ 4 “ U V * - *3 8 * 5 7 6 5 6 7 2 W *8 3 6 4 “ 5 - 3 47 3 X “ * *3 Y 2 7* 1 “ U I U 3 Z “ “ 4 3 4 2 - 4 2. 3 “ 8 *“ 4 - 5 *5 7 2 “ 5 2 4 5 [[ “ * 2* 5 6 V C D /\ 4 BO 6 3]O0 “ O 3 U 3 * - 4 * X - 2 * / G- 4 - 4 . - 2 4 2“ 4 0 2 1 4 3 U 3 . V /_ 3 5 5 2 7 “ B ‘ “ U X 2 “ F F a / A M F I A H ’ / O 7 3 6 5 - 4 .b 3 4 * 3 U - “ 5 - 3 4“ 4 E 2 5 2 5 - 3 4 3 8 , 7 “ 5 6 7 2 _ 3 X “ * * , 3 6 4 “ 5 - 3 43 Y 2 7 “ 4 3 4 2 G- 4 2O 3 “ 8 O cdO 6 “ 4 . I U - E e fOQ“ I g 1 3 4 .SeO 6 3 I h - 4 .]ceL - “ 4 I 1 6 “’ /E 2 9 “ 7 5 2 4 5 3 8 G- 4 - 4 .e 4 . - 4 2 2 7 - 4 . b cG0 i 6 g 1 3 6 L - “ 4 . * 6’ ’ K K N b 1 - 4 “ j ’ /b 3 U U 2 . 23 8 G- 4 2 7 “ U _ 2 * 3 6 7 2“ 4 e 4 Y - 7 3 4 2 4 5 - 2 4 2 * b cG0 i 6 g 1 3 6 L - “ 4 . * 6’ ’ K K N b 1 - 4 “ k l m n o p q n B‘ “ * 2 3 45 1 2* 5 7 6 5 6 7 29 7 3 9 2 7 5 - 2 * “ 4 “ 5 - Y “ 5 - 3 42 1 “ 4 - * 3 8 8 7 “ 5 6 7 2 7 3 X “ * * 3 Y 2 7 “ “ 4 3 4 2 . 3 “ 88 3 7 2 VU 3 4 . Z“ U U - 4 - 4 . 5 1 2. 7 3 6 5 - 4 . 3 4 * 3 U - “ 5 - 3 43 85 1 28 7 “ 5 6 7 2 7 3 X “ * *8 3 6 4 “ 5 - 3 4Z“ *“ I Y “ 4 2 /0 1 7 3 6 . 15 1 2“ 4 “ U V * - *3 8 8 “ 5 3 7 *- 4 8 U 6 2 4 - 4 .. 7 3 6 5 - 4 .2 8 8 2 5 5 1 25 2 1 4 - “ U 2 “ * 6 7 2 *3 8 3 4 * 3 U - “ 5 - 4 . 8 7 “ 5 6 7 2 7 3 X “ * * 8 3 6 4 “ 5 - 3 4 V. 7 3 6 5 - 4 .“ 4 5 1 2 2 5 1 3 * 3 8 2 5 2 7 - 4 - 4 .. 7 3 6 5 - 4 .9 “ 7 “ 2 5 2 7 * “ 4 2 5 2 5 - 4 . . 7 3 6 5 - 4 .2 8 8 2 5 Z2 7 2 . - Y 2 4 / “ * 2 * 5 6 V* 1 3 Z* 5 1 “ 5 2 5 2 5 - 4 .. 7 3 6 5 - 4 .2 8 8 2 5 6 * - 4 .2 U 2 5 7 - “ U 9 7 3 * 9 2 5 - 4 .“ V 3 5 “ - 4“* “ 5 - * 8 “ 5 3 7 V7 2 * 6 U 5 / rs tu v o w m B“ “ 4 3 4 2 - 4 2. 3 “ 8 j8 7 “ 5 6 7 2 7 3 X “ * *8 3 6 4 “ 5 - 3 4 j8 3 6 4 “ 5 - 3 45 7 2 “ 5 2 4 5 j 3 4 * 3 U - “ 5 - 3 4 . 7 3 6 5 - 4 . j 2 5 2 5 - 3 4 aF’ 中国矿业大学学报第’ F卷 万方数据