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          管道研究

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          管道穿越煤礦采空區探測與治理分析

          來源:《管道保護》2022年第5期 作者:鄧克飛 時間:2022-10-8 閱讀:

          鄧克飛

          北京管道陜西輸油氣分公司

           

          摘要:煤礦采空區具有強隱蔽性和空間分布不規律特征,給位于采空區域的管道帶來了安全隱患。結合陜京一線錦界段管道遷改時對煤礦采空區的治理案例,探討了采空區探測方法,提出了治理對策。

          關鍵詞:煤礦采空區;探測方法;治理對策

           

          陜京一線管道經過陜省西省神木市錦界鎮III級高后果區,經過政府批復實施管道遷改工程。遷改路由涉及4 座已經關閉的煤礦開采區(圖 1)。這些小煤礦建于20世紀90年代,資料不齊全。為保證遷改工程施工安全,需探明地下采空區位置、深度和采空區面積等。本文結合陜京一線錦界段遷改工程對地下采空區的探測方法進行分析并提出了治理措施。



          圖 1 錦界段遷改工程煤礦采空區分布圖


          1  采取的探測方法

          對于淺埋深煤層的采空區勘查通常使用物探方法,主要為高密度電法、瞬變電磁法及淺層地震法。本次管道遷改物探勘查采用高密度電法,該方法測線布置受地形地貌影響較大,且測區位于錦界鎮外圍,道路較多,所以不能完全依照施工設計布置。由于高密度探測采用溫納裝置,探測斷面為倒梯形,隨著深度增加,探測范圍逐漸減小。為了最大限度保證對煤層所在深度的有效探測,各條測線均有所延長。擬遷改的8.1 km線路安裝了840個探測點位進行數據采集(圖 2)。


          圖 2 高密度測線圖及異常點分布


          通過分析高密度各測線的成果圖,標出了管線下方4段疑似采空區,長度分別為342 m,996 m,389 m,378 m,合計管段長度2105 m;深度分別為30~50 m,20~90 m,50~90 m,70~100 m;4處采空區所在的煤層平均厚度均為 3.2 m(圖 3)。


          圖 3 下方存在疑似采空區的管線區段(黑色部分)


          2  鉆探勘查施工

          根據物探評估結果,陜京一線錦界段遷改工程危險區域主要位于瑤鎮鄉的青草界村辦煤礦、棗稍溝煤礦、瑤渠煤礦和討老烏素煤礦,在這4座煤礦境內分別布置2個、10個、3個、2個共計17 個鉆探勘查鉆孔,總鉆探延米數 1474 m(圖 4)。



          圖 4 瑤鎮鄉4座煤礦境內鉆探勘查孔布置示意圖


          (1)測量放樣。根據鉆孔坐標資料,實地測量放樣,鉆孔實際位置不超過設計位置 1.0 m。 確因地形地物影響,鉆機不能布置在設計位置時,可視具體情況予以適當調整。

          (2)鉆孔開孔準備。平整鉆機地基,架設鉆機,挖好泥漿池,準備水源等。

          (3)下入套管。套管需下入孔底,采用單液水泥漿固管,養護后掃孔,巖芯管掃孔至孔底,進行套管試壓。

          (4)基巖層鉆進。套管試壓合格后進行基巖層鉆進,采用Φ113 mm 鉆頭鉆進,按照要求全孔取芯,取芯鉆進不大于 4 m 提鉆,取芯采取率不低于65%。

          (5)終孔。鉆孔至設計孔深后終孔。

          (6)鉆孔封孔。對未鉆至采空區的鉆孔,采用水灰比為 0.5∶1 的單液水泥漿封孔,鉆至采空區的鉆孔暫不封孔,留作后期注漿孔使用。

          本次鉆探勘查共施工17個鉆孔,其中11個鉆孔揭露采空區。經對比驗證,物探結果與鉆探結果一致,驗證了物探勘察標出的采空區位置、深度和采空區面積。

          3  采空區治理措施

          (1)方案選擇。治理陜京一線錦界段遷改工程下方采空區垮塌地質災害,經濟有效的方案為采空區注漿加固治理。注漿充填法主要具有如下優越性:①適應性廣。其他的采空區治理方法如水砂充填、干砌充填、漿砌充填、井下砌墩柱、井下復采或爆破等,對地下施工條件要求很高,人員和設備都要在地下采空區內施工。但絕大部分已塌陷的采空區都不具備采空區內施工的條件,施工的局限性很大,而注漿法則對地下地質情況無特殊要求;②治理深度較大。無論深度小于50 m的淺部采空區,還是深度200 m左右的深部采空區,注漿充填法都具有安全、可靠和治理效果良好的特點。而支撐柱、堆載法、強夯法等其他治理方法,都只能治理極淺(10 m左右)的采空區,治理效果難以預計且可能存在一定的安全隱患;③技術成熟可靠。采用注漿充填法成功實施治理的工程實例很多,施工經驗豐富,勘察設計方法與技術非常成熟;④治理費用較低。注漿柱、大口徑鉆孔樁柱等同類治理方法,對材料的強度要求較高,用量大,費用較高且治理效果不易控制。

          (2)施工工藝。將水泥、砂、石子等配制成的漿液,通過地面鉆孔設置注漿管,以一定的壓力注入采空區及地基巖土體內裂隙使其滲透、充填,經膠凝、固化后充填或加固空洞達到采空區治理目的。 注漿工藝流程見圖 5。



          圖 5 水泥粉煤灰漿液注漿工藝流程示意圖


          (3)治理效果。采取鉆孔取芯對注漿情況進行驗證,結石體無側限抗壓強度2.3 MPa,孔內波速測井的橫波波速286 m/s,采空區冒落段巖芯采取率大于90% ,漿液結石體明顯,鉆進過程中循環液無漏失,滿足采空區安全整治要求。

          4  結語

          (1)采空區需要結合地形地質條件、采礦條件、人文干擾條件及探測精度等要求,采用兩種及以上綜合探測方法,以相互驗證,增強探測結果準確性。

          (2)優選地面鉆孔注漿充填加固技術,消除采空區風險隱患,為管道遷改工程施工和安全運營提供保障。 


          作者簡介:鄧克飛,1980年生,高級工程師、注冊二級建造師,2002年畢業于江漢石油學院,現從事長輸管道管理工作。聯系方式:17792109822, 17131919@qq.com。


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