处治方法分类及适用条件

10.4.1　处治方法分类及适用条件

根据处治对象的不同，目前采空区处理方案主要可分为直接处理和间接处理两大类，如表10.10所示。所谓直接处理方法，主要是指针对地下采空区这一特殊地基问题，采用各种地基处理加固方法，直接作用于处理对象以消除或减小地表沉降变形；而间接处理方法，是指采用间接的措施来适应下伏采空区引起的地表移动与变形，目前采用的方法主要是地面建筑物的结构设计抗变形措施；或者是公路路堤结构中采用土工格栅、土工格室等加筋措施来减少和延缓路基的沉降，以适应地表的不均匀沉降和变形；或者是采用过渡路面结构，后期修补。

表10.10　采空区处治方法的分类

1）充填法

根据充填材料和工艺又可细分为注浆充填、水力充填、人工洞下干砌（浆砌）片石充填。

注浆充填是从地面钻孔至地下采空区破碎岩体内实施注浆，通过浆液凝结后形成的结石来充填和加固采空区。注浆充填法是应用广泛、效果良好的采空区处治方法。该法适用于不同的埋深，不具备洞内人工施工条件的采空区。

水力充填是指利用地下矿井的涌水，在不排水条件下让其水位上升以至充满整个采空区并利用水压支撑顶板。该方法要求采空区与外界隔绝，无连通空隙以保证不排水条件。这对于一般的地下采空区而言是难以达到的。

干砌充填是在采空区内，用石灰岩或砂岩片石等人工回填砌筑。所取片石的厚度应大于15cm，长边大于30cm，片石的强度不低于10MPa。该方法适用于采空区顶板未完全塌陷、空间较大，且埋深浅、通风良好，具备人工作业、材料运输条件的采空区。浆砌方法同样是在采空区内，用石灰岩或砂岩片石等人工回填，但用砂浆砌筑，片石规格要求尽量大。浆砌充填的使用条件与干砌充填基本相同，不同的是使用浆砌方法砌筑构筑物具有较高的整体强度。如太—旧高速柏井4号矾土矿采空区就是用干砌片石充填法进行处理，太—旧高速公路柏井1号矾土矿则使用浆砌片石充填法进行处理。

2）局部支撑法

局部支撑法即在采空区进行局部支护，以支撑上覆岩层，减小采空区空间跨度，防止顶板的垮落。根据支撑方式又可以细分为注浆柱、井下砌墩柱和大直径钻孔桩柱等。

注浆柱是指在地面布置格子状钻孔，首先注入粉碎过的矿渣，碎石等填料，然后注入水泥浆或粉煤灰—水泥浆液固结填料形成浆柱来支撑上覆顶板，减小采空区空间跨度，同时用浆液加固充填上方的破碎岩层。但这种方法对于采空区顶板的位置和性质要求掌握十分清楚，这是它的局限性所在。并且随着采空区深度的增加，注浆柱的体积明显增大，材料消耗巨大，材料（水泥浆液或粉煤灰—水泥浆液）的强度要求也较高，导致其成本显著上升，与充填法相比经济性较差。

井下砌墩柱是指在矿井采空区内砌筑钢筋混凝土、石料墩、砖砌墩等来支撑上覆顶板，减小采空区跨度。但这种方法的局限性在于地下施工条件要求很高，即采空区顶板条件较好，不会突然坍塌冒落产生危险，矿井巷道能够运输建筑材料，施工人员和机械能够方便地进出采空区。

3）释放沉降潜力法

释放沉降潜力法即在采空区地表未利用前，采取强制措施加速老采空区的“活化”和履岩沉陷过程，加快地表沉降发展速率，在地表沉陷基本稳定后再开发利用地表。具体的方法有：井下复采或爆破、高能级强夯法和水诱导沉降法等。

井下复采或爆破是指将采空区的残余煤柱采出或在采空区实施爆破，使顶板岩层破碎充填采空区，加速地表的沉陷过程。这种方法能够缩短沉陷时间，但爆破后采空区的延续沉降时间有时候也难以准确的控制，这也是其局限性。

高能级强夯法指采用高能量强夯处理破碎岩体，使浅部采动岩体裂隙和离层裂缝压密，提高破裂岩体的地基承载力。一般强夯的有效加固深度为5～10m，高能量强夯法加固深度可超过10m。根据强夯施工的加固深度可知这种方法仅能用于极浅的、深度不超过10m的采空区，这也同时决定了它的局限性。

水诱导沉陷法是指对于地表附近无需要保护构筑物的沉陷活动区，可把水导入破碎的上覆岩土层，加速其沉陷，待其稳定后进行地表回填和建设。

目前公路下采空区的治理以注浆充填法为主。注浆充填法与上述其他采空区处治方法相比，有如下的特点：

（1）适应性广。其他的很多处治方法，尾砂充填、干砌充填、浆砌充填、井下砌墩柱、井下复采或爆破等，对于地下施工条件要求很高，要求能够在地下采空区作业，但绝大部分的已塌陷采空区都不具备此条件，因而局限性很大。而注浆法对于地下情况无特殊要求，其处治采空区的适应性很广。

（2）处治深度较大。注浆法处治采空区，无论对于深度小于50m的浅部采空区，还是深度100m左右的深部采空区，都具有可靠、良好的处治效果。而其他的很多方法，例如：支撑柱、堆载法、强夯法等，都只能处理极浅的采空区，且处治效果难以预计，存在一定的风险。

（3）技术成熟可靠，处治费用较低。注浆法的应用，有许多成功的工程实例，工程经验丰富，总体上技术稳定可靠，并且注浆原材料一般取自当地，注浆费用较低。而其他的一些处治方法，例如：注浆柱、大直径钻孔桩柱其材料强度要求高，用量大，费用高且处治效果不易控制。