一种水溶采空区的充填方法与流程

本发明涉及铁路、公路修建技术领域，具体涉及一种水溶采空区的充填方法。

背景技术：

中国井矿盐广泛分布，湖北、江苏、安徽、四川、江西等地均有井矿盐开采区。井矿盐采用水溶法开采，清水注入溶腔后溶解石盐，再以一定浓度的卤水被压出。开采后的采矿区，会在地下形成饱水的溶腔，溶腔体积一般几十万方，较大者可达上百万方，称为水溶采空区。水溶采空区往往存在地面塌陷的风险，给水溶采空区上方的地面工程带来严重安全隐患。

近年来多条铁路途经采盐形成的水溶采空区，但多采取绕避措施，如昌赣客专绕避江西樟树采空区、沪汉蓉铁路通道长江埠段绕避应城采空区等。随着铁路网的密集建设，铁路选线受到了稀缺土地资源的限制，尤其是途经人口稠密、经济发达地区的铁路选线空间尤为狭窄。因此，铁路被迫通过工程地质条件恶劣的地区，例如广州枢纽东北货车外绕线行经白云区的硝盐矿区，而该矿区经过二十余年的开采，地下已经形成约400万方饱水采空区，地面塌陷风险极大。

目前，对于煤矿、金属矿山开采形成的“干采”采空区可通过皮带输送充填体，经由井巷工程运至采空区进行充填加固，方法较为成熟。而水溶采空区与地面之间仅存在钻孔，充填加固通道受到严重限制，充填加固尚无成熟的技术方法。

因此，对水溶采空区进行充填加固，避免地面塌陷，是亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种水溶采空区的充填方法，能对水溶采空区进行充填加固，避免地面塌陷。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种水溶采空区的充填方法，所述水溶采空区的充填方法包括:

将至少两个管子伸入水溶采空区，其中：所述至少两个管子包括至少一个第一管和至少一个第二管；

通过所述第一管，对所述水溶采空区注入第一料浆进行充填，通过所述第二管，排出从所述水溶采空区溢出的第一液体；

所述第一料浆充填至距所述水溶采空区顶部预设距离内，对所述水溶采空区注入第二料浆进行封闭。

上述方案中，所述将至少两个管子伸入水溶采空区，包括：

将一个所述第一管套设于一个所述第二管上，一起伸入所述水溶采空区，所述第一管的内壁和所述第二管的外壁之间间隔有预设的注浆空间；

所述通过所述第一管，对所述水溶采空区注入第一料浆进行充填，包括：

通过所述注浆空间，对所述水溶采空区注入第一料浆进行充填。

上述方案中，所述将至少两个管子伸入水溶采空区，还包括：

将至少两个管子通过原有的采矿井口伸入水溶采空区；

对所述水溶采空区的两个相邻采矿井口的间距超过100米的，在两个井口中间增设一个或多个充填井口，将至少两个管子通过所述充填井口伸入所述水溶采空区。

上述方案中，所述通过所述第一管，对所述水溶采空区注入第一料浆进行充填，通过所述第二管，排出从所述水溶采空区溢出的第一液体，包括：

刚充填时，所述第一管和所述第二管的底端距离所述水溶采空区的底端3米；

等第一料浆升高至所述第一管和所述第二管的底端后，将所述第一管升高，使所述第一管和所述第二管的底端距离所述第一料浆的顶端3米，然后继续充填；以此步骤循环，直至充填完成。

上述方案中，所述通过所述第一管，对所述水溶采空区注入第一料浆进行充填，还包括：

将砂与第二液体按质量份1:4～1:6调配，获得第一料浆；所述第二液体的溶质成分与所述第一液体的溶质成分相同，所述第二液体为饱和溶液。

上述方案中，所述通过所述第一管，对所述水溶采空区注入第一料浆进行充填，还包括：

对所述水溶采空区注入第一料浆进行充填，充填的压力设置为8～10mpa。

上述方案中，所述对所述水溶采空区注入第二料浆进行封闭，包括：

将预设水泥与第二液体按质量份1：2调配，获得第二料浆。

上述方案中，所述对所述水溶采空区注入第二料浆进行封闭，还包括：

对所述水溶采空区注入第二料浆，注入压力设置为：6～7mpa。

上述方案中，所述水溶采空区的充填方法还包括：

向所述水溶采空区充填的第一料浆超过1.5万立方米后，通过所述第二管，向所述水溶采空区注入第一液体，所述水溶采空区溢出的第一液体从所述第一管排出；其中，

注入压力：12～15mpa，注入持续时间：15～30min。

上述方案中，所述水溶采空区的充填方法还包括：

根据地表沉陷盆地移动角，以路基为中心，确定所述水溶采空区的充填加固范围。

根据本发明实施例的一种水溶采空区的充填方法，通过第一管注入第一料浆，通过第二管排出溢出的第一液体，确保第一料浆均匀布满水溶采空区，充分利用第一料浆的密实性抵抗水溶采空区的顶壁下沉，从而抑制地面沉降，避免地面塌陷。

本发明实施例的其它有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要的说明。应当理解，下面描述的附图仅仅是本发明实施例的一部分附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例水溶采空区的充填方法的流程示意图；

图2为本发明实施例水溶采空区的充填方法中第一管和第二管伸入水溶采空区的示意图；

图3为本发明实施例水溶采空区的充填方法中充填井口直接采用原有采矿井口的示意图；

图4为本发明实施例水溶采空区的充填方法中充填井口新增的示意图；

图5为本发明实施例水溶采空区的充填方法中加固范围确定的示意图一；

图6为本发明实施例水溶采空区的充填方法中加固范围确定的示意图二。

附图标记说明：

110第一管；111出浆口；120第二管；121溢出口；210覆盖层；220基岩层；230盐层；231水溶采空区；232砂浆；233沉渣；310采矿井口；320充填井口；410铁轨；420加固边界线；430采矿区域。

具体实施方式

针对现有技术中的问题，本发明实施例提供了一种水溶采空区的充填方法，所述水溶采空区的充填方法包括:

将至少两个管子伸入水溶采空区，其中：所述至少两个管子包括至少一个第一管和至少一个第二管；

通过所述第一管，对所述水溶采空区注入第一料浆进行充填；

所述第一料浆充填至距所述水溶采空区顶部预设距离内，对所述水溶采空区注入第二料浆进行封闭。

根据本发明实施例的一种水溶采空区的充填方法，通过第一管注入第一料浆，通过第二管排出溢出的第一液体，确保第一料浆均匀布满水溶采空区，充分利用第一料浆的密实性抵抗水溶采空区的顶壁下沉，从而抑制地面沉降。

以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。并且，下面描述的实施例，仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术领域的普通技术人员，根据这些实施例，在不付出创造性劳动的前提下获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种水溶采空区的充填方法，如图1、图2所示，所述水溶采空区的充填方法包括:

步骤101：将至少两个管子伸入水溶采空区231，其中：所述至少两个管子包括至少一个第一管110和至少一个第二管120；

步骤102：通过所述第一管110，对所述水溶采空区231注入第一料浆进行充填，通过所述第二管120，排出从所述水溶采空区231溢出的第一液体；

步骤103：所述第一料浆充填至距所述水溶采空区231顶部预设距离内，对所述水溶采空区231注入第二料浆进行封闭。

步骤101中，所述水溶采空区231的空间内有大量的第一液体，是水溶法开采形成的。当通过所述第一管110注入第一料浆时，第一液体会在压力下向上溢出。这样，既避免先抽第一液体容易造成上方塌方的后果，也可以使第一料浆更均匀的分布于水溶采空区231。这里的至少两个管子，可以多个第一管110或第二管120，也可以只有一个第一管110或第二管120。

步骤102中，第一料浆是可以流动的，流动的第一料浆可以充填至水溶采空区231的各个区域，避免坍塌或沉降。本实施例中，水溶采空区231是盐矿的，所述第一液体可以是卤水。可以理解，如果是其它矿，第一液体也可以是其它液体。

具体的可以参见图2，从图2可以看到，地面下土体或岩石分为覆盖层210、基岩层220和盐层230，覆盖层210也叫第四系层。水溶采空区231和盐层230位于同一个层级，即水溶采空区231为盐层230采空后形成的。在充填时，所述水溶采空区231的底部为砂浆232和沉渣233。

根据本发明的一个可选的实施方式，步骤101中，所述将至少两个管子伸入水溶采空区231，可以包括：

将一个第一管110套设于一个第二管120上，一起伸入所述水溶采空区231，所述第一管110的内壁和所述第二管120的外壁之间间隔有预设的注浆空间；

所述通过所述第一管110，对所述水溶采空区231注入第一料浆进行充填，包括：

通过所述注浆空间，对所述水溶采空区231注入第一料浆进行充填。

这里，所述第一管110的内壁和所述第二管120的外壁之间间隔有预设的注浆空间，是指第一管的管径比第二管的管径要大好多，一般至少大一倍。这样，才有足够的注浆空间。

将所述第一管110和所述第二管120套设在一起，可以便于第一液体就近溢出，是更佳的一种实施方式。而第一管110在第二管120的外面，面积更大，更便于第一料浆的均匀填充，是更佳的一种实施方式。

具体地，如图2所示，第一管110的内壁和第二管120的外壁之间的注浆空间在伸入所述水溶采空区231的那一段，可以称为出浆口111，第二管120下端的口可以称为溢出口121。

步骤103中，所述预设距离可以是很接近的距离，例如0.1米以下，这样，第一料浆几乎已经将所述水溶采空区231充填完成了，因此需要注入第二料浆封闭了。

根据本发明的一个可选的实施方式，步骤101中，所述将至少两个管子伸入水溶采空区231，还包括：

将至少两个管子通过原有的采矿井口310伸入水溶采空区231；

对所述水溶采空区231的两个相邻采矿井口的间距超过100米的，在两个井口中间增设一个或多个充填井口320，将至少两个管子通过所述充填井口320伸入所述水溶采空区231。

即所述水溶采空区231的两个相邻采矿井口的间距不超过100米的，直接采用原有的采矿井口310，如图3所示。否则在两个井口中间增设一个或多个充填井口320，如图4所示。

这样，可以使第一料浆填充至水溶采空区231的每一处，是更佳的一种实施方式。

具体地，在充填时，其它不在充填、但相通的采矿井口310或充填井口320需要暂时封闭，以避免第一料浆流动至不在充填的井口并溢出。

根据本发明的一个可选的实施方式，步骤102中，所述通过所述第一管110，对所述水溶采空区231注入第一料浆进行充填，包括：

刚充填时，所述第一管110和所述第二管120的底端距离所述水溶采空区231的底端3米；

等第一料浆升高至所述第一管110和所述第二管120的底端后，将所述第一管110升高，使所述第一管110和所述第二管120的底端距离所述第一料浆的顶端3米，然后继续充填；以此步骤循环，直至充填完成。

即充填的高程为：3米高程为一个回次。这样，使第一料浆有一定的下落空间，分布更均匀，是更佳的一种实施方式。

根据本发明的一个可选的实施方式，步骤102中，所述通过所述第一管110，对所述水溶采空区231注入第一料浆进行充填，还包括：

将砂与第二液体按质量份1:4～1:6调配，获得第一料浆；所述第二液体的溶质成分与所述第一液体的溶质成分相同，所述第二液体为饱和溶液。

第一料浆为砂与第二液体按质量份1:4～1:6调配获得，这样能充填水溶采空区231，而且有一定的流动性，是更佳的一种实施方式。第二液体的溶质成分与所述第一液体的溶质成分相同，可以避免水溶采空区231的顶壁被第一料浆溶解，引发坍塌，是更佳的一种实施方式。所述第二液体为饱和溶液，可以减少第二液体中的水成分，避免水溶采空区231的顶壁被第二液体中的水成分溶解。

具体地，所述砂为中粗砂。中粗砂有一定的强度，也容易和第二液体混合调配成第一料浆。

根据本发明的一个可选的实施方式，步骤102中，所述通过所述第一管110，对所述水溶采空区231注入第一料浆进行充填，还包括：

对所述水溶采空区231注入第一料浆进行充填，充填的压力设置为8～10mpa。

设置合适的压力进行充填，可以提高充填效率，也可以使所述第一料浆更均匀的分布到水溶采空区231，是更佳的一种实施方式。

根据本发明的一个可选的实施方式，步骤103中，所述对所述水溶采空区231注入第二料浆进行封闭，包括：

将预设水泥与第二液体按质量份1：2调配，获得第二料浆。同第一料浆，第二料浆也包含第二液体的成分，可以避免水溶采空区231的顶壁被第二料浆溶解。

这里，预设水泥是和所述水溶采空区231的环境，包括第一液体的溶质等相适应的水泥。本实施例的水溶采空区231是开采盐矿留下的，因此第一液体为卤水，因此预设水泥为抗氯盐水泥。

根据本发明的一个可选的实施方式，所述对所述水溶采空区231注入第二料浆进行封闭，还包括：

对所述水溶采空区231注入第二料浆，注入压力设置为：6～7mpa。同上，设置合适的压力，可以让第二料浆更均匀的分布到水溶采空区231，使封闭效果更好。

根据本发明的一个可选的实施方式，步骤102中，所述水溶采空区的充填方法还包括：

向所述水溶采空区231充填的第一料浆超过1.5万立方米后，通过所述第二管120，向所述水溶采空区231注入第一液体，所述水溶采空区231溢出的第一液体从所述第一管110排出；其中，

注入压力：12～15mpa，注入持续时间：15～30min。

相比之前的操作，本步骤的操作有点反向操作的意思，这样，可以使第一料浆更均匀的分布至水溶采空区231，是更佳的一种实施方式。

由于第一管110套设于所述第二管120，因此，所述水溶采空区231溢出的第一液体从所述第一管110排出，其实就是从所述第一管110的内壁和所述第二管120的外壁之间的注浆空间排出第一液体。

根据本发明的一个可选的实施方式，步骤101之前，所述水溶采空区的充填方法还包括：

根据地表沉陷盆地移动角，以路基为中心，确定所述水溶采空区231的充填加固范围。

本实施例中，路基可以是铁路的路基，可以理解，也可以是公路或其它通道的路基。

具体地，如图5所示，已知第四系移动角α和基岩层移动角β，这样，可以根据如下表达式确定在路基外一侧水溶采空区231需要充填加固的宽度：

l＝h1cotα+h2cotβ(1)

其中，l为路基外一侧水溶采空区231需要充填加固的宽度值，h1为第四系层的厚度，h2为基岩层220的厚度。

另：图中的w1为铁轨410的宽度，w2为铁路路基的宽度。

这里，移动角α、β的角度值的确定，是本技术领域都知道的，不作赘述。

如图6所示，修建的铁轨410进入了包括很多水溶采空区231的采矿区域430。从图中可以看出，确定l后，可以将整个铁路修建中需要充填加固的水溶采空区231范围确定。即以铁路路基为中心，向两侧延伸l，即确定出加固边界线420。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，在本发明实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解。例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明实施例中如有涉及的术语“第一\第二\第三”，仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。

在具体实施例中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施例和技术方案。为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。