CN110158621B - 预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，按以下步骤进行：确定临近终了边坡风化破碎区域，进行终了边坡放样，划定注浆加固范围；在预注浆加固范围进行注浆孔钻孔放样；注浆孔钻孔成型；对注浆孔进行清理作业；对注浆孔进行压力注浆；确认注浆孔内注浆压力及注浆量达到要求。该工艺通过预先注浆堵塞岩层中地下水渗流通道，将破碎岩体固结成为一整体。辅以爆破预裂减震等措施，提高半孔率，确保终了边坡稳定，为矿山安全高效开采提供有利条件。
Description
技术领域
本发明属于采矿领域，尤其涉及一种预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法。
背景技术
矿山边坡的稳定性与生产安全息息相关，直接关系到人身安全和财产安全。但随着开采深度加深，边坡岩体中构造、破碎带的存在，如不采取措施，随时都有引发地裂缝、滑塌、滑坡等地质灾害的可能。
预裂爆破作为露天矿临近边帮的控制爆破技术,主要目的是通过预裂缝来减缓爆破震动的不良影响。然而，大面积的矿山边坡岩层中，必然伴随碎裂结构、散体结构、构造带等不良地质构造，预裂效果受到严重影响。另外，随着开采水平的下降，以及季节性降雨影响，地表水、裂隙水或雨水渗入形成水孔，含水炮孔逐年增多。在预裂爆破时，原本是空气不耦合演变成空隙充水，水对应力波的传递作用显著增强，同时对岩体裂隙产生了楔入效应，加剧了岩体的破坏，半痕率明显下降，边坡稳定性大大降低。
鉴于地层富含地下水以及断层、破碎带共同影响，形成的终了边坡需要事后支护。目前主要支护方式有：重力式挡墙支护、抗滑桩支护、锚索(杆)格构梁支护，这种补强方法加固必然伴随高造价，占用场地，高空作业，危险因素明显增多。
从治理效果、施工工艺、工程造价、安全条件等方面比较论证，结合岩层含水、破碎的地质特征，采取事前技术处理措施。提高半孔率，确保边坡的安全和稳定。
发明内容
有鉴于此，有必要在断层、风化破碎和充水条件下，打破传统的方法流程：预裂控制爆破——开挖——边坡加固。优化为预先注浆加固——预裂减振控制爆破——开挖施工方法，创新出一种高效、廉价、安全施工的预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，按以下步骤进行：
S1：确定临近终了边坡风化破碎区域，进行终了边坡放样，划定注浆加固范围；
S2：在注浆加固区域进行注浆孔钻孔放样；
S3：注浆孔钻孔成型；
S4：对注浆孔进行清理作业；
S5：对注浆孔进行压力注浆；
S6：确认注浆孔内注浆压力及注浆量达到要求；
S7：确定注浆孔内浆料达到凝胶时间和足够强度后，实施保护边坡的减振控制爆破；
S8：在爆破区域沿设计边坡轮廓线布置预裂孔，紧靠预裂孔布设至少一排缓冲孔，然后在缓冲孔外布设主炮孔；
S9：对预裂孔、缓冲孔和主炮孔进行装药、充填与连线，完成爆破警戒；
S10：对预裂孔、缓冲孔和主炮孔进行起爆。
进一步的，在实施步骤S2前，通过室内注浆试验对凝胶材料破碎岩体注浆加固的可行性进行试验分析，得出注浆量、浆液配比方案、速凝剂及龄期对破碎岩体加固效果。
进一步的，在S6和S7之间还包括对注浆孔进行水泥砂浆封孔作业的步骤。
进一步的，步骤S3中，沿边坡坡顶线按梅花型布置若干排注浆孔，孔排相对于坡顶线退后1～2m布设；注浆孔孔径Φ90～110mm，倾向、倾角等同于坡面角，深度超过台阶高度3～4m，同一排相邻注浆孔的钻孔间距为2～4m、相邻注浆孔排的排距为2～4m。
进一步的，步骤S5中，通过6～12MPa注浆压力进行循环注浆，使风化破碎、断层岩体固结成一堵厚度为8～12m墙体，固结破碎岩体内地下水渗流通道完全被堵塞。
进一步的，步骤S8中，预裂孔的孔径Φ140mm，倾向、倾角等同于坡面角，相邻预裂孔的间距1.5～1.8m，孔深13～13.5m，超深1.0～1.5m。
进一步的，缓冲孔孔径Φ152mm，缓冲孔与预裂孔的排距为2m，缓冲孔与主炮孔排距为3m；相邻缓冲孔的间距为3m，孔深14m，超深2.0。
进一步的，主炮孔的孔径Φ152mm，主炮孔不超过两排，排距4.5m～4.8m，间距5.0m～5.3m；。
进一步的，步骤S9中，预裂孔为全导爆索装药结构，不耦合装药，不耦合系数为2.5～4.3，线装药密度为1.0～2.5kg/m；缓冲孔采用间隔装药结构，分上、下两段装药，上段35kg，下段50kg；主炮孔采用连续装药结构，单孔药量150～160kg；预裂孔上部留1～2m不装药，孔口堵塞1m；缓冲孔中间间隔充填3m，孔口填塞≥3.5m；主炮孔填塞≥4m。
进一步的，步骤S10中，采用电子雷管起爆系统，预裂孔超前起爆时间为100～220ms，主炮孔与缓冲孔为逐孔起爆，排间延期42ms,孔间延期17ms。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、材料用量少，施工速度快；
2、施工设备轻便，工艺方法简单；
3、对场地岩层的适应性强；
4、结构轻便；
5、施工所需的场地面积小；
6、安全、可靠、经济。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例一中注浆孔布孔的平面示意图。
图2为图1中A-A剖视图。
图3为本发明实施例一中注浆加固后炮孔的平面示意图。
图4为图3中B-B剖视图。
图中：1-设计坡顶线，2-设计坡底线，3-注浆孔，4-注浆固结墙体，5-预裂孔，6-缓冲孔，7-主炮孔。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例一，如图1～4所示，一种预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，按以下步骤进行：
S1：确定临近终了边坡风化破碎区域，进行终了边坡放样，划定注浆加固范围，设计好设计坡顶线1和设计坡底线2；
S2：通过室内注浆试验对凝胶材料破碎岩体注浆加固的可行性进行试验分析，得出注浆量、浆液配比方案、速凝剂及龄期对破碎岩体加固效果；采用水泥浆作为凝胶材料，水泥浆的水灰比为1:1，其扩散半径为2-6米，然后在注浆加固区域进行注浆孔钻孔放样，注浆孔沿边坡坡顶线按梅花型布置；
S3：注浆孔钻孔成型；
S4：对注浆孔3进行清理作业；
S5：对注浆孔进行压力注浆；
S6：确认注浆孔内注浆压力及注浆量达到要求，当临近注浆孔出现溢浆现象时，作为注浆压力及注浆量达到要求的一种参考；
S7：确定注浆孔内浆料达到凝胶时间和足够强度后，实施保护边坡的减振控制爆破；
S8：在爆破区域沿设计边坡轮廓线布置预裂孔5，紧靠预裂孔布设至少一排缓冲孔6，然后在缓冲孔外布设主炮孔7；
S9：对预裂孔、缓冲孔和主炮孔进行装药、充填与连线，完成爆破警戒；
S10：对预裂孔、缓冲孔和主炮孔进行起爆。
本实施例中，对注浆材料应具有以下基本要求：
1)浆液具有低黏度、高可注性及稳定性，适于注浆泵压注；
2)浆液固化之后无收缩现象，与破碎岩块有较好的粘结性；
3)浆液配制方便且对注浆设备、管道没有腐蚀性，易于清洗；
4)材料来源广、价格便宜、无毒，避免对环境造成污染。
本实施例中，在S6和S7之间还包括对注浆孔进行水泥砂浆封孔作业的步骤。
本实施例中，步骤S3中，孔排相对于坡顶线退后1m布设；注浆孔孔径Φ90mm，倾向、倾角等同于坡面角，深度超过台阶高度ΔH为3m(加固高度15～16m)，同一排相邻注浆孔的钻孔间距为2m、相邻注浆孔排的排距为2m。
本实施例中，步骤S5中，通过6MPa注浆压力进行循环注浆，使风化破碎、断层岩体固结成一堵厚度为8m的注浆固结墙体4，固结破碎岩体内地下水渗流通道完全被堵塞。
本实施例中，步骤S8中，预裂孔的孔径Φ140mm，倾向、倾角等同于坡面角，相邻预裂孔的间距1.5m，孔深13m，超深1.0m。
本实施例中，缓冲孔孔径Φ152mm，缓冲孔与预裂孔的排距为2m，缓冲孔与主炮孔排距为3m；相邻缓冲孔的间距为3m，孔深14m，超深2.0。
本实施例中，主炮孔的孔径Φ152mm，主炮孔不超过两排，排距4.5m，间距5.0m；。
本实施例中，步骤S9中，预裂孔为全导爆索装药结构，不耦合装药，不耦合系数为2.5～4.3，线装药密度为1.0～2.5kg/m；缓冲孔采用间隔装药结构，分上、下两段装药，上段35kg，下段50kg；主炮孔采用连续装药结构，单孔药量150kg；预裂孔上部留1m不装药，孔口堵塞1m；缓冲孔中间间隔充填3m，孔口填塞≥3.5m；主炮孔填塞≥4m。
本实施例中，步骤S10中，采用电子雷管起爆系统，预裂孔超前起爆时间为100ms，主炮孔与缓冲孔为逐孔起爆，排间延期42ms,孔间延期17ms。
实施例二，一种预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，按以下步骤进行：
S1：确定临近终了边坡风化破碎区域，进行终了边坡放样，划定注浆加固范围；
S2：在注浆加固区域进行注浆孔钻孔放样；
S3：注浆孔钻孔成型；
S4：对注浆孔进行清理作业；
S5：对注浆孔进行压力注浆；
S6：确认注浆孔内注浆压力及注浆量达到要求；
S7：确定注浆孔内浆料达到凝胶时间和足够强度后，实施保护边坡的减振控制爆破；
S8：在爆破区域沿设计边坡轮廓线布置预裂孔，紧靠预裂孔布设至少一排缓冲孔，然后在缓冲孔外布设主炮孔；
S9：对预裂孔、缓冲孔和主炮孔进行装药、充填与连线，完成爆破警戒；
S10：对预裂孔、缓冲孔和主炮孔进行起爆。
本实施例中，在实施步骤S2前，通过室内注浆试验对凝胶材料破碎岩体注浆加固的可行性进行试验分析，得出注浆量、浆液配比方案、速凝剂及龄期对破碎岩体加固效果。
本实施例中，凝胶材料为水玻璃。
本实施例中，在S6和S7之间还包括对注浆孔进行水泥砂浆封孔作业的步骤。
本实施例中，步骤S3中，沿边坡坡顶线按梅花型布置若干排注浆孔，孔排相对于坡顶线退后1.5m布设；注浆孔孔径Φ100mm，倾向、倾角等同于坡面角，深度超过台阶高度3.5m，同一排相邻注浆孔的钻孔间距为3m、相邻注浆孔排的排距为3m。
本实施例中，步骤S5中，通过9MPa注浆压力进行循环注浆，使风化破碎、断层岩体固结成一堵厚度为9m墙体，固结破碎岩体内地下水渗流通道完全被堵塞。
本实施例中，步骤S8中，预裂孔的孔径Φ140mm，倾向、倾角等同于坡面角，相邻预裂孔的间距1.6m，孔深13.3m，超深1.25m。
本实施例中，缓冲孔孔径Φ152mm，缓冲孔与预裂孔的排距为2m，缓冲孔与主炮孔排距为3m；相邻缓冲孔的间距为3m，孔深14m，超深2.0。
本实施例中，主炮孔的孔径Φ152mm，主炮孔不超过两排，排距4.6m，间距5.2m。
本实施例中，步骤S9中，预裂孔为全导爆索装药结构，不耦合装药，不耦合系数为2.5～4.0，线装药密度为1.0～2.4kg/m；缓冲孔采用间隔装药结构，分上、下两段装药，上段35kg，下段50kg；主炮孔采用连续装药结构，单孔药量150～160kg；预裂孔上部留1～2m不装药，孔口堵塞1m；缓冲孔中间间隔充填3m，孔口填塞≥3.5m；主炮孔填塞≥4m。
本实施例中，步骤S10中，采用电子雷管起爆系统，预裂孔超前起爆时间为170ms，主炮孔与缓冲孔为逐孔起爆，排间延期42ms,孔间延期17ms。
实施例三，一种预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，按以下步骤进行：
S1：确定临近终了边坡风化破碎区域，进行终了边坡放样，划定注浆加固范围；
S2：在注浆加固区域进行注浆孔钻孔放样；
S3：注浆孔钻孔成型；
S4：对注浆孔进行清理作业；
S5：对注浆孔进行压力注浆；
S6：确认注浆孔内注浆压力及注浆量达到要求；
S7：确定注浆孔内浆料达到凝胶时间和足够强度后，实施保护边坡的减振控制爆破；
S8：在爆破区域沿设计边坡轮廓线布置预裂孔，紧靠预裂孔布设至少一排缓冲孔，然后在缓冲孔外布设主炮孔；
S9：对预裂孔、缓冲孔和主炮孔进行装药、充填与连线，完成爆破警戒；
S10：对预裂孔、缓冲孔和主炮孔进行起爆。
本实施例中，在实施步骤S2前，通过室内注浆试验对凝胶材料破碎岩体注浆加固的可行性进行试验分析，得出注浆量、浆液配比方案、速凝剂及龄期对破碎岩体加固效果。
本实施例中，凝胶材料为水泥浆，水灰比为0.5:1。
本实施例中，在S6和S7之间还包括对注浆孔进行水泥砂浆封孔作业的步骤。
本实施例中，步骤S3中，沿边坡坡顶线按梅花型布置若干排注浆孔，孔排相对于坡顶线退后2m布设；注浆孔孔径Φ110mm，倾向、倾角等同于坡面角，深度超过台阶高度4m，同一排相邻注浆孔的钻孔间距为4m、相邻注浆孔排的排距为4m。
本实施例中，步骤S5中，通过12MPa注浆压力进行循环注浆，使风化破碎、断层岩体固结成一堵厚度为12m墙体，固结破碎岩体内地下水渗流通道完全被堵塞。
本实施例中，步骤S8中，预裂孔的孔径Φ140mm，倾向、倾角等同于坡面角，相邻预裂孔的间距1.8m，孔深13.5m，超深1.5m。
本实施例中，缓冲孔孔径Φ152mm，缓冲孔与预裂孔的排距为2m，缓冲孔与主炮孔排距为3m；相邻缓冲孔的间距为3m，孔深14m，超深2.0。
本实施例中，主炮孔的孔径Φ152mm，主炮孔不超过两排，排距4.8m，间距5.3m。
本实施例中，步骤S9中，预裂孔为全导爆索装药结构，不耦合装药，不耦合系数为2.7～4.2，线装药密度为1.0～2.4kg/m；缓冲孔采用间隔装药结构，分上、下两段装药，上段35kg，下段50kg；主炮孔采用连续装药结构，单孔药量160kg；预裂孔上部留1～2m不装药，孔口堵塞1m；缓冲孔中间间隔充填3m，孔口填塞≥3.5m；主炮孔填塞≥4m。
本实施例中，步骤S10中，采用电子雷管起爆系统，预裂孔超前起爆时间为220ms，主炮孔与缓冲孔为逐孔起爆，排间延期42ms,孔间延期17ms。
本发明通过先预注浆加固边坡围岩，将破碎的边坡胶结成一整块注浆固结墙体，然后再开设炮孔进行爆破作业，该方法通过预先注浆堵塞岩层中地下水渗流通道，将破碎岩体固结成为一整体，再辅以爆破预裂减震等措施，为矿山安全高效开采提供有利条件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，其特征在于，按以下步骤进行：
S1：确定临近终了边坡风化破碎区域，进行终了边坡放样，划定注浆加固范围；
S2：在注浆加固区域进行注浆孔钻孔放样；
S3：注浆孔钻孔成型；
S4：对注浆孔进行清理作业；
S5：对注浆孔进行压力注浆；
S6：确认注浆孔内注浆压力及注浆量达到要求；
S7：确定注浆孔内浆料达到凝胶时间和足够强度后，实施保护边坡的减振控制爆破；
S8：在爆破区域沿设计边坡轮廓线布置预裂孔，紧靠预裂孔布设至少一排缓冲孔，然后在缓冲孔外布设主炮孔；
S9：对预裂孔、缓冲孔和主炮孔进行装药、充填与连线，完成爆破警戒；
S10：对预裂孔、缓冲孔和主炮孔进行起爆；
步骤S3中，沿边坡坡顶线按梅花型布置若干排注浆孔，孔排相对于坡顶线退后1～2m布设；注浆孔孔径Φ90～110mm，倾向、倾角等同于坡面角，深度超过台阶高度3～4m，加固高度15～16m，同一排相邻注浆孔的钻孔间距为2～4m、相邻注浆孔排的排距为2～4m；
步骤S5中，通过6～12MPa注浆压力进行循环注浆，使风化破碎、断层岩体固结成一堵厚度为8～12m墙体，固结破碎岩体内地下水渗流通道完全被堵塞；
步骤S8中，预裂孔的孔径Φ140mm，倾向、倾角等同于坡面角，相邻预裂孔的间距1.5～1.8m，孔深13～13.5m，超深1.0～1.5m；
缓冲孔孔径Φ152mm，缓冲孔与预裂孔的排距为2m，缓冲孔与主炮孔排距为3m；相邻缓冲孔的间距为3m，孔深14m，超深2.0。
2.根据权利要求1所述的预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，其特征在于：在实施步骤S2前，通过室内注浆试验对凝胶材料破碎岩体注浆加固的可行性进行试验分析，得出注浆量、浆液配比方案、速凝剂及龄期对破碎岩体加固效果。
3.根据权利要求1或2所述的预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，其特征在于：在S6和S7之间还包括对注浆孔进行水泥砂浆封孔作业的步骤。
4.根据权利要求1所述的预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，其特征在于：主炮孔的孔径Φ152mm，主炮孔不超过两排，排距4.5m～4.8m，间距5.0m～5.3m。
5.根据权利要求1所述的预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，其特征在于：步骤S9中，预裂孔为全导爆索装药结构，不耦合装药，不耦合系数为2.5～4.3，线装药密度为1.0～2.5kg/m；缓冲孔采用间隔装药结构，分上、下两段装药，上段35kg，下段50kg；主炮孔采用连续装药结构，单孔药量150～160kg；预裂孔上部留1～2m不装药，孔口堵塞1m；缓冲孔中间间隔充填3m，孔口填塞≥3.5m；主炮孔填塞≥4m。
6.根据权利要求1所述的预注浆加固边坡围岩提升预裂成缝效果的方法，其特征在于：步骤S10中，采用电子雷管起爆系统，预裂孔超前起爆时间为100～220ms，主炮孔与缓冲孔为逐孔起爆，排间延期42ms,孔间延期17ms。
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