CN114892687A - 一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构 - Google Patents

一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构，桩顶槽(1)位于边坡平台下部的潜滑面(5)的正上方，桩顶槽(1)内浇筑混凝土板(2)；2～4排无缝钢管(3)安装在边坡平台钻孔内并穿过潜滑面(5)，无缝钢管(3)的管壁上设有浆孔(7)，注浆混凝土充满整个无缝钢管(3)并通过浆孔(7)充填进潜滑面(5)形成层间混凝土(6)。本发明能够有效地减小在露天矿山靠帮过程中的应力扰动的影响，同时其桩‑岩复合结构的支挡作用和通过钢管管身的浆孔充填进软弱结构面的层间混凝土，能够显著地提高靠帮边坡的稳定性，并且本发明嵌于路面之下的加固结构不影响台阶路面的正常通行，能够有效地提高台阶路面使用效率。

Description

一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构
技术领域
本发明属于露天矿山边坡治理技术领域，具体涉及一种矿山露天边坡治理的加固结构及施工方法，对非煤矿山岩质顺层边坡的超前预加固治理尤为适用。
背景技术
对于露天开采而言，人工开采活动对矿山边坡岩体造成的扰动贯穿整个矿山边坡服役期，因此，露天矿边坡在开采过程中一直处于动态演化过程中。露天矿边坡的动态开采过程，决定了此类边坡在开采过程中具有特殊的动力损伤演化规律以及位移响应特点，特别是在边坡开采扰动与卸荷动力变化以及爆破损伤的耦合作用下，会导致露天边坡不断进行应力的重分布和下滑动力的增加，从而使得边坡稳定性逐渐降低，一旦边坡失稳，会对开采工作造成巨大的损失，同时给人民生命财产安全带来不可挽回的灾难。
露天矿边坡问题，直接影响露天矿开采的经济效果和生产的安全性。目前来说，大多数非煤露天矿的边坡治理基本上都是在开挖后已经形成边坡临空面后进行的坡面加固方式，如专利号为ZL201610437144.2的边坡滑坡治理的组合加固方法，采用桩-锚-梁组合结构能够有效地提高边坡稳定性，但是这种后加固方式有很大的缺陷，当在开挖形成边坡临空面的过程中，边坡岩体会由于卸荷劣化机制导致坡体的应力状态、坡面的滑移和内部的裂隙等已经发生不可逆的扰动，进而影响整个坡体的稳定性，增大加固过程中的危险性以及治理成本。
为此研发一种适用于非煤露天矿山岩质顺层边坡治理的超前预加固结和施工方法就十分必要。
发明内容
为了适应非煤露天矿山岩质顺层边坡治理的需要，克服现有的边坡滞后加固治理的缺陷，提高矿山边坡稳定性，降低边坡治理成本，保证矿山安全持续生产，本发明提供一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构，该超前预加固结构能够显著减少边坡岩体的不可逆的岩体损伤以提高露天矿边坡的稳定性，并且保证本发明在充分发挥预加固效果的同时不影响台阶道路的正常通行。
为实现本发明的上述目的，本发明一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构采用以下技术方案实现：
本发明一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构是由桩顶连接部分、注浆桩体部分组合而成。所述的桩顶连接部分是由在边坡平台上向下开挖的桩顶槽、浇筑在桩顶槽内的混凝土板构成，桩顶槽位于边坡平台下部的潜滑面的正上方，桩顶槽为在钻孔之前提前开凿的用以容纳混凝土板的立方体空间；所述的注浆桩体部分包括安装在边坡平台钻孔内并穿过潜滑面、底端深入到潜滑面下部的稳定基岩中的2～4排无缝钢管，在无缝钢管的管壁上设有浆孔，采用自下而上灌浆法对钻孔以及安装在钻孔内的无缝钢管进行灌浆形成微型钢管桩，2～4排微型钢管桩构成微型钢管桩群；所述的无缝钢管的上部位于桩顶槽内并与混凝土板相互连接，无缝钢管内灌注有注浆混凝土，无缝钢管和注浆混凝土相互粘结构成注浆桩体部分，在一定的注浆压力下，注浆混凝土能够迅速充满整个无缝钢管并通过浆孔充填进顺层之间的软弱结构面—潜滑面形成层间混凝土。
通过结构抗滑稳定性计算，所述的混凝土板的厚度一般为300mm～350mm，混凝土板的长和宽均超出微型钢管桩群边缘100～150mm。
根据边坡体内部顺层软弱夹层或结构面的产状和位置，浆孔沿着无缝钢管的管身对应边坡体内部顺层软弱夹层或结构面位置布设1～3圈，每圈的浆孔为斜面布设，以便于注浆混凝土能够通过浆孔充填进顺层之间的软弱结构面上形成层间混凝土。
一般情况下，无缝钢管排数以2～3排为宜；无缝钢管底端深入到潜滑面下部的稳定基岩中的长度占钢管桩长度1/4左右，但不能少于钢管桩长度的1/5。
进一步地，所述的微型钢管桩群中的无缝钢管的排距为1000mm～1500mm，每排中相邻的无缝钢管的间距为1200mm～2000mm，采用梅花型交错排列为佳。
为了便于在边坡平台上车辆的行走，所述的混凝土板的上面、无缝钢管的顶端与路面齐平，并垂直布设在靠帮边坡坡顶的路面。
作为本发明的优选方案，所述的无缝钢管外径为120～180mm为宜，所述的浆孔的直径在13～20mm范围为佳；无缝钢管底端深入到潜滑面下部的稳定基岩中的长度不少于钢管桩长度的1/4较好。
本发明一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构采用以上技术方案后，具有下列积极效果：
(1)在露天矿靠帮之前进行超前预加固施工，能够有效减小坡体在开挖靠帮过程中的应力扰动的影响，使得开挖过程更安全，靠帮后坡体更加稳定。
(2)本发明能够在台阶坡顶平台处等狭小空间进行施工，并且可以就近重复利用矿山爆破凿岩设备，无需新增设备，施工作业更加灵活方便。
(3)本发明之桩顶连接部分与平台路面同一水平面，即混凝土板的上面、无缝钢管的顶端与路面齐平，在起到了超前加固效果的同时，也能保障平台道路的正常通行，提高了道路面积的利用率。
(4)本发明之微型钢管桩中的混凝土浆液能够通过无缝钢管管身的浆孔准确高效地充填进入岩层间的软弱夹层，增大岩层之间的粘聚力和内摩擦角，并形成桩-岩复合结构，显著提高了靠帮边坡整体稳定性。
附图说明
图1为本发明一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构剖面示意图；
图2为本发明采用的桩顶连接结构的平面示意图；
图3为本发明采用的无缝钢管开孔横截面示意图；
图4为本发明采用的无缝钢管外表开孔整体示意图。
附图标记：1-桩顶槽；2-混凝土板；3-无缝钢管；4-待开挖岩体；5-潜滑面；6-层间混凝土；7-浆孔。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图对本发明一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构做进一步详细描述。
由图1所示的本发明一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构剖面示意图并结合图2、图3、图4看出，本发明一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构是由桩顶连接部分、注浆桩体部分组合而成。所述的桩顶连接部分是由在边坡平台上向下开挖的桩顶槽1、浇筑在桩顶槽1内的混凝土板2构成，所述的混凝土板2为C30浇筑混凝土板，其浇筑位置位于提前开凿的桩顶槽1内，桩顶槽1位于边坡平台下部的潜滑面5的正上方，桩顶槽1同时位于待开挖岩体4里面的靠帮边坡平台上；所述的注浆桩体部分包括安装在边坡平台钻孔内并穿过潜滑面5、底端深入到潜滑面5下部的稳定基岩中的2～3排无缝钢管3，无缝钢管3外径为120～180mm，无缝钢管3底端深入到潜滑面5下部的稳定基岩中的长度为钢管桩长度的1/4左右；在无缝钢管3的管壁上设有浆孔7，浆孔7的直径为15mm，根据边坡体内部顺层软弱夹层或结构面的产状和位置，浆孔7沿着无缝钢管3的管身对应边坡体内部顺层软弱夹层或结构面位置布设1～3圈，每圈的浆孔7为斜面布设；采用自下而上灌浆法对钻孔以及安装在钻孔内的无缝钢管3进行灌浆形成微型钢管桩，2～3排微型钢管桩构成微型钢管桩群，所述的微型钢管桩群中的无缝钢管3的排距为1000mm～1500mm，每排中相邻的无缝钢管3的间距为1200mm～2000mm，采用梅花型交错排列；所述的无缝钢管3的上部位于桩顶槽1内并与混凝土板2相互连接，无缝钢管3内灌注有注浆混凝土，所述的注浆混凝土型号为M30，注浆压力一般不低于0.6～0.8MPa，以保证注浆混凝土充满整个无缝钢管3并通过浆孔7充填进潜滑面5形成层间混凝土6。所述的混凝土板2的上面、无缝钢管3的顶端与路面齐平，并垂直布设在靠帮边坡坡顶的路面；所述的混凝土板2的厚度为300mm～350mm，混凝土板2的长和宽均超出微型钢管桩群边缘100～150mm。
本发明一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构已经在国内某大型露天铁矿、某大型有色金属矿进行工业试验应用。试验矿山露天边坡属于岩质顺层边坡，坡体内部有顺层软弱夹层，存在边坡失稳的风险。为了提高露天矿边坡的稳定性，确保开采和运输安全，采用了本发明超前预加固结构。试验结果表明，施工本发明超前预加固结构后，能够有效地减小在露天矿山靠帮过程中的应力扰动的影响，同时其桩-岩复合结构的支挡作用和通过钢管管身的浆孔充填进软弱结构面的层间混凝土，能够显著地提高靠帮边坡的稳定性，并且本发明嵌于路面之下的加固结构不影响台阶路面的正常通行，能够有效地提高台阶路面使用效率，取得了非常好的使用效果。

Claims (7)

1.一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构，其特征在于它是由桩顶连接部分、注浆桩体部分组合而成：所述的桩顶连接部分是由在边坡平台上向下开挖的桩顶槽(1)、浇筑在桩顶槽(1)内的混凝土板(2)构成，桩顶槽(1)位于边坡平台下部的潜滑面(5)的正上方；所述的注浆桩体部分包括安装在边坡平台钻孔内并穿过潜滑面(5)、底端深入到潜滑面(5)下部的稳定基岩中的2～4排无缝钢管(3)，在无缝钢管(3)的管壁上设有浆孔(7)，采用自下而上灌浆法对钻孔以及安装在钻孔内的无缝钢管(3)进行灌浆形成微型钢管桩，2～4排微型钢管桩构成微型钢管桩群；所述的无缝钢管(3)的上部位于桩顶槽(1)内并与混凝土板(2)相互连接，无缝钢管(3)内灌注有注浆混凝土，注浆混凝土充满整个无缝钢管(3)并通过浆孔(7)充填进潜滑面(5)形成层间混凝土(6)。
2.如权利要求1所述的一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构，其特征在于：所述的混凝土板(2)的厚度为300mm～350mm，混凝土板(2)的长和宽均超出微型钢管桩群边缘100～150mm。
3.如权利要求2所述的一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构，其特征在于：根据边坡体内部顺层软弱夹层或结构面的产状和位置，浆孔(7)沿着无缝钢管(3)的管身对应边坡体内部顺层软弱夹层或结构面位置布设1～3圈，每圈的浆孔(7)为斜面布设。
4.如权利要求3所述的一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构，其特征在于：所述的无缝钢管(3)排数为2～3排；无缝钢管(3)底端深入到潜滑面(5)下部的稳定基岩中的长度不少于钢管桩长度的1/5。
5.如权利要求1、2、3或4所述的一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构，其特征在于：所述的微型钢管桩群中的无缝钢管(3)的排距为1000mm～1500mm，每排中相邻的无缝钢管(3)的间距为1200mm～2000mm，采用梅花型交错排列。
6.如权利要求5所述的一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构，其特征在于：所述的混凝土板(2)的上面、无缝钢管(3)的顶端与路面齐平，并垂直布设在靠帮边坡坡顶的路面。
7.如权利要求6所述的一种用于露天矿岩质顺层边坡治理的超前预加固结构，其特征在于：所述的无缝钢管(3)外径为120～180mm，所述的浆孔(7)的直径为13～20mm；无缝钢管(3)底端深入到潜滑面(5)下部的稳定基岩中的长度不少于钢管桩长度的1/4。
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