利用岩土工程关键技术修复废弃矿山的研究.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.2(下)-99-工 程 技 术大量开发利用矿产资源,使不同地区的生态与环境问题越发严重。由于矿山企业对矿产资源进行粗放型开发,因此给当地景观、环境保护区等地貌景观造成了严重破坏,不仅会导致地质灾害事故,还会造成土壤侵蚀和生态环境恶化,给该地区居民的生产和生活造成很大威胁1。目前,在全国范围内,有超过 12 万座矿山,大部分矿山为小型矿山,此类矿山的占比为 93。具有地域分布分散等特点,在开采过程中存在技术手段落后、环保安全意识不强和破坏浪费严重等问题。根据有关统计,在开采小矿山的过程中发生地质灾害的次数超过矿山地质灾害总数量的 85,矿山灾害不仅毁坏了国内大量的
2、土地资源,还破坏了地表生态。随着我国赋存的矿山资源枯竭趋势越发明显,部分小型矿山被迫停工整顿,目前已有约 10的矿山处于停矿状态2。为解决以上问题,并维持矿山工程的市场效益与经济效益,应做好矿山利用与岩土修复工作,本文将以此为切入点进行研究。1 项目实例矿产资源是人类发展、社会经济建设中的必需品,在深入市场的研究中发现,95的能源、约 80的工业生产原材料和约 70的农业生产原材料均来自矿产资源。随着国内经济的快速增长,我国矿产资源开发规模居世界前列。但部分企业对矿山进行无节制开采,使市场内出现了大量的废弃矿山,此类矿山大多存在岩土工程方面的问题,包括滑坡、坍塌和危岩体隐患等问题,为对此类废弃
3、矿山进行修复与再利用,本文将以某废弃矿山为例,进行如下分析3。此废弃矿山位于当地某文化旅游景区,景区占地面积为 25 万,景区的核心建筑拟建在废弃矿山中,废弃矿山为旧铁矿,矿坑底部与矿山顶部的高度差在 55m145m,倾斜坡度在20 75,是当地标志性建筑工程项目之一4。对废弃矿山所在地的基本情况进行分析,具体内容见表 1。在深入现场调研中发现,区域人为活动十分显著,此矿坑曾开发过数次铁矿。矿山采掘造成了岩体破碎,使边坡坡度和高度增加,形成较厚的渣土堆积物,严重影响了边坡结构的稳定性。废弃矿山积水的实拍如图 1 所示。2 废弃矿坑边坡稳定性评价在掌握工程项目基本情况后,引进 Rhino-Gri
4、ddle 法,对废弃矿坑边坡的稳定性进行分析,通过此方式,为矿山中岩土工程的规范化实施提供数据支持5。为满足需求,利用Griddle 软件,采集废弃矿坑的相关技术参数,在计算机中操作 Flac3D 网格,生成对应的插件与数据。为更直观地感知并掌握废弃矿坑边坡情况,使用 Griddle 软件对废弃矿坑的边坡进行建模,如图 2 所示。操作建模软件界面,生成针对此矿山的三维结构模型,利用岩土工程关键技术修复废弃矿山的研究 王槐英(甘肃煤田地质局庆阳资源勘查院,甘肃 庆阳 745000)摘 要:针对目前废弃矿山修复利用过程中岩土工程亟待解决的问题,对其关键技术进行研究。根据某矿坑修复治理工程项目,采用
5、数值模拟的方式,对废弃矿坑边坡稳定性进行评价,结合得到的评价结果,当隧道施工时,通过地表袖阀管注浆加固与管棚预支护施工、洞口边坡支护与旋喷桩土层加固、隧道暗挖工序优化,对其进行修复,提高施工时边坡的稳定性。同时,施工时合理设置位移监测线和监测点,实时监测边坡变化,进一步保障施工安全性。应用新的加固技术可以有效提高施工稳定性,充分发挥修复废弃矿山的综合效益。关键词:废弃矿山;修复;岩土工程;关键技术中图分类号:TU98文献标志码:A图 1 废弃矿山积水实景图表 1 废弃矿山基本情况(单位:m)场地海拔标高坑底最低高程地形特点四周山坡高点至坑底的高差矿坑内最大水深丘陵低山地貌247.5106中间低
6、、四周高54141.530中国新技术新产品2024 NO.2(下)-100-工 程 技 术导出模型后呈现在 Flac3D 中,便于技术人员对模型中网格信息进行规范化与统一化处理。完成建模后,引进点安全理论,对废弃矿坑边坡进行失稳评价,在此过程中,应明确该理论贯通破坏区的应力分布,根据废弃矿坑边坡上层土体对整体结构的影响程度,对废弃矿坑边坡点安全系数进行计算,如公式(1)所示。tansCF+=(1)式中:Fs为废弃矿坑边坡点安全系数;为矿山海拔标高;为矿坑底部与矿山顶部的倾斜坡度;C 为坑底最低高程;为边坡倾斜系数。在此基础上,参照边坡结构的三维线弹性力学理论,可以得到公式(2)。K=l21+m
7、22+n23 (2)式中:K 为边坡结构的三维线弹性模量;l 为边坡的主应力方向余弦;1、2和 3为矿山海拔不同高度;m 为矿坑实际位移场;n 为矿坑实际应力场系数。根据上述计算公式得到的相关系数,对废弃矿坑边坡稳定性进行评价,稳定性评价的计算过程如公式(3)所示。()113tantan2CwC+=+(3)式中:w 为废弃矿坑边坡稳定性系数。根据相关工作的具体需求,对 w 取值进行量化,掌握废弃矿坑边坡是否存在坍塌、滑坡等安全隐患,以此对边坡稳定性进行评价。3 利用岩土工程关键技术修复废弃矿山3.1 地表袖阀管注浆加固与管棚预支护施工对上述工程项目进行加固,由于主体结构位于浅埋层段,并且在上覆
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