本发明涉及矿山露天坑处理技术领域，尤其涉及一种多空间水力通道的隔断方法。
背景技术：
露天转地下开采矿山存在许多不同于单独露天或地下开采矿山需要解决的问题，诸如过渡期开采顺序、过渡期采矿方法、防洪排水、露天与地下协同开采等问题，其中防洪是应首先解决的关键问题之一。一般露天矿与地下采场有较为复杂的水力通道，使得上部露天矿所汇集的大气降水直接灌入地下生产系统，对地下开采构成严重威胁。水力通道以废旧巷道、未充填采空区、溶洞、裂隙、塌陷区等方式存在，查明并隔断水力成为露天矿防洪的关键突破口。
目前现有技术中已有一些矿山露天坑与地下矿山的水力通道进行处理。例如，矿山露天转地下注浆帷幕措施。矿山为露天地下联合开采，由于坑底矿体残矿开采，在-234m的水平探矿坑道放炮后，爆通矿体周边的破碎含水带引发露天坑透水。水下泄后，在坑底出现了3个落水洞，其中2个在露天坑南端，下部为民采区，另一个在露天坑存水区东部排土边坡坡脚，下部流向不明。后露天坑排土场南边坡出现一个塌陷坑，井下采场未垮落，-185m中段、上部天井及联络巷完好，涌水也未见异常。在透水最初的37.5h，涌水量达97562m3，平均涌水量2602m3/h，最初61.5h涌水量达123445m3，平均涌水量2007m3/h。透水初期水较清，后来较浑浊，带出来的泥砂量总体不是很大，未体现出南坑流失的泥砂量，说明有大量的泥砂沉积在未知的空区中，形成潜在威胁。为防止特大暴雨造成井下涌水过大，在露天坑内设注浆帷幕和修建水仓及配套设施。采用平面上呈封闭式、剖面上属半封闭式的帷幕布置型式，幕底接相对弱含水层。露天坑内大理岩岩带宽450m，首期帷幕线注浆长度120m，封堵井下出水处断层破碎带，如达到了堵水效果，则不再施工后期注浆帷幕工程；如未达到预期效果，则完成全部注浆帷幕工程，在平面上采取封闭式注浆防渗帷幕，全帷幕线注浆长度450m。
又例如，某铁矿的露天转地下后的露天坑底防渗措施。由于铁矿露天坑排弃物为含水20％左右的尾矿砂，而露天坑底及边帮由于生产爆破等原因，会有许多随机分布的孔隙和裂缝，在尾矿排放的状态下，这些孔隙和裂缝中必然有水存在。积水不仅使岩体的力学性质进一步恶化，而且尾矿水的渗人将对裂隙壁施加法向渗透压力和切向拖曳力，由此形成的渗流场会影响采场的稳定性。因此，为保证矿山的生产安全，铁矿在加速南采区矿体回采的同时，还必须做好防渗措施。露天开采结束后，露天坑底必然存在一些废石，而且露天坑底地势也是高低不平的。因此，设计防渗措施时，首先要在露天坑底铺设一层30cm厚的黏土，并铺平、辗压，尽可能做到使黏土层比较平坦，经验收合格后，再在黏土层上铺放土工膜。选用的土工膜质量应比较好，其膜顶破强度、膜抗拉强度和膜延伸度要尽可能高，这样土工膜才能在施工过程中不至于破裂。
综上所述，目前露天转地下防洪措施主要有注浆帷幕和坑底设置防渗层。前者采用平面上呈封闭式、剖面上属半封闭式的帷幕布置型式，幕底接相对弱含水层，具有施工复杂，投资较大，且幕体容易受坑底爆破影响。后者通过场地整平、铺设钠基膨润土毯、土工膜，短纤土工膜等，为防止土工膜拉裂，还须设锚固沟。具有工程投资大、施工复杂的特点，同时坑底水力通道没有采用封堵处理，防渗层容易受到拉伸破坏。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种多空间水力通道的隔断方法，所述隔断方法能够较为有效地阻断露天坑和开采地下空间水力通道，防止地表汇水通过露天坑灌入井下，且施工工艺较为简单，施工成本较低。
根据本发明实施例的多空间水力通道的隔断方法，所述隔断方法用于填充露天坑，包括如下步骤：
s1：探测所述露天坑下方的地下空间存在的采空区；
s2：在所述露天坑的底壁上设置连通所述采空区的灌浆孔；
s3：经所述灌浆孔朝向所述采空区灌注第一填充料浆以封堵所述采空区；
s4：在所述露天坑的底壁构筑假顶，所述假顶用于加固所述地下空间的顶部以及阻止地表水流入所述地下空间。
根据本发明实施例的多空间的水力通道的阻断方法，由于包括灌浆封堵采空区和露天坑的底壁上构筑人工假顶两步，较为有效阻断露天坑和开采地下空间水力通道，防止地表汇水灌入井下及保证地下开采安全，且施工工艺较为简单，施工成本较低。
在一些实施例中，步骤s4包括以下步骤：
q1：在所述露天坑的底壁上选取基准面；
q2：对所述露天坑的底壁上高于或者低于所述基准面的部分进行切削或填平；
q4；向所述露天坑的底壁上灌注第二填充料浆以形成所述假顶。
具体地，在步骤q2及q4之间还包括步骤q3：在所述露天坑的底壁上铺设钢筋网。
在一些实施例中，所述第一填充料浆为全尾砂胶结料浆。
在一些实施例中，所述第二填充料浆为凝胶材料与全尾砂材料的混合料浆。
在一些可选的实施例中，所述假顶的上表面位于地表下方。
具体地，所述假顶的上方空间铺设有填充层，所述填充层的上表面与地表平齐。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1采用本发明实施例的多空间水力通道隔断方法处理后的露天坑的结构示意图。
附图标记：
露天坑100、假顶200、钢筋网300、采空区400、填充层500。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1描述根据本发明实施例的多空间水力通道的隔断方法。
需要说明的是，可以理解的是，露天转地下开采矿山存在防洪排水的问题，通常情况下，露天坑100与地下采场有较为复杂的水力通道，使得上部露天坑100所汇集的大气降水直接灌入地下生产系统，对地下开采构成严重威胁。本发明实施例的多空间水力通道的阻断方法就是在露天转地下开采后，废弃露天坑再利用时采用全尾砂填充露天坑100，从而实现阻断露天坑100与地下生产系统中存在的水力通道。
根据本发明实施例的多空间水力通道的隔断方法包括如下步骤：
s1：探测露天坑100下方的地下空间存在的采空区400；
s2：在露天坑100的底壁上设置连通采空区400的灌浆孔；
s3：经灌浆孔朝向采空区400灌注第一填充料浆以封堵采空区400；
s4：在露天坑100的底壁构筑假顶200，假顶200用于加固地下空间的顶部以及阻止地表水流入地下空间。
可以理解的是，在露天坑100的底壁上构筑假顶200之前先将露天坑100下方的采空区400用第一填充料浆填充封堵，不仅能够防止采空区400中的积水渗入地下采矿空间，还可以避免在构筑假顶200时出现采空区400坍塌的现象发生。与此同时，在封堵采空区400后露天坑100的底壁上构筑假顶200，假顶200能够很好的防止地表水渗入地下采矿空间中，能够起到较好的防洪作用。由于假顶200在一定程度上加固了地下采矿空间的顶壁，进一步防止了坍塌事故的发生。相比现有技术的注浆帷幕或者坑底设置防渗土工膜的方式，本发明实施例的灌注方法较为简单，施工成本较低。
根据本发明实施例的多空间的水力通道的阻断方法，由于包括灌浆封堵采空区400和露天坑100的底壁上构筑人工假顶200两步，较为有效阻断露天坑100和开采地下空间水力通道，防止地表汇水灌入井下，且施工工艺较为简单，施工成本较低。
在一些可选的实施例中，探测采空区400的方式可以是物理探测方法和钻孔探测方法其中一种或者二者混合使用，由此，可以较为准确地探测到采空区400的具体位置。
在一些实施例中，步骤s4包括以下步骤：
q1：在露天坑100的底壁上选取基准面；
q2：对露天坑100的底壁上高于或者低于基准面的部分进行切削或填平；
q4；向露天坑100的底壁上灌注第二填充料浆以形成假顶200。
这里需要说明的是，通常情况下露天坑100的坑底凹凸不平，并且会有废石残渣等等，因此，直接向露天坑100的底壁上灌注第二填充料浆形成假顶200会导致假顶200密实度不够从而导致隔水性能不好的现象发生。由此，在灌注第二填充料浆形成假顶200之前，先对露天坑100的底壁进行削凸填凹处理保证了露天坑100的底壁较为平整，使得假顶200的密实度较高，从而保证了假顶200的隔水性。
具体地，在步骤q2及q4之间还包括步骤q3：在露天坑100的底壁上铺设钢筋网300。可以理解的是，在露天坑100的底壁上铺设钢筋网300能够加强假顶200的强度，进一步提高了假顶200对地下采矿空间顶壁的加固作用，极大程度上避免了塌陷的现象发生。需要说明的是，钢筋网300的布置位置可以根据采空区400的位置进行设置，采空区400较为密集的地方可设置多层钢筋网300。
有利的，假顶200在天气晴好时一次灌注形成。由此可以提高假顶200的强度与密实度。
在一些实施例中，第一填充料浆为全尾砂胶结料浆，第二填充料浆为凝胶材料与全尾砂材料的混合料浆。这里需要说明的是，第一填充料浆和第二填充料浆的选择需要根据露天坑100的实际地质、采空区400的大小、整个采矿区的实际地质做出适应性调整，也就是说，第一填充料浆和第二填充料浆的材料并不限于上述材料。
需要补充说明的是，第一填充料浆和第二填充料浆均具有一定的流动性，由此可以让填充料浆自然渗入到露天坑100或者采空区400的地质裂隙，让露天坑100及填充后的采空区400更好的形成整体，从而提高了地下采矿空间的防坍塌性能。
在一些可选的实施例中，假顶200的上表面位于地表下方。可以理解的是，通常情况下，露天坑100的深度较深，如果假顶200的上表面与地表平齐，虽然具有极强的防水效果和加固效果，但是假顶200的厚度太大会使成本大大增加。因此，在实际操作中，假顶200的上表面一般都位于地表下方，在保证假顶200的防水效果和加工效果的同时压缩施工成本。
具体地，假顶200的上方空间铺设有填充层500，填充层500的上表面与地表平齐。需要说明的是，填充层500可以采用较为松散的砂石或者废矿石等等形成，填充层500的上表面用途地表平齐能够提高矿区的美观程度，并且在一定程度上方便了矿区的交通。
下面描述本发明一个具体实施例的多空间水力通道的隔断方法。
本实施例的隔断方法包括如下步骤：
w1：采用物理探测和钻孔探测的联合方式探测露天坑100下方的地下空间存在的采空区400；
w2：在露天坑100的底壁上设置连通采空区400的灌浆孔；
w3：经灌浆孔朝向采空区400灌注全尾砂胶结充填料浆以封堵采空区400；
w4：在露天坑100的底壁上选取基准面，基准面距离地表84米；
w5：对露天坑100的底壁上高于或者低于基准面的部分进行切削或填平；
w6：在露天坑100的底壁上铺设钢筋网300。
w7：向露天坑100的底壁上灌注第二填充料浆以形成假顶200，假顶200的上表面距离地表63m；
w8：在假顶200的上表面设置填充层500使得填充层500的上表面与地表平齐。
本实施例的多空间水力通道的隔断方法具有以下优点
(1)施工简单，投资少。采用可视化的物理探测+钻孔探测的方法探测采空区400，然后在露天坑100的底壁上形成假顶200，不存在后期维护类似注浆帷幕式的幕体，也不需要大量开挖和整平露天坑100的底壁进行防渗。
(2)有利于高陡边坡治理。采用全尾砂胶结充填料浆处理采空区400，充填料浆同时渗入地质裂隙，让采空区400与露天坑100的地下空间形成一个整体，同时假顶200也可以降低了高陡边坡的高度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。