一种利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法及系统与流程

本发明涉及治理露天矿滑坡，尤其涉及一种利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法及系统。

背景技术：

1、在现代城市建设中，随着开挖深度的增大，施工环境越发复杂，地下水渗流问题越来越无法回避，由此根据不同的工程需求专家学者提出了不同的冻结管布置方式。在传统煤矿立井施工中，采用人工冻结技术形成冻结壁，人工冻结技术是指采用人工制冷的方法将天然岩土体变为冻土，增加其强度与稳定性并隔绝地下水的技术，由于其适应性强、安全可靠、对环境污染小等优点已经在矿山、市政领域得到了广泛的应用。

2、但是在露天煤矿边坡治理工程等领域，如何使用低成本高质量实现边坡加固、防治边坡灾害是一个关键问题。现有的露天矿滑坡治理方法中，清帮、压脚只能控制小规模的滑动，注浆喷锚造价高，需要新技术解决上述问题。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明提供了一种利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法及系统，能够解决背景技术中提到的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，一种利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法，包括：

5、将冻结管放入待治理露天矿测试区，投入冷媒获取冻结管冻结参数，停止投入冷媒获取融冰参数；

6、获取待治理露天矿尺寸数据，结合所述冻结管冻结参数、融冰参数、施工进度以及目标冻土墙强度，确定冻结管放置位置；

7、根据所述冻结管放置位置放入冻结管，并投入同种冷媒进行冻结，实现露天矿滑坡治理。

8、作为本发明所述的利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法的一种优选方案，其中：所述冻结管冻结参数包括，平均最大冻结管冻结半径、平均达到最大冻结管冻结半径的时间、单个冻结管达到最大冻结管冻结半径的平均冻土硬度以及两个冻结管达到最大冻结管冻结半径时叠加冻土的平均硬度，

9、

10、

11、其中，表示平均最大冻结管冻结半径，表示平均达到最大冻结管冻结半径的时间，表示单个冻结管达到最大冻结管冻结半径的平均冻土硬度，表示两个冻结管达到最大冻结管冻结半径时叠加冻土的平均硬度，rn表示第n个冻结管的最大冻结管冻结半径，tn表示达到最大冻结管冻结半径的时间，hdn表示单个冻结管n达到最大冻结管冻结半径的冻土硬度，hsm表示两个冻结管达到最大冻结管冻结半径时叠加冻土的硬度，n表示冻结管的测试次数，m为两个冻结管叠加的测试次数，并获取冻结时冻土硬度、温度与时间的线性关系。

12、作为本发明所述的利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法的一种优选方案，其中：所述融冰参数包括停止投入冷媒后单个冻结管的解冻时间、停止投入冷媒后两个冻结管叠加的解冻时间以及解冻时冻土硬度、温度与时间的线性关系；

13、所述冻结时冻土硬度、温度与时间的线性关系中约束条件为：

14、

15、其中，表示冻结时冻土硬度关于时间的线性表达式，表示对冻结时冻土硬度关于时间的线性表达式进行对时间求导，t(t)表示冻结时冻土温度关于时间的线性表达式，t表示时间；

16、所述解冻时冻土硬度、温度与时间的线性关系中约束条件为：

17、

18、所述两个冻结管叠加包括，将两个冻结管放置于相距距离为平均最大冻结管冻结半径的位置。

19、作为本发明所述的利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法的一种优选方案，其中：所述确定冻结管放置位置包括，

20、获取待治理露天矿的最大可施工时间，当所述最大可施工时间小于达到最大冻结管冻结半径的时间时，根据所述冻结时冻土硬度、温度与时间的线性关系，获取最大可施工时间可获取的冻土硬度，若最大可施工时间获取的冻土硬度大于目标冻土墙硬度，则按照距离r放置冻结管；

21、若最大可施工时间获取的冻土硬度小于目标冻土墙硬度，则按照距离0.5r放置冻结管。

22、作为本发明所述的利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法的一种优选方案，其中：所述确定冻结管放置位置还包括，

23、当所述最大可施工时间大于达到最大冻结管冻结半径的时间时，根据所述冻结时冻土硬度、温度与时间的线性关系，获取最大可施工时间可获取的冻土硬度，若最大可施工时间获取的冻土硬度大于目标冻土墙硬度，则按照距离2r放置冻结管；

24、若最大可施工时间获取的冻土硬度小于目标冻土墙硬度，则按照距离r放置冻结管，所述冻结管个数根据露天矿待治理区域尺寸确定。

25、作为本发明所述的利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法的一种优选方案，其中：所述确定冻结管放置位置还包括，

26、记露天矿待治理区域为矩阵n，且:

27、

28、其中，axx表示大小为0.5r*0.5r的正方形区域，若正方形区域内含有冻结管，,则axx＝1，若正方形区域内不含有冻结管，则axx＝0，露天煤矿含煤区域在矩阵中的值为2；

29、若最大可施工时间获取的冻土墙厚度大于目标冻土墙厚度，则在露天矿待治理区域按照相对应间距放置一行冻结管；

30、若最大可施工时间获取的冻土墙厚度小于目标冻土墙厚度，则在露天矿待治理区域按照相对应间距放置两行冻结管；

31、若两行冻结管在最大可施工时间获取的冻土墙厚度仍小于目标冻土墙厚度，则继续增加一行冻结管，直至冻结管在最大可施工时间获取的冻土墙厚度大于目标冻土墙厚度；

32、等待确定矩阵n具体分布后，再按照矩阵n中冻结管分布，结合由上到下、由左至右的顺序进行布置冻结管。

33、作为本发明所述的利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法的一种优选方案，其中：所述确定冻结管放置位置还包括，向各冻结管压入冷媒，对潜在滑坡体进行局部直接冷冻，加冷媒压力逐渐增加，当冻结管周边土体温度达到预计温度时，降低冷媒供液压力，将冷媒来源由液罐车或/和冷冻站改至常用钢制液罐瓶，根据监测温度数据，调整供应冷媒速度。

34、一种利用冻结法原理治理露天矿滑坡的系统，其特征在于：包括测试参数获取模块、冻结管位置获取模块以及控制治理模块，

35、测试参数获取模块，所述测试参数获取模块用于将冻结管放入待治理露天矿测试区，投入冷媒获取冻结管冻结参数，停止投入冷媒获取融冰参数；

36、冻结管位置获取模块，所述冻结管位置获取模块用于获取待治理露天矿尺寸数据，结合所述冻结管冻结参数、融冰参数、施工进度以及目标冻土墙强度，确定冻结管放置位置；

37、控制治理模块，所述控制治理模块用于根据所述冻结管放置位置放入冻结管，并投入同种冷媒进行冻结，实现露天矿滑坡治理。

38、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

39、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

40、本发明的有益效果：本发明提出一种利用冻结法原理治理露天矿滑坡的方法及系统，通过对单个冻结管以及叠加冻结管的冻结参数以及融冰参数，再根据待治理露天矿尺寸数据来确定冻结管放置位置，进入地层内的冷媒通过进、回管路与地层相连，通过冻结管与地层进行热交换，将冷量传递给周围地层，而将地层中热量带走，由此使冻结管周围地层由近至远不断降温，逐渐使地层中的水变成冰，把原来松散或有空隙的地层通过冰胶结在一起，形成不透水的冻土柱。若干个这样的冻结管排列起来，通过冻结管内的冷媒不断循环，使这些冻结管周围土都冻成冻土柱。随着冻土柱半径不断扩展，相邻冻土柱就会相连，彼此通过冰紧密结合在一起，形成密封连续墙。在滑面位置形成冻结体，增加抗滑阻力，阻止边坡滑动。有自由水就能成冻土，形成冻土壁，无论是透水层、还是隔水层，冻土壁可以阻隔地下水侵入，形成干燥的施工环境；适应各种土层，尤其适用于含水量大、地层软弱的工程。