一种针对露天矿边坡上层滞水的联合降水和排水方法与流程

本发明属于矿山边坡治理领域，尤其涉及非煤露天矿边坡上层滞水的联合降水和排水方法，可在黑色、有色、非金属露天矿山边坡治理中广泛应用。

背景技术：

1、矿山边坡失稳中90％与地表水及边坡地下水的活动有关，大多因疏水、导水方法不当有关。多数露天矿山在整个生产期间，甚至在基建期间，就要采取有效的防水、排水措施，以保证露天矿的安全、正常、有序生产。

2、露天矿边坡中的地下水通常是不稳定的主要或促成因素。当边坡内存在隔水层，而渗透性较好的岩体位于深层时，主地下水位下降会导致上层滞水区的形成，使边坡孔隙水压力增大，进而降低了露天矿边坡的稳定性。对于基坑中的上层滞水已有成熟的排水方法，如专利号为cn114855813b中采用集水管主动抽取基坑中的上层滞水，但该排水结构未考虑露天矿边坡高度大的特点，以及降雨对上层滞水的长期补给，抽取降水极大增加了排水成本。因此，通过重力降水将上层滞水引导至深部渗透性较好的岩体中或排出边坡，可以实现上层滞水的有效排出，同时降低排水成本。

3、重力降水是矿山边坡常用的排水措施，主要包括排水孔、集水井、排水隧洞等。单一的排水方式在复杂的地下水环境中效率不高，故目前多采用多元排水系统进行联合降水，如专利号为cn204898695u的边坡排水结构，通过排水孔及排水隧洞组成联合排水结构，可以达到降低边坡地下水位的目的，但未考虑因开挖卸荷和爆破导致的边坡表层裂隙带，地下水渗入到裂隙带内时，裂隙带存在软化和崩塌的风险。因此，为保证矿山安全生产，亟需一种能同时降低边坡地下水位并保障边坡表层裂隙带稳定的排水方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有技术缺乏针对现有技术存在的上述问题，而提供一种能够大幅降低隔水层附近水压力、减少降水成本并避免水流对坡面裂隙冲蚀影响的针对露天矿边坡上层滞水的联合降水和排水方法，从而有效降低了边坡表层裂隙带区域的崩塌风险，显著提高了露天矿边坡的整体稳定性。

2、为实现本发明的上述目的，本发明一种针对露天矿边坡上层滞水的联合降水和排水方法采用以下技术方案：

3、本发明方法应用的场景为：在露天矿台阶边坡的上层含有裂隙带，在露天矿台阶边坡内含有隔水层，在隔水层上面形成上层滞水带，在隔水层下面为渗透性较好的岩体/基岩，为了实现有效降水和排水，本发明方法采用仰斜排水孔、垂向排水孔、排水沟组合构成联合降水和排水系统；所述的仰斜排水孔为2排，其中一排自外向内、倾斜向上布设在露天矿台阶边坡内隔水层上方的一排倾斜钻孔中，另一排自外向内、倾斜向上布设在露天矿台阶边坡的坡脚之上的一排倾斜钻孔中，仰斜排水孔自露天矿台阶边坡的坡面穿过裂隙带深入到后部基岩中；所述的垂向排水孔为3排，其中2排布设在露天矿台阶坡顶面上的两排竖向钻孔中，另外1排布设在露天矿台阶边坡平台上的一排竖向钻孔中，垂向排水孔自上而下穿过上层滞水带、隔水层，并深入到隔水层之下的渗透性较好的岩体/基岩中；所述的排水沟为2条，其中一条布设在最上面一排垂向排水孔外围的露天矿台阶坡顶面上，另外一条布设在仰斜排水孔所在露天矿台阶边坡的坡脚处；仰斜排水孔、垂向排水孔在裂隙带深度内布设有套管，硬式透水管穿过套管伸入到仰斜排水孔、垂向排水孔内，硬式透水管与仰斜排水孔、垂向排水孔之排水孔孔壁之间的环形空隙内布设止水塞，在垂向排水孔内之止水塞以下的硬式透水管上、在仰斜排水孔内之止水塞以内的硬式透水管上开设有多个透水孔；本发明方法所述的隔水层的渗透性系数一般为10-9至10-12m/s，由于渗透性低，雨水和地下水无法渗透到下面，从而在其上面形成上层滞水带；本发明方法所述的渗透性较好的岩体/基岩的渗透性系数一般为10-4至10-7m/s，渗透系数较高，透水性较好。

4、本发明一种针对露天矿边坡上层滞水的联合降水和排水方法采用以下步骤实施：

5、s1：查明露天矿边坡地区地质情况，根据边坡渗水位置，在清理露天矿台阶边坡表面浮石后，在露天矿台阶边坡表面施工喷射混凝土护面，所述的喷射混凝土布设在仰斜排水孔所在的台阶边坡表面，以保护坡面裂隙带和隔水层不受外部水流冲蚀影响。在露天矿台阶坡顶面、露天矿台阶边坡平台上进行竖向钻孔，自上而下穿过上层滞水带、隔水层，并深入到隔水层下部渗透性较好的岩体中，通过渗透性试验获取钻孔内不同深度岩层的水文地质参数，探明上层滞水带、隔水层以及隔水层下部渗透性较好岩体的位置，并将该勘探钻孔留置为垂向排水孔；

6、s2：根据露天矿边坡横向跨度和对应水文地质参数确定仰斜排水孔、垂向排水孔的点位及深度；垂向排水孔竖直向下布设；仰斜排水孔、垂向排水孔超出露天矿台阶边坡表面不小于80mm；

7、s3垂向排水孔布设：

8、①在垂向钻孔内安装套管以防止孔口坍塌，套管穿过露天矿台阶边坡坡体内的裂隙带并坐落在稳定基岩上，套管内径和垂向排水孔的排水孔直径相同，根据裂隙带深度和排水孔类型定制硬式透水管，止水塞布设在裂隙带深度以下0.5～1m处，将止水塞预先安装在硬式透水管上并紧密贴合，止水塞外径和垂向排水孔的排水孔直径相同，以确保止水塞的密封效果；硬式透水管在止水塞以下部分设有透水孔，而止水塞以上部分无透水孔；

9、②将硬式透水管插入到垂向排水孔中，在止水塞上方环形空隙内充水泥砂浆，以固定硬式透水管；

10、s4仰斜排水孔布设：

11、在s1步骤中的喷射混凝土达到规定强度后，在露天矿台阶边坡内隔水层上方自外向内、倾斜向上布设一排仰斜排水孔，在露天矿台阶边坡的坡脚之上自外向内、倾斜向上布设另一排仰斜排水孔，套管、止水塞、硬式透水管的布设过程和s3步骤之①、②相同；

12、s5：将排水沟分别布设在最上面一排垂向排水孔外围的露天矿台阶坡顶面上、仰斜排水孔所在露天矿台阶边坡的坡脚处，以汇集露天矿台阶边坡表层径流，排水沟为浆砌石式排水沟，沟底采用砂浆抹面。

13、通过以上工序降水后，露天矿边坡的上层滞水被引导至深部渗透性较好的岩体中或排出边坡外，并保障了边坡表层裂隙带的持续稳定，提高了露天矿边坡的整体稳定性。

14、经过试验研究和经济分析，所述的仰斜排水孔长度(深度)为15～30m，向上倾斜5～10°，水平间距3～6m，孔径90～110mm，内部硬式透水管直径比仰斜排水孔孔径小10～40mm为佳。

15、研究表明，所述的垂向排水孔的水平间距为3～6m较佳，孔径为200～250mm，内部硬式透水管直径比垂向排水孔的孔径小20～30mm为宜。

16、所述的排水沟尺寸为(0.5～1.2m)×(0.5～1.2m)较佳。

17、作为本发明的优选，所述的仰斜排水孔内安装的硬式透水管直径为50～100mm。

18、作为本发明的优选，所述的垂向排水孔内安装的硬式透水管的直径为150～200mm。

19、作为本发明的优选，所述的硬式透水管采用高密度聚乙烯hdpe为主要原料制成。

20、作为本发明的优选，所述的水泥砂浆为m20水泥砂浆。

21、进一步地，所述的仰斜排水孔中的一排自外向内、倾斜向上布设在露天矿台阶边坡内隔水层上方0.5m的一排倾斜钻孔中，另一排自外向内、倾斜向上布设在露天矿台阶边坡的坡脚之上0.5m的一排倾斜钻孔中。

22、与现有技术相比，本发明一种针对露天矿边坡上层滞水的联合降水和排水方法采用以上技术方案后，具有以下有益效果：

23、(1)通过合理布设仰斜排水孔、垂向排水孔和排水沟，形成了高效的联合降水系统，将露天矿边坡上层滞水有效引导至深部渗透性较好的岩体中或排出边坡外，从而避免了水流对坡面裂隙的冲蚀影响。

24、(2)通过套管、止水塞和透水孔位置的独特设计，以及在止水塞上方环形空隙内充填m20水泥砂浆，全面阻止地下水渗入裂隙带，并采用喷射混凝土护面减少外部水流对裂隙带和隔水层的冲蚀，有效降低了边坡表层裂隙带区域的崩塌风险；

25、(3)通过持续的重力排水作用降低隔水层附近水压力，达到了预期的降水效果，显著降低了排水成本，降低了边坡内部孔隙水压力，提高了露天矿边坡的整体稳定性。