新型固化劑膠結(jié)尾砂充填擋墻的工程應(yīng)用

吳已成 謝 濤 羅 濤

(1.江西銅業(yè)集團(tuán)公司武山銅礦；2.江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院；3.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

新型固化劑膠結(jié)尾砂充填擋墻的工程應(yīng)用

吳已成1謝 濤2羅 濤3

(1.江西銅業(yè)集團(tuán)公司武山銅礦；2.江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院；3.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

某銅礦使用新型固化劑膠結(jié)尾砂充填試驗(yàn)以來(lái)，仍沿用以往的擋墻方案，尚未對(duì)其合理性進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)擋墻的現(xiàn)場(chǎng)側(cè)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合工程實(shí)際情況，分析了擋墻在充填過(guò)程中的受力情況。結(jié)果表明：充填擋墻所受側(cè)向壓力主要為充填料漿對(duì)擋墻的靜壓力及充填體自身固化凝結(jié)產(chǎn)生的膨脹力，經(jīng)計(jì)算得出了在新型固化劑膠結(jié)尾砂充填條件下?lián)鯄Φ暮侠斫Y(jié)構(gòu)。

膠結(jié)尾砂充填 充填擋墻 側(cè)壓力 靜壓力 膨脹力

尾砂膠結(jié)充填料漿具有特殊性，充填擋墻任何形式的破壞將導(dǎo)致充填料漿發(fā)生泄漏，引發(fā)礦山安全生產(chǎn)事故，因而有必要確定合理的充填擋墻結(jié)構(gòu)[1-3]。某銅礦運(yùn)用新型固化劑膠結(jié)尾砂充填采礦法，采用自重式水力輸送，漿體濃度為70%[4-6]，目前使用的是鋼筋混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，在實(shí)際運(yùn)用階段存在較大的安全隱患。本研究通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析在充填過(guò)程中擋墻的受力情況，并確定合理的擋墻結(jié)構(gòu)。

1 擋墻壓力試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)在某銅礦的回采分條進(jìn)行，擋墻尺寸4 m×3.5 m，為分析擋墻不同位置的壓力分布情況，試驗(yàn)共布置了9個(gè)壓力盒，壓力盒的分布位置見(jiàn)圖1。在垂直方向上，Y01#、Y02#、Y03#點(diǎn)處于同一水平位置，距頂板3 m；Y04#、Y05#、Y06#點(diǎn)處于同一水平位置，距頂板2 m；Y07#、Y08#、Y09#點(diǎn)處于同一水平位置，距頂板1 m。同一水平位置的壓力盒間距均為1 m，并且與擋墻邊緣的距離也均為1 m。

圖1 混凝土擋墻壓力盒布置

安裝壓力盒時(shí)，首先將壓力盒固定于模板上，確保壓力盒完全牢固后灌注混凝土，待充填擋墻強(qiáng)度達(dá)到要求后，將此時(shí)的壓力值作為初始值；然后進(jìn)行充填，監(jiān)測(cè)整個(gè)過(guò)程的擋墻壓力值。壓力盒現(xiàn)場(chǎng)布置如圖2所示，擋墻結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 壓力盒現(xiàn)場(chǎng)布置

圖3 擋墻結(jié)構(gòu)

充填試驗(yàn)共分3期：第1期采用灰砂比為1∶6的固化劑尾砂充填料漿充填，充填高度2 m；第2期采用灰砂比為1∶12的固化劑尾砂充填料漿充填，充填高度1 m；第3期采用全尾砂充填，充填直至接頂。第1期充填結(jié)束后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的沉降排水，而后進(jìn)行了第2期充填，第2期充填完畢后，立即開(kāi)始了第3期充填。第1期充填過(guò)程每15 min監(jiān)測(cè)1次壓力盒，讀取數(shù)據(jù)；第2期充填每20 min監(jiān)測(cè)1次，第3期每30 min監(jiān)測(cè)1次。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

各充填階段與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。充填階段各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間的變化曲線如圖4所示。

表1 充填各階段與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

由圖4可知：充填階段擋墻所受側(cè)向壓力主要為充填料漿對(duì)擋墻的靜壓力和充填體自身凝結(jié)固化產(chǎn)生的膨脹力。第1期充填開(kāi)始階段擋墻所受側(cè)壓力隨充填高度的增加平穩(wěn)增長(zhǎng)，第1期充填結(jié)束后到沉降排水，該段時(shí)間擋墻所受側(cè)向壓力有所減小，但隨著第2期充填開(kāi)始，擋墻所受側(cè)向壓力持續(xù)增大。第3期充填階段一段時(shí)間內(nèi)壓力增長(zhǎng)較快，達(dá)到峰值，充填結(jié)束后，充填料漿逐漸平靜，下部充填料漿也逐步脫水、沉降、凝結(jié)固化，導(dǎo)致充填擋墻所受側(cè)向壓力逐漸減小，而料漿自身的膨脹力不斷增大，但對(duì)擋墻的穩(wěn)定性威脅較小。隨后第3期沉降，壓力逐漸減小并趨于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著充填材料的凝結(jié)固化，可預(yù)見(jiàn)擋墻所受的側(cè)向壓力最終將趨于0。

圖4 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值隨時(shí)間變化曲線

2 擋墻受力分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)各測(cè)點(diǎn)充填過(guò)程中應(yīng)力曲線的變化情況，可得各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力最大值，見(jiàn)表2。若一次充填完成，此時(shí)擋墻受到的推力達(dá)到最大。實(shí)際上，該試驗(yàn)分條充填過(guò)程分3期進(jìn)行，隨著充填時(shí)間間隔的延長(zhǎng)，充填體自然安息角逐漸增大，擋墻受到的最大推力必然會(huì)減小，擋墻的穩(wěn)定性將顯著提高[1]。

表2 各測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)力值 MPa

測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)力值測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)力值Y01#0.011Y06#0.026Y02#0.059Y07#0.055Y03#0.055Y08#0.033Y04#0.032Y09#0.008Y05#0.048

試驗(yàn)擋墻沿用的是水泥膠結(jié)尾砂充填情形下的擋墻結(jié)構(gòu)，采用的是現(xiàn)澆混凝土擋墻，混凝土等級(jí)為C25，在充填擋墻內(nèi)用鋼筋固定于四周壁上，選用φ16 mm鋼筋，共24根。若繼續(xù)選用φ16 mm鋼筋，安全系數(shù)取1.5，其抗剪強(qiáng)度為32 kN/cm2。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終分析計(jì)算得到擋墻所受的最大側(cè)向壓力為0.059 MPa。試驗(yàn)進(jìn)路尺寸為4 m×3.5 m，可計(jì)算得到充填擋墻所受的最大壓力約826 kN。由此可知，共需φ16 mm鋼筋20根。

3 結(jié) 論

(1)在充填過(guò)程中，擋墻主要受到充填料漿對(duì)擋墻的靜壓力及充填體自身固化凝結(jié)產(chǎn)生的膨脹力的作用。

(2)在進(jìn)行第3期充填時(shí)，擋墻所受側(cè)向壓力達(dá)到峰值，此時(shí)擋墻最可能發(fā)生倒塌破壞，在該階段因嚴(yán)格進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。

(3)通過(guò)分析新型固化劑膠結(jié)尾砂充填擋墻在充填過(guò)程中的受力情況，經(jīng)計(jì)算確定了擋墻內(nèi)部合理的配筋數(shù)，采用該結(jié)構(gòu)不但工序簡(jiǎn)單、作業(yè)安全、勞動(dòng)強(qiáng)度降低，而且可降低生產(chǎn)成本。

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2015-10-10)

吳已成(1982—)，男，工程師，碩士，341001 江西省贛州市客家大道156號(hào)。