深部大水矿床超前疏干方案研究.pdf

中图分类号 U D C T D 7 4 5 6 2 2 硕士学位论文 学校代码1 Q 5 3 3 密级公珏 深部大水矿床超前疏干方案研究 R e s e a r c ho fa d v a n c e d r a i n a g ep l a ni nd e e pw a t e rd e p o s i t 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 刘东锐 矿业工程 采矿工程 资源与安全工程学院 赵国彦教授 答辩委员会主席 中南大学 2 0 14 年5 月 万方数据 学位论文原创性声明 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名主 』描 日期趁年蓼月江日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论 文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印 件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它 手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名亟蘧泌土 日期乎唑年岑月驵日 导师签 日期狙耻够月珈日 万方数据 硕士学位论文摘要 深部大水矿床超前疏干方案研究 Y I I I1 2 I6 I I I8I1 1 8 1 1 8 I1 7 I I1 2 I I 摘要开磷集团马路坪矿段为缓倾中厚的破碎矿体，品位高，质量好，但 随着开采向着深部迈进，出现回采过程中涌水量大、回采稳定性差、回采 困难、生产环境差等问题，导致回采贫化损失率高、成本高。针对以上问 题，应用超前快速疏干方法对深部矿体进行超前疏干处理，其创新点在于 采用地下超前导孔进行超前疏干，超前将岩层、矿体中的地下水抽出，解 决矿体回采过程中的水问题，保证回采的高效安全。这其中矿区水文资料 的研究与调查是实现矿体超前疏干的基础及关键，是确定超前导孔位置的 关键，是提高疏干工程有效性的保证。考虑地下岩体中复杂的水文特性的 因素，应对深部大水矿体的超前疏干方案进行探究，对进行现场工业试验， 本文就此展开深入研究，得出以下成果 1 对区域水文地质条件进行调查，分析研究矿区的充水条件与涌 水特征。对矿区的充水水源进行分析，确定矿区的充水水源及其比例，并 结合矿区的前期调查资料，分析了矿区主要充水通道及其对矿床充水的影 响。建立涌水监测点与岩石淋水分级系统，分析得出出水点空间特征与矿 区巷道淋水度分级。 2 完成了多个超前疏干方案，并对各个方案的实施方式、疏干效 果等进行了论证。根据现场条件与技术条件，对各个方案进行比较，进行 方案的初选。 3 给出超前疏干方案优选的A N P 网络分析法 模型，并采用 G M S 对最终方案的可用性与有效性进行模拟验证。通过采用A N P 优选出 富水钻孔超前疏干方案，采用G M S 对其与巷道疏干进行模拟对比，验证 了其的优越性。 4 给出详细的现场工业试验工艺，并进行实际的现场试验；得出 现场施工经验，为后续大规模的现场应用提供基础；超前疏干过的矿房， 涌水量明显减少，矿石回收量明显增加，创造了良好的经济效益，现场试 验获得成功。 关键词深部大水矿床；充水条件；超前疏干；导孔疏干 分类号T D 7 4 5 I I I 万方数据 硕士学位论文 R e s e a r c ho fa d v a n c ed r a i n a g ep l a ni nd e e pw a t e rd e p o s i t A b s t r a c t T h eo r e b o d yo fK a i l i nG r o u pM a l u p i n gi sg e n t l yd i p p i n g ，c r u s h i n g ， 1 1 i g hg r a d ea n dg o o dq u a l i t y ．W i t hm i n i n gm o v i n gt o w a r dd e e p ，m o r e p r o b l e m s ，s u c ha s ，g u s h i n gw a t e rb e c a m i n gl a r g e r ，p o o rs t a b i l i t ya n dr e c o v e r y ， r e c o v e r yb e c a m i n gd i f f i c u l t ，b a d l yp r o d u c t i o ne n v i r o n m e n t ，h a da p p e a r e d ， w h i c hw e r el e a d i n gt ot h el o s so fm i n i n gd i l u t i o nr a t e ，a n di m p r o v i n gt h ec o s t o fm i n i n g ，i nt h em i n i n gp o e t e s s ．T os o l v et h e s ep r o b l e m s ，t h em e t h o df o r r a p i da n da d v a n c e do fd e w a t e r i n gd e e pi sa p p l i e do nt h ed e e po r e b o d yt o d e w a t e r i n g ．T h ew a t e ro fr o c ka n do r b o d yC a nb ea d v a n c e dd e w a t e r e d ，w h i c h C a ns o l v et h ep r o b l e m so fw a t e ra n di m p r o v et h es t a b i l i t y ，r e c o v e r ya n d e f f i c i e n ti nt h em i n i n gr e c o v e rp r o c c e s s ，b yt h eu s eo fu n d e r g r o u n da d v a n c e d b l a s th o l e sw h i c hi st h em a i ni n n o v a t i o n ．R e s e a r c ha n di n v e s t i g a t i o no nt h e o r e b o d yo fM a l u p i n gs e c t i o n ，w h i c hC a na c h i e v et h eh y d r o l o g i c a ld a t ao f t h e s e c t i o n ，a r et h eb a s e da n dt h ek e yt od e t e r m i n et h ep o s i t i o no ft h ea d v a n c e d b l a s th o l e s ，a n dt oe n s u r et h ee f f e c t i v e n e s so fd e w a t e r i n go fp r o je c t ．T om a k e t h e p r o je c t m o r e e f f i c i e n t l y ，u n d e r g r o u n d r o c k c o m p l e xh y d r o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so ft h eo r eb o d ys h o u l db et a k e ni nc o n s i d e r a t i o n ，a n di n d u s t r i a l t e s ts h o u l db ei m p l e m e n t e d ．O ni n d e p t hr e s e a r c h ，t h e r ea r es o m er e s u l t sb e i n g a c h i e v e d ． 1 T oa n a l y s i st h ef e a t u r ea n dw a t e r - f i l l i n gc o n d i t i o no fo r e ，r e g i o n a l h y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o n sw e r ei n v e s t i g a t e d ．W a t e r - f i l l e dm i n ew a t e rw a s a n a l y z e dt od e t e r m i n e t h ep r o p o r t i o no fw a t e r - f i l l e dw a t e r ．U s i n gt h er e s u l t so f p r e l i m i n a r ys u r v e y ，t h em a i nw a t e r - f i l l e d c h a n n e l sw e r ea n a l y z e da n dt h e i r i m p a c to fi nc h a r g eo fw a t e rd e p o s i t s ．T h o u g he s t a b l i s h i n gm o n i t o r i n gp o i n t s a n dr o c k sg u s h i n gw a t e rs p r a yg r a d i n gs y s t e m ，t h es p a t i a lc h a r a c t e r i s t i c so f w a t e rp o i n ta n dt h eg r a d eo fw a t e r i n gm i n ew o r k sw e r eg o t ． 2 S e v e r a lm e t h o d so fd e w a t e r i n gh a v eb e e np r o p o s e d ；o f w h c i c ha r e i m p l e m e n ts t y l e ，d e w a t e r i n gr e s u l t sa n dS Oo n ．T h e n ，p r i m a r i e sp r o g r a mh a s b e e ns e l e c t e d ，w h i c hb a s e do nt h eh y d r o g e o l o g i c a la n dT e c h n o l o g yc o n d i t i o n s o ft h eM a l u p i n gm i n e ． 3 T h em o d e lo fA N P ，A n a l y t i cN e t w o r kP r o c e s s ，h a sp r o p o s e dt o d e t e r m i n et h eS u i t a b i l i t yo ft h ed e w a t e r i n gm e t h o d s ．T h r o u g ht h eG M S ， G r o u n d w a t e rM o d e l i n gS y s t e m ，s i m u l a t i o n ，t h ea v a i l a b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s s V 万方数据 硕士学位论文 A B S T R A C T h a v eb e e nv e r i f i c a t e d ．T h r o u g ha n a l y z eb a s e do nA N P ，t h ef i n a lp r o j e c th a s b e e ns e l e c t e d ．T h e n ，i t ss u p e r i o r i t yh a sb e e nv e r i f i e dt h r o u g ht h ec o m p a r i s o n o fi t sd e w a t e r i n ga n dt u n n e ls i m u l a t i o nb a s e do nG M S ． 4 G i v i n gad e t a i l e do n s i t ei n d u s t r i a lt e s t i n gp r o c e s s ，t h ea c t u a lf i e l dt e s t w a sb e e ni m p l e m e n t e d ．T h ee x p e r i e n c eo ft h ec o n s t r u c t i o ns i t eh a sb e e n s u m m a r i z e dw h i c hi sab a s i sf o rt h es u b s e q u e n tl a r g e - s c a l ef i e l da p p l i c a t i o n ． 1 1 1 er e c o v e r y ，e c o n o m i ca n ds t a b i t i yh a v eb e e ni n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yi nt h e m i n i n go fo r e b o d yi ns e c t i o no fa c t u a lf i e l dt e s t ，w h i c hp r o v e sf i e l d t e s t ’S S l 】C C e S S ． K e y w o r d s D e e pf l o o dd e p o s i t ；F i l l i n g w a t e r c o n d i t i o n s ；A d v a n c e d d e w a t e r i n g ；P i l o th o l ed e w a t e r i n g C l a s s i f i c a t i o n T D 7 4 5 V I 万方数据 目录 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V I I 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2国内外研究现状与评述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1国内外大水矿床治理研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2国内外超前疏干研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 研究目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．4 研究内容与思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．4 ．1研究思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．4 ．2 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 矿山充水条件与涌水特性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．1 矿区概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 ．1 区域概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 ．2 水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 矿床充水条件分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2 ．1 充水水源分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2 ．2 矿区充水通道⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．3 矿山涌水特性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．16 2 ．3 ．1 矿井涌水特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 2 ．3 ．2 矿区淋水特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 2 ．3 ．3 巷道淋水度分级⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 2 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 3 超前疏干必要性分析与方案初选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 矿床疏干必要性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．1 ．1 超前疏干必要条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．1 ．2 马路坪矿段水文问题分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．2 矿床超前疏干概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 V I I 万方数据 3 ．2 ．1 矿山矿床疏干现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 3 ．2 ．2 矿床疏干原则与要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 3 ．3 矿床超前疏干方案初选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．3 ．1 上向深孔超前疏干法 方案一 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 8 3 ．3 ．2 上山巷道 钻孔超前疏干法 方案二 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．3 ．3 矿体真空负压快速疏干法 方案三 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 3 ．3 ．4 富水岩层钻孔超前疏干法 方案四 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 超前疏千方案优选与模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．1 超前疏干方案比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 4 ．2 A N P 网络分析模型构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 l 4 ．1 ．1A N P 网络分析理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 4 ．1 ．2A N P 网络分析模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 4 ．3 基于A N P 超前疏千方案优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．4 基于G M S 超前疏干方案模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 5 现场工业试验与实际应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 5 ．1 现场试验准备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 5 ．1 ．1 试验步骤设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5 ．1 ．2 试验地点选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5 ．1 ．3 试验准备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 5 ．2 现场试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 5 ．3 现场实际疏千方案确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 5 ．3 ．1 现场方案工程布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 l 5 ．3 ．2 推荐疏干方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 5 ．4 现场试验总结与经济分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 5 ．4 ．1 超前疏干试验总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 5 ．4 ．2 经济效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 6 总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 V ⅡI 万方数据 攻读学位期间主要的研究成果目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 7 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 I X 万方数据 硕士毕业论文 绪论 1绪论 1 ．1研究背景 进入新世纪之后，露天矿山多数面临关闭或转入深部地下开采，上世纪5 0 年代 开始建设的地下矿山，一半以上的已面临资源枯竭面临关闭，或向着深部开采转型。 深井开采面临的主要问题是高压、高温、高深、高水压以及采矿扰动，即“四高一扰 动”。随着开采深度的增加，矿体围岩压力、矿井内温度也随着增加，而地下水压随 着深度和围压的升高也极具增大【1 ‘5 1 。近年来由于矿井地下水丰富、水压过大，导致矿 井淹没的事件频见于报端，造成了巨大的人员和财产损失【昏8 1 。 矿业向着深部发展过程中，矿井防治水是其至关重要的一环【9 】。在矿山的实际生 产过程中，矿井地下涌水直接影响着矿井开拓、矿石回采、矿石提升和运输、矿山安 全等过程，特别是深部大水矿山处于高水压和高水量的环境中，地下水对于矿山生产 的影响更大，必须采用某些有效的技术手段，超前矿井地下水进行治理，从而降低矿 山由于地下水造成的风险，降低贫化损失，实现矿山的高效安全回采。鉴于此国家科 技部专门设立了“复杂富水矿床开采关键技术开发与研究 编号2 0 0 6 B A B 0 2 A 0 1 ”的 研究课题，专门研究深部复杂富水矿床的防治措施【l0 1 。 贵州开磷集团矿业公司的青菜冲矿区是一座年产9 0 万吨的中型的磷矿山，为配 合集团公司下部的生产要求，矿区的开拓、采准和回采任务繁重，又由于浅部资源的 开采殆尽，矿山进入深部资源开采，目前已开采至 7 0 0 m 中段，距地表已超过5 0 0 m ， 在下部的矿体开采过程中，出现了典型的深部复杂大水矿床的特征，即水压增大、涌 水量增大等现象。 矿区矿体由于为沉积型矿床，且节理裂隙发育，目前开采位置处于侵蚀基准面之 下，属顶板直接进水，含水层渗透性强，受地表水及雨水影响明显，属中等复杂溶隙 充水矿床；由于矿体大水，造成了在涌水量较大的情况下，极易发生泥化，造成开采 环境差，运输困难，文明生产难度大；矿石贫损率高，安全性差；采矿工效低，成本 高，给矿山大规模高效低贫损开采带来重大技术困难，制约着矿山的大规模高开采的 进行。 本文依托“地下磷矿床超前疏干开采综合技术“ 课题，针对马路坪矿段中厚缓倾 复杂富水矿体，进行矿区实地水文地质调研，矿山实际水文地质情况，其中包括矿山 年充填量、回采量以及充水通道的调研。根据调研情况，建立地下涌水监测系统，并 万方数据 硕士毕业论文 绪论 对其涌淋水特征与规律进行研究，获取矿区巷道淋水度分级，最终，在不改变矿区采 矿方法的基础上，开展快速有效的超前疏干方案研究，并通过现场工业试验验证了疏 干方案的有效性，从而实现矿区的安全高效回采。 1 ．2 国内外研究现状与评述 1 ．2 ．1国内外大水矿床治理研究现状 目前国内外针对大水矿床的治理，主要可分为两大类的治理方法，即截流注浆和 疏干降压。 1 截流注浆防治技术 截流注浆防治技术始于上世纪5 0 年代末期，由当时的山东淄博矿务局，后被迅 速推广与应用【1 1 - 1 4 1 。 目前帷幕注浆是各个学者研究的热点与难点‘1 5 。2 2 】。王军【1 5 ．16 】针对大型的岩溶矿床 地下水害，采用数值模拟技术对传统帷幕注浆技术进行优化设计与指导，利用先进的 C T 超声波透视技术，对矿床充水通道进行探查，以达到准确布置注浆孔的目的。赵 庆彪[ 1 7 】等在山东碗窑头煤矿采用小帷幕注浆技术，成功的克服了传统注浆方法的经 济性差、施工复杂、材料消耗多等缺点，实现了对该矿地下水害的成功治理与防治。 郭启文【1 8 】等东庞矿的实际水文情况，采取合理正确的方式对矿体的突水水源与充水通 道进行分析，采用定向钻孔、气动搅拌工艺对矿体的充水通道进行快速的动水堵截， 同时利用返流的浆体对巷道的薄弱岩体进行加固处理。高建军‘1 9 】等根据数十年矿山实 际帷幕工程实践，对其帷幕注浆技术中的关键技术进行详细的总结与归纳，其中主要 包括帷幕注浆的方式与方法、材料选取、帷幕厚度及其标准的确定等等，为矿山实际 施工中应用提供经验。张旭东口0 1 探讨了帷幕注浆技术中的注浆时间的标准，并根据具 体的工程实践提出更加符合实际的经验公式。黄陵武㈨对巷道开挖面的地下突水问 题，从理论与注浆实践、数值模拟等角度，进行了较为系统的研究，同时对于帷幕注 浆的可靠性进行了研究。王亮【捌对国内外近矿体帷幕注浆技术的理论进行总结与分 析，对其使用条件及参数进行了详细分析，结合龙塘沿铁矿的实际水文情况，将其技 术成功的应用。 2 疏干降压防治技术 上世纪9 0 年代以前，在矿山的实际开采实践中，通常采用疏干降压技术对矿山 的地下水问题进行治理。大多数矿山在其地质勘探期均为做很多疏干试验，以验证水 文资料的准确性，从而保证后续工程的可靠有效性【2 3 1 。 万方数据 硕士毕业论文绪论 针对疏干降压技术的研究主要集中于地质学、地下水动力学领域，且大多数的研 究围绕煤矿及岩溶矿床[ 2 4 。3 0 】。相较于截流注浆技术，疏干技术有大量的工程实践，但 其理论研究很少，其中最典型的是丛山等【2 4 】在山东金岭铁矿床全面疏干过程中，发现 了双层水位现象，针对这个现象进行了详细深入的研究，提出了矿山地下水治理应“由 深至浅”，即首先对深部的矿床进行处理，以达到减少排水及安全高效开采的目的。 疏干降压技术按照工程时间可分为平行疏干和超前疏干。平行疏干一般容易导致 开采速度减慢，且疏干效果差、可靠性差等缺点超前疏干是利用超前的工程进行疏 干降压，与开采及开拓工程不冲突，且疏干效果好，但需要施工超前工程，投资相对 较大、操作相对麻烦【2 5 0 0 】。 3 大水矿床治理方案比较 根据上述论述，从实用性、使用条件、治理效果、经济性对二者进行分析比较， 其主要比较帷幕注浆与超前疏干两种方案。 表1 - 1 截流注浆与疏干降压比较 由上述比较及开磷马路坪矿段的实际水文情况，选择疏干降压方案比较合理，即 采用超前疏干治理方案。 1 ．2 ．2 国内外超前疏干研究现状 1 国内超前疏干研究现状 矿区超前疏干是在对矿区水文资料详细了解的基础上，采取合理有效的措施，对 可能存在突水危险、淋水严重等地带进行超前疏干，从而实现对于矿体的高效安全回 采【3 0 1 。传统的超前疏干方案有钻孔疏干、巷道疏干、联合疏干、地表深井疏干[ 3 1 - 5 0 】。 万方数据 硕士毕业论文 绪论 表1 - 2 国内矿山疏干经验 依据国内各矿山实际水文条件分析知，多为溶隙与卡斯特岩溶型矿床，多利用巷 道或钻孔与地表综合疏干或治理。 2 国外超前疏干研究现状 国外矿山疏干实践较国内早，大水矿山多数采用露天开采，现对国外地下大水矿 山的疏干实例 见表1 ．3 进行总结[ 5 1 - 6 0 】。当前国外对于大水矿山的治理，主要集中于 酸性矿井水治理、闭坑治理等方面的研究[ 6 1 - 6 7 】。 表1 ．3 国外大水矿山疏干实践 矿山名称充水补给条件采矿方法疏干工程布置 大托克马克锰矿【5 l 】地表水直接补给一 扇形疏干孔 同中段 赞比亚康柯拉铜矿【5 2 】顶板白云岩直接进水上向充填法巷道钻孔、深井地表疏干 S i c o m i n e s 铜矿【5 3 J地层破碎，顶板进水露天回采地表深井疏干 赞比亚谦比西铜矿【5 4 】降水补给充填采矿法平行与超前中段疏干 南非德律芳天金矿p 习顶板岩溶水下向充填法巷道、钻孔联合疏干 北乌拉尔铝土矿【5 6 】地表水越流补给无底柱崩落法河流改道，钻孔疏干 索科洛夫地下矿【5 7 】态气降水、含水层补 分段崩落法上向排水孔 三蟊 米尔加里塞多金属矿【5 8 】岩溶裂隙充水一深井地表水泵疏干 加拿大诺布湖铅锌矿【5 9 】 上下盘岩石裂隙孔隙水 充填采矿法巷道钻孔疏干，局部硐室 戈罗布拉戈达特铁矿【6 0 】导水裂隙带透水无底柱崩落法直通式排水，巷道疏干 4 万方数据 硕士毕业论文 1 ．3 研究目的及意义 针对国内外矿山开采逐步向深部迈进过程中出现的大水矿床进行研究，通过对开 磷集团青菜冲矿区个案的研究分析，获取大水矿床充水条件调查分析的方法与途径， 同时探讨研究如何准确预测大水矿床的涌水量的方法，对快速有效的疏干大水矿体的 方案进行研究，获取适于大水矿床超前快速疏干的方法。 该研究的意义主要在于获取大水矿床治理的研究思路，为国内外大水矿山的治理 与研究提供借鉴。 1 ．4 研究内容与思路 1 ．4 ．1 研究思路 1 ．4 ．2 研究内容 图1 ．1 研究思路 万方数据 硕士毕业论文绪论 本文依托“贵州开磷集团深部大水磷矿床超前治理开采综合技术研究“ 课题，针 对开磷集团下的青菜冲矿区深部大水矿体，开展大水矿床的充水条件研究，实现对青 菜冲矿大水矿体水源及通道的准确判断；同时针对矿床涌水量大，下部涌水量难以预 测的难题，开展大水矿床的涌水量预测研究，提出适用于青菜冲大水矿床的涌水量预 测模型，实现矿床下部涌水量的准确预测最后，针对开采过程中回采安全差、顶板 淋水大、运输困难、贫化损失大等问题，开展大水矿床的超前疏干治理方案研究，提 出适于青菜冲矿区的超前疏干方案，并通过现场工业试验验证了方案的可行性与高效 性。 本文主要研究的内容如下 1 根据对矿床充水条件的初步判断，基于理论计算发对矿区的水源进行分析， 确定各个充水水源占总体用水的比例，并结合矿段地质资料，分析矿床的充水通道， 参照初步判断分析判别结果的正确性。在其基础上建立极限涌水量预测模型，同时采 用是实际数据对其预测性能和准确性进行验证。 2 在对矿床水文地质条件分析研究的基础上，分析矿床疏干的必要性，并针 对马路坪矿段的具体情况，制定疏干方案的原则与要求。进而设计适合矿区大水矿体 的超前疏干方案，基于网络分析理论对超前疏干方案进行优化选择，通过G M S 模拟 最终超前疏干方案的疏干效果、速度及范围。 3 选择合理的疏干地点，根据富水钻孔超前疏千方案，进行现场工业试验， 并对实际试验中出现的问题进行分析解决，获得方案实际应用的技术与方法，为矿区 开展大规模实际超前疏干提供经验与指导。 6 万方数据 硕士毕业论文 矿山充水条件与涌水特性研究 2 矿山充水条件与涌水特性研究 2 ．1 矿区概况 2 ．1 ．1区域概况 矿区地处云贵高原，矿区地貌总体属中山、低中山地貌，地貌组合类型为溶 蚀斜坡沟谷地貌。地形坡度一般在2 5 0 - 5 0 0 ，局部陡崖在7 0 。以上。地表沟壑较 发育，最高海拔 1 5 3 1 m ，最低海拔 7 2 4 m ，纵深在5 0 0 ～8 0 0 m 之间。 区域植被灌木为主，乔木偏少。矿区海拔高，常年多雨植被偏少，水土流失 严重，造成区域土层薄，岩石裸露。 2 ．1 ．2 水文地质条件 矿区为整个区域水文单元补给区，区域内唯一含水充水层为分布在区域洋水 东西两翼的白云岩 灯影组 ，其地势北低南高。区域内主要水体为由南向北流 的洋水河。 1 矿区地形地貌及气象特征 矿区地貌总体属中山、低中山地貌，以剥蚀、侵蚀及岩溶作用为主，地势南 高北低。矿区地形切割强烈，和尚岭为区内最高点，海拔 1 5 6 9 ．7 m ，洋水河在勘 探范围内最低点海拔 9 4 0 m ，勘探范围内相对高差一般4 0 0 - - 6 0 0 m ，最大6 2 9 ．7 m 。 根据开阳县气象资料，矿区属北温带气候与亚热带气候交汇处，5 ～1 0 月为 雨季，两年平均降雨量1 2 0 5 ．0 0 m m ，年平均降雨量9 6 2 ．5 ～1 4 1 9 ．2 m m ，最大最小 年降雨量分别为1 6 5 6 ．4 m m 、8 6 9 ．8 m m ，最大月降雨量为3 8 3 ．5 m m ，最大日降雨 量为3 0 0 m m 洋水矿区1 9 9 5 ．6 ．2 3 P M “ - “ 1 9 9 5 ．6 ．2 4 A M 。年均1 0 ．乱1 5 ．3 ℃，峰 值出现在七、八月份，最高3 5 ．4 “ C 。夏均2 1 ．1 ℃，最冷为元月，气温可低至．1 0 ．1 ℃，冬季均温3 ．2 。C 。1 2 ．0 3 月会有凝冻。夏季多偏南风，冬季多偏北风，平均风 速在3 ．3 3 “ - “ 1 0 ．6 7 m ／s 之内，最大可达2 2 m ／s 。 洋水河与两岔河在区域北部汇入乌江，是区域内主要河流。洋水河从南向北 纵贯矿区，河谷两岸的地形比较平坦，矿区现有工业及民用建筑大都布置在河谷 两岸。矿区当前主要的供水水源为两岔河。 2 矿体及围岩 顶板 万方数据 硕士毕业论文矿山充水条件与涌水特性研究 矿体顶板为白云岩，其为细晶灰白色含锰，其上一米内有1 - 2 m 内的藻类痕 迹，其性脆、节理裂隙发育、钻爆性好、破碎以冒落，稳度偏低。它与灰绿色页 岩关系密切，有页岩处此层发育，无页岩时则不发育，即使有也较薄，且开采时 页岩易连同该层一起冒落；局部矿体顶板为假顶，其主要成分为泥质页岩，厚度 在O - 5 m 内变化，偶见小块磷矿石。 矿体顶板局部断层发育，上部渗水导致极易冒落，此外软弱夹层的存在，进 一步导致顶板力学轻度大大降低，加大冒顶的危险度。 矿体 矿体中稳偏下，稳定系数在7 到11 之间，厚度在4 到8 m 之间，节理裂隙 发育，钻爆性好。 底板 矿体直接底板为坚硬砂岩，中稳偏上，稳固性较好，可凿性差，爆破度好。 常带有砂质与泥质页岩，厚度变化较大，发育有断层面，导致矿体稳定性差。 受上部F 4 l 断层 的影响，上盘矿与底板的接触面为F 4 1 的断层面，白云岩 灯 影组 为此处底板。当F 4 l 断层倾角变陡而离开矿体时，矿体的底板为石英砂岩。 3 含水层 白云岩 灯影组 环形布于区域四周，厚度约为1 0 4 到4 9 0 m ，雨水为主要 补给源，溪流为次级补给源。对含水层的电导率的发展程度取决于喀斯特开发强 度和断裂，喀斯特的平面分布特征是从南到北，垂向上由浅至深发育逐渐严重， 孔隙率由大致小。在喀斯特的洞穴表面的自然条件，喀斯特渗透水，最浅的短周 期原位磷矿石中排泄后，一接触弹簧的顶面。灯影组含水层为磷矿石直接顶，对 煤层注水的影响更大，是主要含水层开采区。 在磷矿陡山沱组的边缘，与煤层和主要充水含水层厚的弱透水层分离，和水 是弱的，但它对煤层注水没有影响。 4 隔水层