论康家湾铅锌金矿大型防水矿柱的开采.pdf

论康家湾铅锌金矿大型防水矿柱的开采 第六图书馆 针对康家湾铅锌金矿大型防水矿柱的赋存条件,从技术经济角度论证了防水矿柱安全开采的可行性,为该矿超前开采防水矿柱提供了参 考依据,亦可为类似条件的矿山借鉴。针对康家湾铅锌金矿大型防水矿柱的赋存条件,从技术经济角度论证了防水矿柱安全开采的可行 性,为该矿超前开采防水矿柱提供了参考依据,亦可为类似条件的矿山借鉴。防水矿柱 隔水层 含水层 开采 铅锌矿 金矿 矿业研究与开发王新民 陈昌民 [1]中南工业大学 [2]水口山矿务局1997第六图书馆 第六图书馆 第 1 7卷第 1 期 1 9 g 7年3 月 一 L V o l⋯1 N o 1 矿 业 研 究与 开发 ’ ’ 7 7 ～ r彳论康家湾铅锌金矿大型防水矿柱 开 咀 ’ 张钦礼 彭续承 堕墨 中南工业大学 ， 长沙 ， 4 1 0 0 8 3 水口山矿务局 ， 常宁市 ， 4 2 1 5 2 1 } 尚 要针对康g - 湾铅锌金矿大型防水矿柱的赋存条件， 从枝术经济 角 度论证 7防水矿柱安全 开采的可行性 ， 为该矿超前开采防水矿柱提供 7 参考依据， 亦可为类似 条件的矿山借鉴。 ， 关 键 词堕 相 对 隔 水 层 导 水 裂 隙 带 哥 不 ON LARGE S I Z ED W ATE RP ROOF P I L LARS E XTRACTI ON AT【 J ， ‰ KAN GJ I A ～ W AN LEAD - ZI N c- GOL D M I NE Zh a n g 7 ／ 1 口 g Q 矗 尸 删 f ‘ ， ” 洲 s i t y 们 o f T e c h n o l o g 舢㈣ ／ ／ P n c 口 ’ S h u i k o u s h a n Mi n e B u r e a u, Ch a n g n i “ g， 4 2 1 5 2 1 ／ AB S T RAC T Ac c o r d i n g t o t h e o c c u r r e n c e c o n d i t i o n s o f l a r g e s i z e d wa t e r p r o o f p i l l a r s a t K a n g j ia w a n L e a d Z i n c - g o ld min e ， t h e a u t h o r s v e r i ft e d矗e I e a s i b i li t y o I t h e s a f e m i n i “ g。 f w a t e r p r o o f p i l l a r s i n t h e v i e w o f t e c h n o l o g y a n d e c o n o mi c s Th i s p a p e r p r o v i d e s a r e f e r e n ce f o r t h e wa t e r p r o o f p i l l a r s e x t r a c t i o n i n a d v a n c e a t t h i s mi n e a n d c a n b e u s e d f o r r e f e r e n c e i n t h e mi n e s KEY WORDS W a t e r p r o o f p i l l a r s Wa t e r r e s i s t i n g l a y e r ，Op p o s i t e wa t e r r e s i s t i n g l a y e r W a t e r c o n d u c t i n g fi s s u r e z o n e，Aq u i f e r 康 家湾矿位于湖南省常宁县水 【 山矿 区， 届中温热液中型铅锌金银多金属矿床 ， 矿区水文地 质较为复杂， 地表有i l l i -1 - 、 舂陵 江 康 家溪和老盟山小溪等。 矿 区地 层中有 【、 I、 Ⅱ3 个含水层， 其中 II 、 I I 为强硅化岩 溶裂隙或 微弱裂隙 含水J 荟． 与矿休 直接接 触 ． 开采前 已疏干 【 丽含 水， 位于矿体 上 岩层中， 与地表水系有天然水力联 系． 构 成 对外下安全生产的严重l皎协。 矿体 与 1 层水 之『 i _j 』 存在隔水层 J 相对隔水层 ， 其叠圳厚度 为1 0 0 ～4 7 0m。 为保珏 水体 F采矿安全 ， 。 ⋯在_卡 』 J 步设 计 ， 预斜了大 量防水矿扯 ． 其 第 1作者 工学 碗 b 一 副教授 ； 收稿 日期 1 9 9 6 I u 0 3 中九中段 以上 防水矿柱 矿量达 l 9 1 万 t ， 占 一 期开采的九巾段 以上总矿量的2 8 。 目前 矿 山九中段 以上 防水矿柱 以外的矿体剩条 储量 已经不多， 按 l F常同采顺 序， 须继续 向 r延仲， 不仪需要增加大 量开拓工 程， 而且 增 J J 『 『 了九中段 以 J 巷道的维护费用。 为提高 矿⋯经济效益 ， 对这部分防水矿柱进行 了系 统的分析论证 ． 求为防水矿 住的超 前开采 摊供 论依 。 1 防水矿 矿体的龇存条件 矿区共柯7 个丰矿体． 8 个小矿体， 分布 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 矿 业 研 究 与 开 发 第 1 7卷 在长2 5 0 0 1 2 1 ， 宽 1 5 0 7 0 0 m 范 围内， 矿体呈 似层状 ， 少 数为透 镜状叠 加产出 ， 倾 角j 。 ～ 3 j 。 ， 走 向南北 ， 矿 体南、 北端 距地表分别为 5 9 0 m和 1 5 9 m 矿岩 稳定性 好、 硬 度 大 ， 普 氏系数 ，高达1 8 ～ 2 4 。 对 矿 床开 采构成 主 要威胁的 I含水层主要发育 在 白垩系下统 红色泥质粉砂岩、 细砂岩和砾岩 中， 静 水储 量 大 ，约 1 2 0 0万 m。 ，雨 季 动 流 量 达 6 0 0 1 2 1 ／ h ， 按层位又分为上 I 。 、 中I 以 及下 I 。 三个含水段 。I ． 、I 。 为弱含水段 ， I 为强至次强 含水段 ， 彼此有 密切的水力 联系 ， 统一的地下水位和相同的动态变化规 律。 I 含水层与矿体之间， 从下向上分布有 二 叠系上 统斗岭 P d 1 和二叠系 下统 当冲 组 P 。 d 砂页岩隔水 层， 以及 由白垩系下统 东川组 K。 d 砂砾 岩 和株罗 系下统高家 田 组 J - g 砂页岩所组成 的， 含水微弱 、 导水性 能差的相对隔水 层 见图1 。 防水矿柱位于 Ⅱ一1 和 V 一3 矿体中， 倾角3 。 ～3 j 。 ， 平均厚 度7 ～8 ． 8 5 12 1 ， 其上部隔水层较薄 ， 局部地段 缺蚀 。 2 防水矿柱安全开采技术条件 分 析 近年来 ， 我国金属矿山如锡矿山南矿在 飞水崖河床下 、 车江铜矿在湘江下实现了安 全开 采 ； 在 国外 ， 日本栅原硫铁矿在河床下 安全回采矿柱 ， 波兰茨塞铅锌矿在自云岩含 水层下开 采铅锌矿体L 1 。 理 论与 实践证明 水体下安全开 采的关键是隔水层的厚度 ， 以 及矿体开挖后顶板导水裂隙带 的发 展是 否 导穿隔水层 ， 而矿 区工程地质特征、 矿 体倾 角 、 厚度 、 采矿方法等 因素是导水裂 隙发 展 高度的主要影响因素。 囤1 矿区含水组水文地质剖面示意圉 I】 】s 一 弱古 水段P l d 、 P 2 d 卜 隔水 层 】2 一强古 水段k , d’ J g 相对 隔水层 F z , 断层Q 硅化破碎带 2 ． 1 矿区工程地质特征 本矿区工 程地质受多次构造变动的影 响 ， 导致 部分 岩层破碎 ， 不同程度地 降低 了 矿体围岩的稳定性 ， 附表反映了矿区主要岩 组的工程地质特征 附衰矿区主要岩组的工程地质特征综台表 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第 1期 王新民等论康家湾铅锌金矿大型防水矿柱的开采 3 2 ． 2 隔水层和相对隔水层分析 隔水 层和相对隔水层 是嵌其水理性质 的指标渗透系数来划分的， 通常将渗透系数 小于0 ． 0 0 1 m／ a的岩层视为隔水层 。 根据煤 矿经验 ， 凡岩层粘土含量大于3 0 ， 渗透系 数小于1 ． 0 m／ a的粘土 、 粘土夹 砾岩 、 钙 质 粘土等 ， 均视为 良好的厢水 层 。 例如资江煤 矿在资江河漫滩下采用壁式崩落法采煤 ， 开 采上限距 水体仅 8 0 m， 其 间有5 4 ． 7 m厚 的 相对隔水层 ， 是由泥岩 、 砂岩组成 ， 渗透系数 为0 ． 0 1 3 ～O ． 1 9 6 m／ d ， 开采 中， 工作面仅有 个别出水点 ， 对 矿井总涌水 量影响甚微。 据 此， 本矿 K d地层为紫红色含钙质粉砂岩、 泥岩 ， 岩性给水度在2 0 以内 ， 渗水性能差 ， 渗透 系数 为0 ． 0 9 7 m／ a， 这种相对 隔水层 完 全可视 为“ 准 隔水 层” ， 因此 隔 水层相对增 厚 。 由于这 种岩层在该矿分布范 围广， 一般 厚6 O ～2 0 0 m， 最大厚度4 0 0 1“ I 1以上 ， 且全区 连续分布 ， 这在很大程度上提高了防水矿柱 的开采安全性 。 2 ． 3 含水层性质 含水层是含水且 又能排除相 当数量水 的岩层。 不同岩层富水陛能 差异很大 ， 实际 是依单位时间 内流入钻孔 中的水理大小来 区别含水性 的强 弱， Ⅲ一1 、 v一3 中预留的 防水矿柱在空间上位于 I 含水 层弱含水段 】 之 下， 钻 孔 单 位 注 水 量 为 0 ． 0 2 9～ 0 ． 5 1 L ／ s m， 届 基岩型弱 裂隙含水段 ， 这 种 含水体即使采动而导通， 因漏水量不大 ， 只 要及时采取紧急措施 ， 不会造成严重 的渍水 淹井事故 ； 而强含水段 I 离 矿柱距离较远 ， 影响甚小。 2 ． 4 矿柱矿体的产状与采矿方法 矿体倾 角大 小对 导水 裂隙带发展有较 大影响。 倾角较大时 ， 空区顶板冒落岩块沿 底板下滑 ， 空间不易填满， 岩 层破坏加剧 f 倾 角较小时， 冒落岩层易将空区填满， 使上覆 岩层的下沉和开裂受阻而达到有限程度口 ] 。 该防水矿柱倾 角均 小于3 5 。 ， 矿体的厚度不 大 ， 均 有利于矿柱的安全开采 。 由于采用机械化上向水平分层胶结充 填法 回采防水矿柱 ， 充填体质量好， 将有效 地维护上盘岩体 的稳定性 ， 限制导水裂隙带 的发展 。 2 ． 5 导水裂隙带高度的计算 胶结充填在正常情 况下 ， 顶板不会发生 冒落性破坏 ， 最终引起顶板围岩变形破坏的 空间仅是因充填难于接顶 或充填体 沉缩产 生的残余空间所致 。 因此该矿防水矿柱开采 导水裂隙带高度 的计算， 引入煤矿用陷 落法开采水平或缓倾斜 矿床的经验公式， 并 加入修正系数 ， 即 而 7 _ 3 4 1 1 ．2 8 2 ． 8 j 。 ⋯ 式中 考虑充填体压缩及接顶 不充分 的综合系数 ， 取j ％ 安全开采深度 ’ h h 2 式中 保护层厚度 ， 取2 0 1 T I 。 在防水 矿柱 各个剖面上 ， 每隔 ～】 0 m 确 定一个计算 点 ， 共 计2 9 0 个计算 点 ， 用式 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 4 矿 业 研 究 与 开 发 第 l 7卷 1 、 2 进行计算 ， 结果表明， 安全开采深度 透过 隔水层顶板线 的计算 点仅 为4 ～6 ％ 见图2 ， 由于隔水层上部 的相对 隔水层厚 度较大 ， 显而 易见 ， 矿柱是可以实现安全开 采的。 圉2 1 1 5 线安全开采深度线 1 2 0 0 0 3 防水矿柱开采安全措施 如上分析 ， 虽然 Ⅱ--1 ， V一3 防水矿柱 ， 提前开采已具备较有利的条件， 为使安全做 到万无一失 ， 不致对未来深部矿体 的开采造 成影响 ， 须采取下述 必要措施 1 开展经常性地表及井下岩层移动 及水文监测 ； 2 采 矿过程 中， 如遇 钻孔 ， 构造淋 水 异常增大 ， 应及时观察分析 ， 及时处理 ； 3 采用上 向水平分层充填法 ， 并提高 充填质量和接顶率 } 4 通过 分析 计算安全开 采深度 伸入 相对隔水层 内太大的地段 ， 仍要 留适当的临 时 矿柱 。 4 结语 综上所述 ， Ⅱ一 1 与 V一1 防水矿柱 ， 只 要采取有效技术措施完全可以提前 安全 开 采 ， 这就避免了该矿因 目前九 中段以上剩余 可采矿量不足 ， 而急需投入大量资金进行的 深部开拓， 相对增 加了九 中段以上的可采矿 量 ． 延长了一期矿 山服务年限 ． 同时亦改善 了开拓采准工程费用的摊销 ． 大大减少井巷 及运输系统的维护费用， 以矿柱提前十年开 采 计， 可提 前 回 收 矿 石 l 5 6 ． 6万 t ， 产 值 1 0 7 3 0 万元 ． 减少井巷 维护费用1 2 6 万元 ， 经 济教益十分显著 。 参考文献 】 森格． 术体下采矿设计撵讨． 孟庆仁译 ． 国外金属矿 采 矿 ． 1 9 8 5 2 2 4 ～ 卵 2 撩国元． 水体下充填法开采顶扳匿岩导水裂缝带扩展 趣律的数值模拟研究． 有色金属． 】 9 9 0 4 r 5 6 5 9 3 彭续承． 对永体下开采缓倾斜矿层时预测顶板围岩中 产生导水裂隙带理论 的韧探充填 采矿法科学研 完论 文集 长沙 中南工』 E 大学 出版社 ， 】 9 9 2 ， 2 7 ～3 1 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆