铝土矿地下开采水害分析.pdf

声明声明下面论文由免费论文教育网 http//www.PaperE 用 户转载自互联网，版权归原作者所有，本文档仅供参考，严禁抄袭 免费免费论文论文教育教育网网 -1- 铝土矿地下开采水害分析铝土矿地下开采水害分析 杨新安 1，黄小平1，孙新礼2，祝瑞勤3 1.同济大学城市轨道与铁道工程系，上海（200092） 2.中铝矿业有限公司，郑州（200092） 3. 长沙有色冶金设计研究院，长沙（200092） E-mailxyang 摘摘 要要 地下开采铝土矿是我国铝土矿山的必然选择和发展趋势。 水害是要面对的主要威胁 之一，根据突水水源、采掘方式、岩体结构、突水形式和突水量等，对铝土矿地下开采中的 水害进行了分类，说明了其特征。结合段村雷沟铝土矿，根据勘探资料以及矿区地质与水 文地质条件，段村雷沟铝土矿的水害类型有地表水水害、冲积层水水害、岩溶水水害、断 层水水害和采空区积水水害，论述了段村雷沟铝土矿的水害类型及其对矿山建设的影响， 分析了其成因。给出了该铝土矿山防治水害的总体思路和原则。 关键词关键词铝土矿；地下开采；开采方法；防治水 中图分类号中图分类号TD745 中国铝土矿以晚古生代风化壳型铝土矿为主，其探明储量约占全国储量的 90，集中 分布在山西、河南、贵州和广西等内陆地区。铝土矿床严格赋存于奥陶系古风化侵蚀面上， 随着铝土矿浅部优质资源逐步减少，地下开采铝土矿成为必然的选择和发展趋势[1-3]。 水害是中国煤矿开采的主要威胁， 相对于煤矿水害， 铝土矿地下开采遇到的水害威胁更 大。第一土矿层的直接底板或间接底板就是主要的强含水层奥陶系灰岩，而煤层底板 以下大多有一定厚度的隔水层；第二铝土矿赋存于煤层以下的地层中，埋深更大；第三 铝土矿矿体形态多样，厚度变化大，大厚度矿体（有些厚达几十米）的采动影响范围大。 本文结合段村雷沟铝土矿， 按突水水源论述了段村雷沟铝土矿的水害类型及其对矿 山建设的影响。分析了其成因，给出了该铝土矿山防治水害的总体思路和原则[4]。 1. 段村段村雷沟铝土矿概况雷沟铝土矿概况 段村－雷沟铝土矿区位于河南省渑池县境内，属于豫西陕（县）新（安）铝土矿成矿 带，是岩溶型风化沉积铝土矿矿床。矿区属低山丘陵地形，西高东低，两边高中间低。本区 属中温带大陆性半干旱气候，年平均气温 13.8 ℃，多年平均降水量为 660559 mm。北涧河 和石河流经矿区，为季节性河流。区内黄土覆盖面积较大，冲沟发育，多呈近南北向，低山 坡地植被贫乏[4]。 矿区水文地质条件为中等复杂， 工程地质条件为中等偏复杂类型， 开采方式以地下开 采为主。寒武奥陶系灰岩是威胁矿床开采的最大含水层，石炭系中统和二叠系下统灰岩、 砂岩为矿体上部次要含水层。 2. 铝土矿水害类型与特点铝土矿水害类型与特点 2.1 水害类型与特点水害类型与特点 造成矿井局部或全部淹没、 威胁采掘工作面或矿井安全、 影响生产和人员健康的矿井水 都称为矿井水害。 根据突水水源、采掘方式、岩体结构、突水形式和突水量等，可以将铝土矿地下开采中 的水害进行分类，见表 1 矿井突水系统分类表。 -2- 表 1 矿井突水系统分类表 Tab. 1 Mine water inrush classification 突水水源 采掘方式 岩体结构 突水形式 突水量 奥灰水 掘进巷道突水 断层（破碎带）突水 爆发型突水 特大型突水 薄层灰岩水 大巷突水 陷落柱突水 跳跃型突水 大型突水 冲积层水 掘进工作面突水 褶曲突水 缓冲型突水 中型突水 地表水 回采工作面突水 裂隙岩体突水 滞后型突水 小型突水 老窿水 井筒突水 完整结构岩体突水 水害分布有一定规律， 它与成矿环境、 地质构造、 气候及区域水文地质条件等因素有关。 根据不同地质、水文地质特征，并考虑到矿井水对生产的危害程度，可将我国划分为 6 个矿 井水害区，本区域属“华北石炭二叠纪岩溶-裂隙水水害区”。 2.2 水害特征水害特征 由于奥陶系灰岩富水性强、水压高、隔水层薄，而区内张裂性、张剪性断裂及陷落柱较 发育， 致使华北矿区特大突水事故多与奥灰水有着密切的关系。 特别是当矿层底板隔水层太 薄或断层破碎带削弱了底板隔水层强度， 无法承受底板水头压力及矿山压力时， 导致突水次 数增多和强度增大。 根据华北矿区地质与水文地质条件， 以及大量的矿井突水资料， 这一地区矿床充水特点 是高压水作用下的巷道或工作面底板突发性突水。 突水的主要水源为奥陶系灰岩和太原群多个薄层灰岩组成的复合含水层组， 产生突水的 主要通道为导水断层（巷道或工作面直接揭露或临近扰动断层）、导水陷落柱（巷道或工作 面直接揭露或临近扰动陷落柱） 、 导水断裂发育带及采矿扰动引起的矿山周期来压与底板高 压水作用下的矿层底板隔水层破裂性破坏。 矿井突水水量往往较大且比较稳定 （因奥陶系灰 岩丰富的静储量和补给量）。矿井突水的特点一般是突发性强、破坏性大、造成人员生命和 财产损失较严重。 3. 段村段村雷沟铝土矿水害分析雷沟铝土矿水害分析 段村雷沟铝土矿是水文地质条件复杂矿井， 防治水对矿井设计、 建设和生产有重大而 深远的影响。 根据勘探资料以及矿区地质与水文地质条件， 按突水水源分析了段村雷沟铝 土矿的水害类型及其对矿山建设的影响。 3.1 地表水水害地表水水害 北涧河和石河是流经段村雷沟铝土矿的 2 条河流， 石河由北而南自矿区西端流过， 北 涧河对东部矿区影响大。 采动产生的冒落带和导水裂隙带可能波及到地表， 从而引起地表水 渗流倒灌入井下。 山洪也可能冲击矿井，矿区井田范围的石河、北涧河在汛期有时有洪水发生，洪水也会 流入民采井、采空塌陷区，渗漏补给矿层顶底板含水层，或直接溃入井下，造成重大危及安 全生产的水害事故，就像 2007 年 8 月发生在陕县支建煤矿的溃水事故一样[5]。 3.2 冲积层水水害冲积层水水害 矿区内第四系松散沉积物分布较广泛， 特别是雷沟矿段北涧河冲洪积层较厚， 含水量丰 富，井筒开凿时会导致涌水量大。 -3- 断层、 采空区以及采动产生的冒落带和导水裂隙带都可能沟通冲积层， 将冲积层水导入 采场。 3.3 岩溶水水害岩溶水水害 段村雷沟铝土矿井筒要深入到奥陶、寒武系灰岩地层一定深度，奥陶、寒武系灰岩含 水层是主要含水层，含水丰富，补给充分，井筒开凿会导致涌水量大，位于雷沟矿段和段村 矿段河滩的民采井开凿时都曾遇到涌水量过大的问题。 奥陶、寒武系灰岩含水层是铝土矿的间接底板，直接底板铁质页岩缺失范围大，岩溶水 对采场的威胁明显，通过断层、采空区等通道也可将采场与奥陶、寒武系灰岩含水层沟通， 引发采场水害。 3.4 断层水水害断层水水害 当采掘工作面临近及接触张性或张扭性导水断层， 而且这种断层又与灰岩岩溶水或地表 水连通时，往往发生突水，造成淹井。2006 年 12 月 23 日，义马煤业集团曹窑东井透水事 故就是实例[6]。 当采矿工作面临近及接触张性或张扭性导水断层， 而且这种断层又与灰岩岩溶水或地表 水连通时，往往发生突水。义马煤业集团石壕矿 12051 工作面下巷突水就是实例[7]。 3.5 采空区积水水害采空区积水水害 段村雷沟铝土矿区民采井和老窿数量多、分布复杂，开采历史不祥。采空区大多有老 空水， 采空区还可能沟通地表水或矿层顶板和底板的灰岩含水层， 采空区水害突水规律不易 掌握，突水量大，来势凶猛，易造成恶性事故，对巷道掘进的威胁最大。2007 年 8 月发生 在陕县支建煤矿溃水事故就是例证。 4. 段村段村雷沟铝土矿水害防治总体思路和原则雷沟铝土矿水害防治总体思路和原则 根据国内外多年实践经验和试验研究，段村雷沟铝土矿防治水的总体思路应是“排供 结合”，实施矿山排水、供水、生态环境保护三位一体给合的优化管理，进行矿区水资源的 合理配置。 段村雷沟铝土矿防治水的 3 项原则。 1 段村雷沟铝土矿防治水要根据水文地质条件及其特点，采用综合、全局和系统的 思路与方法， 系统考虑矿山基建期和生产期的防治水方案与措施； 系统考虑各矿段的开采顺 序， 采用有利于防治水的开采方案与技术； 系统考虑矿井浅部开采与深部开采的防治水方案 与技术。 2 排供结合必须成为段村雷沟铝土矿设计和建设的一项基本原则，排供结合可以兼 顾矿山开采与附近工农业用水，其经济和社会效益巨大。 3 现阶段对矿山防治水的总体要求明显提高，要实现防治水和采矿地质环境条件改善 及生态环境保护一体化，实行矿山排水、供水、生态环境保护三位一体的优化管理，进行矿 区水资源的合理配置。 5. 结结 论论 1 水害是铝土矿地下开采遇到的主要威胁之一，在防治水方面，国内外铝土矿有许多 -4- 成功和失败的实例[8-11]。因此，每个矿山都需要结合地质与水文地质条件，研究制定合理的 防治水方案与技术措施。 2 根据勘探资料以及矿区地质与水文地质条件，段村雷沟铝土矿的水害类型包括 地表水水害、冲积层水水害、岩溶水水害、断层水水害和采空区积水水害。 3 研究给出段村雷沟铝土矿防治水的 3 项原则，即排供结合，综合、全局和系统的 思路与方法，实行矿山排水、供水、生态环境保护三位一体的优化管理，合理配置矿区水资 源。 参考文献参考文献 [1] 张吉龙，姜立春．我国铝土矿资源开采技术综述[J]．轻金属, 2007，65-8. 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