某大水矿山近矿体帷幕注浆联合防治水方案研究

防治水是维持矿山安全生产及可持续发展的重要环节。某铁矿为岩溶大水矿山,预计矿体开采后涌水量可达19164.36 m^(3)/d,给采矿作业带来安全隐患。基于矿山水文地质特征及井下实际开采条件,采用超前探水、近矿体帷幕注浆及防渗帷幕加强隔水矿柱等方法,最终在上部中段矿体形成完全闭合隔水体,在下部中段矿体形成不完全闭合的防渗隔水层。提出的“堵避结合,预测先行”联合防治水方案能够有效保障矿体安全开采,可供类似大水矿山参考借鉴。

我国大水矿山侧向帷幕截水技术及水资源保护效果研究

我国矿山种类多、数量多,涵盖煤炭、冶金、有色金属、化工等,大部分矿山采用疏干排水方式控制地下水,部分大水矿山矿井每天疏排水量数万立方米到数十万立方米,疏干排水引发地下水位下降、水资源枯竭、岩溶塌陷和地面沉降、地表水污染、地下水环境恶化等问题。为解决大水矿山的安全开采和水资源浪费问题,自20世纪60年代开始进行矿山截水帷幕技术研究,经过近60 a的发展,由单一的地面直钻孔注浆发展为地面定向钻孔注浆、井下钻孔注浆、井上下联合钻孔注浆、桩排、连续墙、防渗膜等多种截水帷幕技术,先后在80余座矿山成功应用了半封闭式、封闭式、落底式和悬挂式截水帷幕,截水率大多在60%以上,帷幕外侧水位显著抬升,取得非常好的应用效果,保护了矿山水资源和矿区生态环境。选取金属矿岩溶裂隙水全封闭帷幕、煤矿基岩落底式注浆帷幕、松散层与岩溶地层定向水平孔注浆帷幕、松散层防渗膜落底式帷幕等4种典型截水帷幕案例进行了详细阐述,分析了典型截水帷幕案例的截水技术及水资源保护效果,有效截水率均在75%以上。基于帷幕截水技术发展趋势,提出了大水矿山侧向帷幕截水技术将朝着松散层侧向无接头连续截水帷幕、基岩侧向截水帷幕定向扩散注浆、低渗厚基层侧向截水帷幕等技术方向发展,践行“绿水青山就是金山银山”理念,保护矿山地下水资源,实现矿山保水、保生态、减损、绿色开采。

大水矿山高深溜井防堵塞关键技术

研究大水矿山高深溜井防堵塞及安全放矿技术,对于地下矿山采场高效出矿具有重要的现实意义。以某大水矿山采场高深溜井频繁堵塞为背景,针对矿岩性质、含水率、粒度、吸水性、黏结性等特殊物料性质,结合主溜井深度、底部结构及放矿管理等因素,对主溜井堵塞原因进行具体分析。在此基础上,提出主溜井防堵塞及高效运行关键技术方案。首先,结合物料特性及生产条件,对主溜井斜溜槽角度由42°优化至60°,延长重板并对主溜井底部结构进行改造,增加放矿效果;其次,借鉴单环形直孔疏水原理,对主溜井井筒淋水进行治理,从源头解决溜井矿石含水量等问题;最后,提出确定主溜井合理贮矿高度,严格控制入井矿料含水量、矿料粒度并进行合理配比,加强溜井放矿等生产管控措施。改造后,实测主溜井淋水0.4 m^(3)/h,日平均放矿量6060 t,溜井放矿效率显著提升,可为同类矿山提供借鉴和参考。

大水矿山开采水环境系统失效致灾机理

基于大水矿山开采水环境由人工排水系统及天然的地下水系统共同构成,通过系统分析方法,构建大水矿山排水-地下水开采水环境系统。在此基础上,进行大水矿山开采水环境系统失效致灾机理研究,建立大水矿山排水-地下水开采环境系统随机模型及系统失效致灾判据。将所建立的模型及判据应用于凡口铅锌矿大水地下开采矿山。研究结果表明:在一定时域范围内,模型可有效识别系统的灾害状态;系统失效致灾是系统输入流量大于输出流量,系统水位离散程度随时间不断增大,以及系统自身结构承受安全水位的能力过低共同作用的结果,从影响程度来讲,系统流量差的变化对灾害影响最大,其次为安全水位,最后为系统的随机作用;所建立的系统模型及系统失效致灾判据具有实用性和有效性,研究成果可为大水矿山开采水害防治提供有效的技术支持。

大水矿山地下水水害致灾预测研究

从系统工程学理论角度出发,通过对采掘-排水-地下水系统致灾机制进行分析,确定了大水矿山地下水水害致灾主要是由系统中关键参量特性决定的,即由相邻水文地质单元径流补给、大气降水补给及排水系统排水量的不确定性导致;通过对3个主要影响因素的随机特征分布进行研究,得出系统灾害发生概率计算方法,为预测系统的灾害概率提供依据;将失效模型与矿山地下水模型结合,得到了地下水灾害强度及分布特征。该研究量化了矿山灾害,为制定水害防治方案提供一定的科学依据。

大水矿山截水帷幕注浆工程施工关键技术

大水矿山开采的难点之一是防治水,如何进行有效治理乃是困扰这些矿山开采的重要课题,也是一项系统性工程。通过对新桥硫铁矿二期扩建防治水工程的实践,重点讨论了新型粘土改性固化浆液帷幕注浆工程成功应用的经验,对富水矿山的治理工程进行了有益探索,具有探索性的意义。

大水矿山DGME系统动态随机模型及风险预测

大水矿山由于含水层通常难以疏干,矿山生产常采取边疏干含水层边开采的带压开采方式进行,此类矿山实际开采环境是由排水系统及地下水系统组成,即排水-地下水的开采环境(DrainingGroundwater Mining Environment,DGME)系统。为此,根据系统论的原理,构建了大水矿山排水-地下水开采环境系统动态随机模型,并以模型为基础分析了系统水位随机变化的影响因素。结果表明:1)DGME系统动态随机模型可反映出矿山地下水系统与排水系统之间的相互关系;2)矿山地下水位变化是Wiener过程,臼水位分布符合正态分布,其数字特征取决于系统输入输出流量差的均值及方差;3)系统当前风险状态受短期内系统水位变化影响,超出一定时域,系统风险状态不可预知。

帷幕注浆工艺在大水矿山中的应用

我国是水资源贫国,在矿山的开采中,地下水严重浪费,水资源的保护迫在眉睫。以中关铁矿治理矿山地下水为例,从治理的必要性、方案可行性和经济合理性方面,阐述了帷幕注浆工艺对解决中关铁矿开采与水资源保护两者的矛盾,指出了在大水矿山建设中应用的帷幕注浆工艺的重要意义。

大水矿山倾斜帷幕下采矿方法实践

为了实现大水矿山特殊条件下安全采矿,谷家台铁矿采用近矿体顶板灰岩帷幕注浆堵水技术成功解决了地下水难题,在倾斜帷幕保护下应用预控顶中深孔分段充填采矿法进行矿房回采,对该采矿方法的采场结构参数、回采工艺等做了介绍,生产实践证实该采矿方法较好地满足了水下采矿要求。

大水矿山矿井排水存在的问题分析

针对大水矿山矿井排水情况,对矿坑涌水量计算、矿井排水方案、综合防洪排水和矿井排水设施等方面进行了深入研究。

综合超前地质预报技术在大水矿山开拓巷道的应用研究

为保障大水矿山巷道开拓安全,根据地震波反射法、地质雷达、红外探水仪、瞬变电磁法在井下试验情况,结合井下巷道环境特点,提出了开拓巷道三级综合超前地质预报探测方案,在中关铁矿-260 m水平副井东巷进行了应用试验。结果表明,综合超前地质预报技术较单一物探方法精确性明显提高,减少超前钻孔50%以上,大大提高巷道掘进速度。

大水矿山深部岩体渗流特性试验研究

为了研究深部岩体渗流特性对大水矿山巷道围岩稳定性的影响,将现场所取的岩石试件在MTS电液伺服试验机上进行渗流试验,研究了矿井深部岩石渗透特性的变化,研究成果对该矿井的突水危险性预测和安全高效生产具有指导意义。

大水矿山区段注浆堵水实践

谷家台铁矿作为大水矿山,采用近矿体顶板灰岩帷幕注浆堵水技术成功治理了地下水隐患,在注浆形成的上盘帷幕隔水层下实现了安全采矿。从钻孔施工步骤、断层和地勘钻孔治理等方面介绍了矿房采矿前的注浆堵水实施过程及其效果,对类似矿山具有一定的借鉴作用。

大水矿山矿坑水地表零排放关键技术研究与应用

为解决大水矿山安全开采与区域地下水资源保护之间的矛盾,开展了大水矿山矿坑水地表零排放技术体系研究。首先开展了高压注浆液固结试验,研发了新型注浆材料;针对受限巷道空间实施帷幕技术浆液无法搭接等难点展开了研究,确定了小曲率半径钻探参数;然后通过现场工业试验、数值模拟和解析计算,确定了帷幕注浆钻孔孔距确定方法,提出了PLA注浆效果判定和帷幕体渗透系数预测方法,创新了无线远程地下水位自动监测系统;最后开展矿坑水净化技术研究,采用了沉淀+过滤+纳滤技术实现系统产水达到Ⅱ类地下水质量标准;开展深井大流量回灌试验,利用抽水试验影响半径反演出群井回灌影响范围,确定群井联合回灌能力。研究结果表明:达到大水矿山矿坑水地表零排放目标,实现水资源的生态保护。

大水矿山帷幕注浆后采矿探防水安全技术探讨

介绍了业庄铁矿运用近矿体顶板灰岩帷幕注浆堵水技术,通过矿床顶板突水各因素分析,制定并采用各项探防水安全技术,成功解决了大水矿山开采的技术难题,有效地保障了大水矿山的安全开采。

某大水矿山采场涌水分析及防治水对策研究

针对某大水矿山在实施矿体帷幕注浆和疏干排水工程后,矿床疏干效果很有限,水位仍高于开采中段的难题,展开首采段采场涌水分析及防治水对策研究。在已有水文地质资料基础上,重点分析区域地下水位、水量动态变化特征;充分利用矿山基建过程中积累的水文地质信息,分析矿区主要含水层分布及富水性、透水性特征,研究地下水补给、径流、排泄条件,预测水位标高降至各中段时的矿坑涌水量以及首采段开采后矿坑总涌水量。提出现阶段矿山防治水原则为以疏为主、以堵为辅,可利用开采工程继续对矿床疏干。

岩溶大水矿山暗河型导水通道探查与治理技术研究

对于很多可溶岩地区的矿山而言,采矿过程中往往面临井下突涌水问题,对矿山安全生产和作业人员生命安全造成严重威胁。部分岩溶大水矿山受地层岩性、产状及构造带发育特征等综合影响,往往存在主要的地下水补给通道,发育规模较大且集中的即为暗河型导水通道。通过采用地面物探、钻探勘察、超声测井及连通试验综合探查技术,有效查明某矿F_(4)断层下盘发育的主要导水通道的分布范围,同时利用地面钻孔投料和注浆技术进行了封堵,彻底切断了矿坑-30m水仓揭露涌水点与区域强岩溶地下含水层的水力联系,大幅减少矿坑排水量。研究成果对于指导类似条件岩溶矿山的涌水治理具有借鉴意义。

大水矿山多参数水文智能监测预警系统

国内大水矿山水文监测系统在信息采集、监测范围及实时性等方面还存在不足。以某大水铁矿山为背景,基于GPRS数据传输及网络传输技术,结合矿山建设实际,提出一套集地表及井下一体的水文在线监测预警解决方案,包括地表水文钻孔自动遥测预警系统和井下水文在线监测预警系统;并提出矿井生产过程中结合应用超前钻探与物探技术实现工作面靶向探放水,将水量较大的探水孔作为长期放水孔加装监测传感设备,实现系统灵活扩展。通过对矿山井上水文钻孔、井下沟渠流量、排水管道流量、管道压力、井下水仓水位等水文参数的实时动态监测和安全预警,及时掌握地下水动态并进行安全管控。

大水矿山地下水的综合治理

中关铁矿是国内典型的水文地质条件复杂的大水矿山,矿坑水患一直是制约矿山开发的关键因素。经过近十年的治水经历,矿山走出了一条以防治结合、综合利用为主线的绿色环保、可持续发展的治水之路。其防治措施主要包括:矿体周侧全封闭帷幕注浆工程,阻断了矿坑水与区域地下水80%的水力联系;矿山井巷系统局部地表预注浆工程,使井巷掘砌工作涌水量≤10 m^3/h,确保了井巷工程的顺利掘砌;矿坑水回灌工程,将帷幕内剩余20%的矿坑水回灌至帷幕外地下含水层,最大限度地保护了地下水资源。上述三步治水过程,实现了矿山地下水零排放的目标,为实现邢台地区"还邢台青山绿水,走生态发展之路"和打造"山水泉城、魅力邢襄"的战略规划做出了矿山应有的责任。

TRT6000在大水矿山水害灾源定位与超前探测中的应用

针对新龙矿业所属某矿山的水害问题,采用TRT6000超前预报系统对该矿280,240m中段进行了探水试验,探测图像显示在探测范围内存在明显的异常反射体,可能存在破碎带。并采用该系统对该矿760 m平行巷道掌子面进行了超前地质探测,结果表明,在不同的范围内存在不同的地质灾害。上述探测结果可为矿山灾害防治提供依据。