典型铁矿嗣后充填法地下开采的地质环境问题及其防治.pdf

Vo l . 29,No . 10 Oct 2020 第29卷第10期 2020年10月 中国矿业 CHINA MINING MAGAZINE 典型铁矿嗣后充填法地下开采的 地质环境问题及其防治 陈晓梅r杨 超2,张建伟3,桂思英4 （1.临沂市自然资源和规划局，山东 临沂276001； ； 2.山东金玺泰矿业有限公司，山东 兰陵276000； ； 3.自然资源部生态地球化学重点实验室，，北京100037； 4.山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂276006） ） 摘 要摘 要嗣后充填法用于铁矿地下开采，使资源得到合理开发利用，同时保护了矿区地质环境。在对典型 铁矿采空区充填、竖井封闭、斜坡道封堵等分析的基础上，估算了含水层结构破坏情况，其现状（影响半径 0. 154 km、面积1. 097 km2）和预测（影响半径0. 362 km、面积2. 923 km2 ）均显示破坏严重，而现状和预测 发生矿山地质灾害的可能性较小。从含水层和地质灾害的多方面提出了地质环境问题的防治措施％ 关键词关键词嗣后充填法；含水层破坏；地质灾害；防治；铁矿；地下地采 中图分类号中图分类号TD167 文献标识码文献标识码A 文章编号文章编号1004-4051（2020）10-0092-04 Geologicalenvironmen/alproblemsandi/sprevenionof/ypicalironoremining bysubsequen/filingme/hod CHEN Xia o mei1 , YANG Ch a o2 , ZHANG Jia nw ei3 , GUI Siying4 1. Linyi Na tura l Reso urces a nd P l a nning Burea u, Linyi 276001, Ch ina； 2. Sh a ndo ng Jinx ita i Mining Co . , Ltd. , La nl ing 276000, Ch ina； 3. Key La bo ra to ry o f Eco -geo ch emis try, Ministry o f Na tura l Res o urces, Beij ing 100037 , Ch ina； 4 Sh a ndo ngSeve nth Instituteo fGe o l o gya nd Minera l Reso urcesLinyi276006Ch ina Abstract Th e subsequent fil l ing meth o d is used in undergro und mining o f iro n o re, w h ich ma kes th e res o urcesrea so na bl ydevel o peda nd util izeda nd pro tectsth ege o l o gica l enviro nme nto fth e mininga re a Ba se do nth ea na l ysiso ftypica l iro n mine go a f fil ing sh a ft sea l ing a nd ra mp sea l ing th e da ma ge o f a quifer structureisestima tedTh epresentsitua tio no fa quiferda ma ge infl uence ra dius0 154km a rea 1 097km2 a nditspredictio n infl uencera dius0 362km a rea 2 923km2 sh o w th a tth e a quiferisse rio usl yda ma ge d Th eprese ntsitua tio na ndpredictio no f mine geo l o gica l disa ste rs sh o w th a t th ey a re l ess l ikel y to o ccur Fro m ma nya s pe cts o fa quife ra nd geo l o gica l disa s terth epreventio n a ndco ntro l mea s ure so fgeo l o gica l enviro nmentpro bl ems a reputfo rw a rd Keywords subsequent fil l ing meth o d； a quifer da ma ge； geo l o gica l disa s ter； preventio n a nd co ntro l； iro n o re,undergro und m4n4ng 收稿日期收稿日期2020-02-07 责任编辑责任编辑刘硕 基金项目基金项目自然资源部生态地球化学重点实验室开放基金项目资助（编号ZSDHJJ201802） 第一作者简介第一作者简介陈晓梅（1978-）,女，汉族，山东莒县人，高级工程师，主要从事矿产资源管理和地质环境保护方面的研究，E-ma il 1224171819 163. co m 通讯作者简介通讯作者简介杨超（1988 ），男，汉族，山东兰陵人，主要从事矿山地质灾害方面的研究,E-ma il j inx ita iky 126. co m 引用格式引用格式陈晓梅，杨超，张建伟，等.典型铁矿嗣后充填法地下开采的地质环境问题及其防治中国矿业，2020,29（10）9295. do i10. 12075/j . issn. 1004-4051. 2020. 10. 024 第10期陈晓梅，等典型铁矿嗣后充填法地下开采的地质环境问题及其防治 93 随着经济建设对铁矿资源需求的不断增大，矿 山开采导致的环境破坏也越加严重，尤其是灾害隐 患威胁人们的生命财产安全开采方式转为地 下开采，也依然会对矿山环境带来不良影响，还可能 产生地面沉降，继而引发多种社会问题因此，开 采方法和环境保护是制约铁矿资源价值的重要因 素4,在矿山开采的同时实施地质环境保护,将有利 于促进区域经济的可持续发展5 嗣后充填法地下开采技术的应用，能够最大限 度地回收矿产资源，保护矿山环境，不仅能够防止地 面沉降，还可以处理同体废料，实现资源开发与环境 保护并重为充填料的流失系数，1. 05；Q。为日 填 量 经 矿 山 日 所 需 填 料 浆 量 1 221 m3/d 2.3竖井封闭 矿井生产结束后，要井筒进行充填和封闭，按照 以下要求进行％ 1） 井筒内巷道等支护井壁的所有设施不得拆 除，与井筒联络的巷道预先施工挡渣墙％挡渣墙采 用e浇灌，e强度不低于C 30,墙厚2 m施工前, 先在挡渣墙施工处四周剔出深度为0. 5 m、宽度1 m 的槽,使挡渣墙嵌入周围岩体内％挡渣墙墙体加铁 丝网和钢筋，每道挡墙需用钢筋约210 m（0.127 t）、 混凝土 15 m3 2） 井筒 回 填 矿， 到 矿填 井 约 35 m后，每回填10 m尾矿，注入水泥浆5 m ,如此 交替充填至井口 3.8 m处％ 3） 需进行二次充填，使综合充填率大于90 4） 井筒经 填后， 井 采用钢筋 土浇 筑顶盖进行密闭，厚度3m（图1） 5） 水泥浇灌完成后，进行不低于3个月的养护 6） 养护3个月后，浇灌体上方覆盖至少0.8 m 土 2.4斜坡道封堵 对矿井斜坡道进行封堵，按照以下要求进行％ 1） 与井筒联络的巷道预先施工2座挡渣墙 挡渣墙采用e浇灌，e强度不低于C 25,墙体外缘要 接帮接顶，墙厚不少于3 m,墙体内加铁丝网和钢筋％ 2） 向井筒内回填尾矿，直到尾矿填至距井口约 35 m后，每回填10 m尾矿，注入水泥浆5 m ,如此 94 中国矿业第29卷 填至井口 3.8 m处 3需进行二次充填，使综合充填率大于90 4） 井筒经 填后，井口采用钢筋混凝土浇 筑顶盖进行密闭，厚度3 m（图1） 5） 水泥浇灌完成后，进 于3个月的养护％ 6） 养护3个月后，浇灌 方覆盖 0.8 m 土 7） 井筒上方不得负载重物％ 二号斜坡道覆土 图1井筒封闭工程设计示意图 Fig. 1 Schematic diagram of shaft sealing engineering design 图 2 井 程 图 Fig. 2 Schematic diagram of wellhead backfill engineering design 3地质环境问题 3.1含水层破坏 铁矿区 自上而下为第四系孔隙含水层、 碎屑岩夹 盐岩类裂隙岩溶 、变质岩类裂 隙含水层％地下水流与地表水系的流向基本一致， 地下 给来源主要 ， 基 I 隙, 给基 ％第四系 分布布于地 凹处及河流两侧，扌 和河流补给 矿区 育，断裂破碎 填有黏土矿物及硅 质、钙质，透水性较差 1） 破 状％第四系孔隙含水层水位 埋深2. 84〜7.44 m,碎屑岩夹 盐岩类 溶 位埋深2. 02〜12.7 m，变质岩类 位埋深0. 18〜21. 77 m不等％铁矿前期开采 疏干地下水,疏干层位为变质岩类 ，造成 水位下降，形成疏干 区％采用式状降 R 10S 槡Y （3） 式中S为水位降深,m；Y为渗透系数，取0. 005 8 m/d 疏 干 区 位 202 312 m， 半径为0. 154 k m，面积1. 097 k m2，现状对含水层 破坏严重。对地 、矿井水、地下水等取样分 析，其水质符合国家）类水质标准，现状 质 轻％ 2） 破坏预测％地下开采对含水层的结 构破坏是不可逆的，仍然采用上述 疏干 区预测 干 区预测 位 i 206. 879 m,影响半径为 0. 362 k m,面积 2. 923 k m2 , 预测 破坏严重％ 状对含 质 ，考虑到矿山已开采多年，预测 质 轻 3.2矿山地质灾害 矿区地势 ，矿床均被第四系地层覆盖，岩 溶 育，不具备 泥石流、滑坡、岩溶 基 本条件件，历史 采空 、地 等灾害。 开采过程中，25 m标高以上矿体不采作为永久矿 （其范围长度约740 m,距地 度75 m） 时，严 嗣后充填法开采规范，采坑进行及时 全 胶 填，充填后的采空区 地控控制 地压活动、大幅度 地下采矿 地面 匚,将 采空 和 地 ％因此，发生 矿山地质灾 可能性 ％ 4地质环境问题防治 矿山地下开采 环境问题，要结合嗣后 充填 开采工艺和施工特点，从多方面采 I极 措施，尤其要预防和治理各种水文地质问题 及 41 及 1）根据矿山开采 ，巷道揭露和采矿活动对 破坏是不可逆的，修复难度大，可以通 地下水位、水质监测分析, 保护和水环境 污染治理提供数据 ％ 第10期陈晓梅，等典型铁矿嗣后充填法地下开采的地质环境问题及其防治 95 2） 做好地下水探水设计，摸清地下水活动规 律，及时治理矿坑充水通道，掘进中如发现导水裂 隙、断层、松散地段等涌水迹象立即停止掘进，进行 注浆封堵和矿岩加固％ 3） 为防井口灌水，设计所采用的井口标高均高 于矿区历年最高洪水位1m以上，同时在井口工业 场地周边设置截水沟，拦截汇水并将其引出矿区％ 4） 为防地面积水，对矿区内的洼地、水池等易 于积水渗水地区，采取填平或开凿疏水沟排水等 措施％ 5） 建立矿山突水预报系统，对矿山薄弱环节采 用专人和仪器检测两套措施监控，防止突水事故的 发生。所有涉水环节，均安设排水设备随时排除 积水。 4. 2矿山地质灾害防治 1） 严格按照开发利用方案和技术规范开采，对 采空区应及时充填，对竖井及时封闭，防止采空塌陷 及伴生地裂缝灾害发生。 2） 所布置的工程尽量避开地质条件不良地段， 若无法避开，要及时留设保安矿柱或对顶板进行预 先支护（长锚索、钻孔注浆等） 3） 开展地面变形监测，并及时巡查地表有无沉 降、斑裂现象，一旦发现立即进行处理，消除地质灾 害隐患％ 5 1） 嗣后充填法用于铁矿地下开采，对采空区及 时充填、竖井封闭、斜坡道封堵等，使矿产资源得到 合理开发与集约利用，保障了矿山生产安全,保护了 矿区地质环境 2） 嗣后充填法开采铁矿带来的主要地质环境 问题是含水层破坏和矿山地质灾害，其中，现状和预 测对含水层结构破坏均为严重，现状和预测对含水 层水质影响均为较轻，现状和预测发生矿山地质灾 害的可能性较才、。 3） 应从含水层和地质灾害的多方面采取积极 的措施进行地质环境问题防治。 ■ 参考文献 1郭有民金厲矿山环境治理及水文地质特征研究J1世界有 色金厲，20193173-175. 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