四會石膏礦二號井石膏資源拓采方案研究

詹詩飛,賴國權(quán)

(1.華東冶金地質(zhì)勘查局屯溪地質(zhì)調(diào)查所, 安徽黃山市 245000;2.四會市大沙鎮(zhèn)四會石膏礦,廣東四會市 526200)

四會石膏礦二號井石膏資源拓采方案研究

詹詩飛1,賴國權(quán)2

(1.華東冶金地質(zhì)勘查局屯溪地質(zhì)調(diào)查所, 安徽黃山市 245000;2.四會市大沙鎮(zhèn)四會石膏礦,廣東四會市 526200)

為充分利用地下資源、延長礦山服務(wù)年限,對廣東省四會石膏礦二號井西北采區(qū)資源進行拓采,詳細介紹了拓采方案及施工技術(shù),并提出水患防治措施,為合理充分開采資源提供新的借鑒。

石膏資源;拓采方案;保安隔離帶;井巷工程;水患防治

0 前 言

四會石膏礦于1977年籌建,1984年正式投產(chǎn),是廣東省唯一的中型石膏礦山。原設(shè)計劃分為一號礦井和二號礦井進行開采,兩礦井中間留設(shè)1條40～60m的保安隔離帶,兩礦井不貫通,各自形成完善的提升、運輸、排水、通風(fēng)等礦山開采系統(tǒng)。目前二號井正常開采生產(chǎn),規(guī)模為15萬t/a。一號井與已停采的原三水青岐石膏礦相鄰,因水患而停產(chǎn),但防排水設(shè)施等正常運行,同時也對主要井巷進行維護。

據(jù)廣東省有色金屬地質(zhì)勘查局933地質(zhì)隊提交的礦產(chǎn)資源儲量報告,至2008年11月底,礦區(qū)保有控制的經(jīng)濟基礎(chǔ)儲量(122b)93.00萬t。主要分布在二號井西北巷前端的原一號井規(guī)劃的西北、東北采區(qū)一帶,而二號井采區(qū)經(jīng)過多年的開采,石膏資源只能繼續(xù)開采1a。為了充分利用地下資源、延長礦山服務(wù)年限,在確保安全的前提下,調(diào)整二號井的開采設(shè)計范圍,拓采二號井西北采區(qū)前端的石膏資源。

1 礦區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)現(xiàn)狀

二號礦井在礦區(qū)東側(cè),采用豎井-斜井的聯(lián)合開拓方式,只有1個主運輸水平,豎井開拓至-140 m標(biāo)高,于-140m水平布置主運輸大巷與主回風(fēng)大巷,再于不同位置開拓上山或下山與各礦體的相應(yīng)采區(qū)聯(lián)絡(luò),形成開拓運輸系統(tǒng)。在豎井東南側(cè)開掘回風(fēng)斜井,構(gòu)成礦井端部集中并列式通風(fēng)系統(tǒng),采用抽出式通風(fēng)方式,通風(fēng)效果良好。

一號礦井位于礦區(qū)西側(cè),目前礦井已停采,為了防范水患,防排水設(shè)施等還正常運行,同時還對主要井巷進行維護,主要井巷保持良好。礦井采用豎井-斜井的聯(lián)合開拓方式,只有1個主運輸水平,豎井開拓至-100m標(biāo)高,于-100m水平布置主運輸大巷與主回風(fēng)大巷,再于不同位置開拓上山或下山與各礦體的相應(yīng)采區(qū)聯(lián)絡(luò),形成開拓運輸系統(tǒng),在豎井東南側(cè)開掘回風(fēng)斜井。1999～2005年,一號井在開采西北巷石膏資源時,為了消除青岐石膏礦涌水對一號井西北巷采區(qū)可能造成的影響,在西大巷與西北大巷之間留設(shè)了1條寬30～40m的安全隔離帶,將西大巷采區(qū)與西北大巷采區(qū)隔離。

目前二號井各項生產(chǎn)設(shè)施正常,從2006年以來,每年產(chǎn)量維持較高的水平,沒有發(fā)生重傷以上的安全事故。

2 拓采方案

具體拓采方案為:保留一號井防排水設(shè)施并保證正常運行,但不進行提升生產(chǎn),將現(xiàn)一、二號井中間的保安隔離帶從拐點A和A′往西南方向轉(zhuǎn)彎與一號井西巷、西北巷的隔離帶連接,形成新的隔離帶。新舊隔離帶共設(shè)16個拐點坐標(biāo)(見表1、表2),其中1～A以西和A～J以南為一號井礦區(qū)范圍,1′～A′以東和A′～J′以北為二號井礦區(qū)開采范圍。并在拐點坐標(biāo)C(C′)～D(D′)段的一號井北運輸大巷西北一口和北回風(fēng)大巷中的東三回風(fēng)下山、東四回風(fēng)下山和北回風(fēng)大巷建造四座隔離墻,保持一、二號井之間留設(shè)起安全作用的隔離帶。在保留隔離帶的情況下,將二號井西北運輸大巷延伸250m并掘進提升上山到原規(guī)劃的一號井西北采區(qū),拓采這一帶93.00萬t的石膏可采儲量。

拓采方案主要是通過變更原有的北北西向保安隔離帶,在不降低保安隔離帶的安全可靠性、確保二號井采區(qū)不受一號井水患危害的前提下,重新劃分一、二號井采區(qū)范圍,將礦區(qū)的西北部原屬一號井采區(qū)的部分礦體劃入二號井采區(qū),調(diào)整擴大二號井采區(qū)的開采范圍,以增加其可采儲量,延長二號井采區(qū)的服務(wù)年限。

礦區(qū)原開采設(shè)計劃分的一、二號井采區(qū)的40～60m寬的北北西向保安隔離帶,由東、西兩側(cè)各8個拐點連線組成,拐點坐標(biāo)見表1。

表1 一、二號井采區(qū)原保安隔離帶拐點坐標(biāo)

表2 一、二號井采區(qū)新隔離帶拐點坐標(biāo)

拓采二號井新的石膏資源是根據(jù)礦區(qū)采空區(qū)和巷道分布情況,重新設(shè)置保安隔離帶。將原保安隔離帶8和8′號拐點取消,增加A和A′,并從拐點A和A′轉(zhuǎn)向西南方向延伸,與一號井西巷、西北巷的隔離帶連接,形成新的連續(xù)的保安隔離帶。新的保安隔離帶由兩側(cè)各16個拐點連線組成,拐點坐標(biāo)見表2。

新設(shè)置的保安隔離帶,寬度35～40m,東側(cè)與原有保安隔離帶相接,西側(cè)與青岐礦、四會礦之間的禁采隔離帶相接,使調(diào)整后的二號井采區(qū)與一號井采區(qū)及青岐石膏礦完全隔離,重新形成防水安全屏障,青岐石膏礦積水不能直接進入二號井采區(qū),解除了水患的威脅。

3 拓采施工

拓采西北采區(qū)的石膏資源,不會改變原來的開拓系統(tǒng)和開采方式,只是將二號井西北運輸、回風(fēng)大巷延長250m,穿越原隔離帶后,再向西北方向掘進提升上山及回風(fēng)上山,分別與原一號井東北運輸大巷及東北回風(fēng)大巷相接,將原一號井東北運輸大巷進行改造,利用一號井原有的西北部運輸巷道進行上水平運輸。調(diào)整后的二號井運輸系統(tǒng)由單一水平運輸變?yōu)樯舷?個運輸水平,下水平為原二號井-140m運輸水平,上水平為原一號井西北巷-92 m水平。

3.1 主要井巷工程

(1)西北運輸大巷延伸掘進約250m,標(biāo)高約-131m,斷面規(guī)格與原運輸大巷相同,采用三心拱斷面,規(guī)格為2.4m×2.5m,使用噴砼支護。西北運輸大巷作主要運輸及安全出口。

(2)西北回風(fēng)大巷延伸掘進約250m,標(biāo)高約-131m,斷面規(guī)格與原回風(fēng)大巷相同,采用三心拱斷面,規(guī)格為2.2m×2.3m,使用噴砼支護。西北回風(fēng)大巷作回風(fēng)及第二安全出口。

(3)西北提升上山方位角300°,傾角13°,由西北運輸大巷的-131m標(biāo)高上至原東北運輸大巷的-92.5m標(biāo)高,高差38.5m,斜長191m。采用三心拱斷面,規(guī)格為2.2m×2.3m,噴砼支護。西北提升上山作主要提升及安全出口,設(shè)斜坡卷揚提升。

(4)西北回風(fēng)上山方位角275°,傾角13°,由西北回風(fēng)大巷的-131m標(biāo)高上至原東北回風(fēng)大巷的-92.5m標(biāo)高,高差38.5m,斜長175m。采用三心拱斷面,規(guī)格為2.2m×2.3m,噴砼支護。西北回風(fēng)上山作主要回風(fēng)及安全出口。

(5)利用原一號井東北運輸大巷及二號井西北三、西北四運輸巷和北回風(fēng)大巷,掘進接通至回風(fēng)斜井-80m水平,作為二號井西北采區(qū)的專用避災(zāi)通道,需掘進巷道800m。

3.2 提升運輸

在西北提升上山安裝1臺1.0m中型絞車進行提升?？觾?nèi)運輸方式及運輸能力與原開采設(shè)計相同,只是上水平西北采區(qū)的重車經(jīng)-92m水平運輸系統(tǒng)提運到西北提升上山上部車場,由提升上山通過串車提運至西北運輸大巷,再由3t電機車運至井底,從豎井提升上地面。所需的材料、設(shè)備等在西北運輸大巷由提升上山提升至上水平車場,再經(jīng)相應(yīng)的采區(qū)提升上山提運到各采區(qū)。

3.3 采區(qū)通風(fēng)

經(jīng)驗算,二號井采區(qū)需風(fēng)量為21.83m3/h,困難時期需要最大風(fēng)壓為2344.12Pa,在二號井西北回風(fēng)大巷的末段安裝1臺型號為K45-4-No12型軸流式風(fēng)機配75kW電機,與井底通風(fēng)機串聯(lián)通風(fēng),滿足井下通風(fēng)的需求。

3.4 采區(qū)供電

在西北采區(qū)的末段和上水平分別設(shè)1個采區(qū)變電所,安裝容量分別為320kVA和400kVA的變壓器,擔(dān)負西北提升上山、中段風(fēng)機及西北各采區(qū)的電力負荷。

3.5 礦山排水

二號井井底水倉容積1000m3,水泵房安裝了3臺125D25×7型多級離心式水泵,最大排水能力為152m3/h。二號井調(diào)整采區(qū)范圍后,原二號井范圍內(nèi)的涌水繼續(xù)流到二號井底水倉抽排。

二號井新西北采區(qū)的涌水量約82m3/h,為充分利用一號井大量富余的排水能力,方案將西北采區(qū)的涌水由一號隔離墻下部的鋼管引流到一號井抽排。

4 水患防治

為確保一、二號礦井隔離帶的連續(xù),消除水患對二號井采區(qū)的威脅,在一號井的北運輸大巷和北回風(fēng)大巷的西北一口處的運輸大巷、回風(fēng)大巷、東三下山和東四下山各建造一座素砼隔離墻。

建造的隔離墻在空間位置上均處于一號井北運輸大巷西北一口附近。結(jié)合地下工程特點,根據(jù)最大靜水壓力、圍巖和預(yù)選墻體砼的力學(xué)性能,選取圓柱形和楔形計算方法,并按照抗剪強度和抗?jié)B厚度進行校核,確定4道新修筑擋水墻的墻體厚度均為2.5m,其各自嵌入圍巖深度不小于0.7m,具體設(shè)計參數(shù)見表3。

表3 新?lián)跛畨υO(shè)計參數(shù)

在隔離墻砼標(biāo)號及材料選擇上,根據(jù)隔離墻承壓水頭、墻體結(jié)構(gòu)尺寸、圍巖強度、地下水的腐蝕性及砼的防水性能,選取C30號砼,抗?jié)B標(biāo)號不小于S8。水泥采用適用于水下的抗腐蝕性能較強的525#硅酸鹽水泥;碎石或卵石的粒徑為5～40mm,含泥量不大于1.0%;砂用中砂,含泥量不大于3.0%;拌制混凝土所用的水不含有害物質(zhì)。水灰比為0.45～0.55,水泥用量為380～425kg/m3;砂率宜為35%～45%,灰砂比宜為1∶2～1∶2.5。

在隔離墻施工時,還應(yīng)做好以下幾點:

(1)在隔離墻兩側(cè)5m內(nèi)的巷道包括巷道底板均采用300mm厚C30砼砌筑,支護巷道的斷面形狀采用受力較好的半圓拱形,有砼地面的巷道底板不得高于相鄰巷道底板;

(2)為方便二號井西北采區(qū)的涌水流到一號井,在1號隔離墻(北運輸大巷隔離墻)底部鋪設(shè)一管徑為Φ300mm鋼管與排水溝相接,并安裝單向閥門;

(3)對隔離墻和支護巷道進行壁后注漿,在巷道兩幫和拱頂分別打眼埋設(shè)注漿管,鉆孔直徑Φ42 mm,孔深0.5～0.7m,注漿管用1"鍍鋅管,插入孔內(nèi)0.2～0.4m深,另一端帶絲扣露于砼垟外供注漿時接管用;

(4)新隔離墻的位置選擇在圍巖完整、巷道斷面相對較小處;

(5)隔離墻與前后巷道應(yīng)連續(xù)澆注,保證緊密結(jié)合、嚴(yán)防漏水;

(6)擴大斷面等開鑿工作選用風(fēng)鎬進行,避免因放炮引起圍巖松動;

(7)聘請有資質(zhì)的施工和監(jiān)理單位進行施工、監(jiān)理,嚴(yán)格按照有關(guān)施工及驗收規(guī)范進行施工。

5 結(jié) 論

該拓采工程在連通一、二號井的一號井北運輸大巷附近建造了4座隔離墻,確保一、二號井隔離,同時在二號井西北采區(qū)增加了1條避災(zāi)通道,很好地解決了主運輸大巷一旦被淹沒,作業(yè)人員難以撤離的問題。2年多的安全運行實踐證明,調(diào)整后二號井采區(qū)開采范圍有所擴大,該拓采西北采區(qū)石膏資源的方案是安全可行的。

通過對廣東省四會石膏礦拓采二號井資源研究,不但消除了二號井水患的問題,更解決了企業(yè)充分開采石膏資源的難題,既保證了安全可靠的開采,又取得了良好的經(jīng)濟和社會效益,可謂一舉多得。

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2012-04-17)

詹詩飛(1969-),男,安徽太湖人,地質(zhì)工程師,從事地質(zhì)勘探開采工作,Email:zsfbhw@163.com。