四会石膏矿二号井石膏资源拓采方案研究

2012-11-17詹诗飞赖国权

采矿技术 2012年5期

关键词：石膏矿隔离墙隔离带

詹诗飞,赖国权

(1.华东冶金地质勘查局屯溪地质调查所, 安徽黄山市 245000;2.四会市大沙镇四会石膏矿,广东四会市 526200)

四会石膏矿二号井石膏资源拓采方案研究

詹诗飞1,赖国权2

(1.华东冶金地质勘查局屯溪地质调查所, 安徽黄山市 245000;2.四会市大沙镇四会石膏矿,广东四会市 526200)

为充分利用地下资源、延长矿山服务年限,对广东省四会石膏矿二号井西北采区资源进行拓采,详细介绍了拓采方案及施工技术,并提出水患防治措施,为合理充分开采资源提供新的借鉴。

石膏资源;拓采方案;保安隔离带;井巷工程;水患防治

0 前言

四会石膏矿于1977年筹建,1984年正式投产,是广东省唯一的中型石膏矿山。原设计划分为一号矿井和二号矿井进行开采,两矿井中间留设1条40～60m的保安隔离带,两矿井不贯通,各自形成完善的提升、运输、排水、通风等矿山开采系统。目前二号井正常开采生产,规模为15万t/a。一号井与已停采的原三水青岐石膏矿相邻,因水患而停产,但防排水设施等正常运行,同时也对主要井巷进行维护。

据广东省有色金属地质勘查局933地质队提交的矿产资源储量报告,至2008年11月底,矿区保有控制的经济基础储量(122b)93.00万t。主要分布在二号井西北巷前端的原一号井规划的西北、东北采区一带,而二号井采区经过多年的开采,石膏资源只能继续开采1a。为了充分利用地下资源、延长矿山服务年限,在确保安全的前提下,调整二号井的开采设计范围,拓采二号井西北采区前端的石膏资源。

1 矿区现有生产现状

二号矿井在矿区东侧,采用竖井-斜井的联合开拓方式,只有1个主运输水平,竖井开拓至-140 m标高,于-140m水平布置主运输大巷与主回风大巷,再于不同位置开拓上山或下山与各矿体的相应采区联络,形成开拓运输系统。在竖井东南侧开掘回风斜井,构成矿井端部集中并列式通风系统,采用抽出式通风方式,通风效果良好。

一号矿井位于矿区西侧,目前矿井已停采,为了防范水患,防排水设施等还正常运行,同时还对主要井巷进行维护,主要井巷保持良好。矿井采用竖井-斜井的联合开拓方式,只有1个主运输水平,竖井开拓至-100m标高,于-100m水平布置主运输大巷与主回风大巷,再于不同位置开拓上山或下山与各矿体的相应采区联络,形成开拓运输系统,在竖井东南侧开掘回风斜井。1999～2005年,一号井在开采西北巷石膏资源时,为了消除青岐石膏矿涌水对一号井西北巷采区可能造成的影响,在西大巷与西北大巷之间留设了1条宽30～40m的安全隔离带,将西大巷采区与西北大巷采区隔离。

目前二号井各项生产设施正常,从2006年以来,每年产量维持较高的水平,没有发生重伤以上的安全事故。

2 拓采方案

具体拓采方案为:保留一号井防排水设施并保证正常运行,但不进行提升生产,将现一、二号井中间的保安隔离带从拐点A和A′往西南方向转弯与一号井西巷、西北巷的隔离带连接,形成新的隔离带。新旧隔离带共设16个拐点坐标(见表1、表2),其中1～A以西和A～J以南为一号井矿区范围,1′～A′以东和A′～J′以北为二号井矿区开采范围。并在拐点坐标C(C′)～D(D′)段的一号井北运输大巷西北一口和北回风大巷中的东三回风下山、东四回风下山和北回风大巷建造四座隔离墙,保持一、二号井之间留设起安全作用的隔离带。在保留隔离带的情况下,将二号井西北运输大巷延伸250m并掘进提升上山到原规划的一号井西北采区,拓采这一带93.00万t的石膏可采储量。

拓采方案主要是通过变更原有的北北西向保安隔离带,在不降低保安隔离带的安全可靠性、确保二号井采区不受一号井水患危害的前提下,重新划分一、二号井采区范围,将矿区的西北部原属一号井采区的部分矿体划入二号井采区,调整扩大二号井采区的开采范围,以增加其可采储量,延长二号井采区的服务年限。

矿区原开采设计划分的一、二号井采区的40～60m宽的北北西向保安隔离带,由东、西两侧各8个拐点连线组成,拐点坐标见表1。

表1 一、二号井采区原保安隔离带拐点坐标

表2 一、二号井采区新隔离带拐点坐标

拓采二号井新的石膏资源是根据矿区采空区和巷道分布情况,重新设置保安隔离带。将原保安隔离带8和8′号拐点取消,增加A和A′,并从拐点A和A′转向西南方向延伸,与一号井西巷、西北巷的隔离带连接,形成新的连续的保安隔离带。新的保安隔离带由两侧各16个拐点连线组成,拐点坐标见表2。

新设置的保安隔离带,宽度35～40m,东侧与原有保安隔离带相接,西侧与青岐矿、四会矿之间的禁采隔离带相接,使调整后的二号井采区与一号井采区及青岐石膏矿完全隔离,重新形成防水安全屏障,青岐石膏矿积水不能直接进入二号井采区,解除了水患的威胁。

3 拓采施工

拓采西北采区的石膏资源,不会改变原来的开拓系统和开采方式,只是将二号井西北运输、回风大巷延长250m,穿越原隔离带后,再向西北方向掘进提升上山及回风上山,分别与原一号井东北运输大巷及东北回风大巷相接,将原一号井东北运输大巷进行改造,利用一号井原有的西北部运输巷道进行上水平运输。调整后的二号井运输系统由单一水平运输变为上下2个运输水平,下水平为原二号井-140m运输水平,上水平为原一号井西北巷-92 m水平。

3.1 主要井巷工程

(1)西北运输大巷延伸掘进约250m,标高约-131m,断面规格与原运输大巷相同,采用三心拱断面,规格为2.4m×2.5m,使用喷砼支护。西北运输大巷作主要运输及安全出口。

(2)西北回风大巷延伸掘进约250m,标高约-131m,断面规格与原回风大巷相同,采用三心拱断面,规格为2.2m×2.3m,使用喷砼支护。西北回风大巷作回风及第二安全出口。

(3)西北提升上山方位角300°,倾角13°,由西北运输大巷的-131m标高上至原东北运输大巷的-92.5m标高,高差38.5m,斜长191m。采用三心拱断面,规格为2.2m×2.3m,喷砼支护。西北提升上山作主要提升及安全出口,设斜坡卷扬提升。

(4)西北回风上山方位角275°,倾角13°,由西北回风大巷的-131m标高上至原东北回风大巷的-92.5m标高,高差38.5m,斜长175m。采用三心拱断面,规格为2.2m×2.3m,喷砼支护。西北回风上山作主要回风及安全出口。

(5)利用原一号井东北运输大巷及二号井西北三、西北四运输巷和北回风大巷,掘进接通至回风斜井-80m水平,作为二号井西北采区的专用避灾通道,需掘进巷道800m。

3.2 提升运输

在西北提升上山安装1台1.0m中型绞车进行提升。坑内运输方式及运输能力与原开采设计相同,只是上水平西北采区的重车经-92m水平运输系统提运到西北提升上山上部车场,由提升上山通过串车提运至西北运输大巷,再由3t电机车运至井底,从竖井提升上地面。所需的材料、设备等在西北运输大巷由提升上山提升至上水平车场,再经相应的采区提升上山提运到各采区。

3.3 采区通风

经验算,二号井采区需风量为21.83m3/h,困难时期需要最大风压为2344.12Pa,在二号井西北回风大巷的末段安装1台型号为K45-4-No12型轴流式风机配75kW电机,与井底通风机串联通风,满足井下通风的需求。

3.4 采区供电

在西北采区的末段和上水平分别设1个采区变电所,安装容量分别为320kVA和400kVA的变压器,担负西北提升上山、中段风机及西北各采区的电力负荷。

3.5 矿山排水

二号井井底水仓容积1000m3,水泵房安装了3台125D25×7型多级离心式水泵,最大排水能力为152m3/h。二号井调整采区范围后,原二号井范围内的涌水继续流到二号井底水仓抽排。

二号井新西北采区的涌水量约82m3/h,为充分利用一号井大量富余的排水能力,方案将西北采区的涌水由一号隔离墙下部的钢管引流到一号井抽排。

4 水患防治

为确保一、二号矿井隔离带的连续,消除水患对二号井采区的威胁,在一号井的北运输大巷和北回风大巷的西北一口处的运输大巷、回风大巷、东三下山和东四下山各建造一座素砼隔离墙。

建造的隔离墙在空间位置上均处于一号井北运输大巷西北一口附近。结合地下工程特点,根据最大静水压力、围岩和预选墙体砼的力学性能,选取圆柱形和楔形计算方法,并按照抗剪强度和抗渗厚度进行校核,确定4道新修筑挡水墙的墙体厚度均为2.5m,其各自嵌入围岩深度不小于0.7m,具体设计参数见表3。

表3 新挡水墙设计参数

在隔离墙砼标号及材料选择上,根据隔离墙承压水头、墙体结构尺寸、围岩强度、地下水的腐蚀性及砼的防水性能,选取C30号砼,抗渗标号不小于S8。水泥采用适用于水下的抗腐蚀性能较强的525#硅酸盐水泥;碎石或卵石的粒径为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质。水灰比为0.45～0.55,水泥用量为380～425kg/m3;砂率宜为35%～45%,灰砂比宜为1∶2～1∶2.5。

在隔离墙施工时,还应做好以下几点:

(1)在隔离墙两侧5m内的巷道包括巷道底板均采用300mm厚C30砼砌筑,支护巷道的断面形状采用受力较好的半圆拱形,有砼地面的巷道底板不得高于相邻巷道底板;

(2)为方便二号井西北采区的涌水流到一号井,在1号隔离墙(北运输大巷隔离墙)底部铺设一管径为Φ300mm钢管与排水沟相接,并安装单向阀门;

(3)对隔离墙和支护巷道进行壁后注浆,在巷道两帮和拱顶分别打眼埋设注浆管,钻孔直径Φ42 mm,孔深0.5～0.7m,注浆管用1"镀锌管,插入孔内0.2～0.4m深,另一端带丝扣露于砼垟外供注浆时接管用;

(4)新隔离墙的位置选择在围岩完整、巷道断面相对较小处;

(5)隔离墙与前后巷道应连续浇注,保证紧密结合、严防漏水;

(6)扩大断面等开凿工作选用风镐进行,避免因放炮引起围岩松动;

(7)聘请有资质的施工和监理单位进行施工、监理,严格按照有关施工及验收规范进行施工。