四會石膏礦二號井石膏資源拓采方案研究

詹詩飛,賴國權

(1.華東冶金地質勘查局屯溪地質調查所, 安徽黃山市 245000;2.四會市大沙鎮四會石膏礦,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2

(1.華東冶金地質勘查局屯溪地質調查所, 安徽黃山市 245000;2.四會市大沙鎮四會石膏礦,廣東四會市 526200)

為充分利用地下資源、延長礦山服務年限,對廣東省四會石膏礦二號井西北采區資源進行拓采,詳細介紹了拓采方案及施工技術,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,是廣東省唯一的中型石膏礦山。原設計劃分為一號礦井和二號礦井進行開采,兩礦井中間留設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、通風等礦山開采系統。目前二號井正常開采生產,規模為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,但防排水設施等正常運行,同時也對主要井巷進行維護。

據廣東省有色金屬地質勘查局933地質隊提交的礦產資源儲量報告,至2008年11月底,礦區保有控制的經濟基礎儲量(122b)93.00萬t。主要分布在二號井西北巷前端的原一號井規劃的西北、東北采區一帶,而二號井采區經過多年的開采,石膏資源只能繼續開采1a。為了充分利用地下資源、延長礦山服務年限,在確保安全的前提下,調整二號井的開采設計范圍,拓采二號井西北采區前端的石膏資源。

1 礦區現有生產現狀

二號礦井在礦區東側,采用豎井-斜井的聯合開拓方式,只有1個主運輸水平,豎井開拓至-140 m標高,于-140m水平布置主運輸大巷與主回風大巷,再于不同位置開拓上山或下山與各礦體的相應采區聯絡,形成開拓運輸系統。在豎井東南側開掘回風斜井,構成礦井端部集中并列式通風系統,采用抽出式通風方式,通風效果良好。

一號礦井位于礦區西側,目前礦井已停采,為了防范水患,防排水設施等還正常運行,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-斜井的聯合開拓方式,只有1個主運輸水平,豎井開拓至-100m標高,于-100m水平布置主運輸大巷與主回風大巷,再于不同位置開拓上山或下山與各礦體的相應采區聯絡,形成開拓運輸系統,在豎井東南側開掘回風斜井。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可能造成的影響,在西大巷與西北大巷之間留設了1條寬30～40m的安全隔離帶,將西大巷采區與西北大巷采區隔離。

目前二號井各項生產設施正常,從2006年以來,每年產量維持較高的水平,沒有發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施并保證正常運行,但不進行提升生產,將現一、二號井中間的保安隔離帶從拐點A和A′往西南方向轉彎與一號井西巷、西北巷的隔離帶連接,形成新的隔離帶。新舊隔離帶共設16個拐點坐標(見表1、表2),其中1～A以西和A～J以南為一號井礦區范圍,1′～A′以東和A′～J′以北為二號井礦區開采范圍。并在拐點坐標C(C′)～D(D′)段的一號井北運輸大巷西北一口和北回風大巷中的東三回風下山、東四回風下山和北回風大巷建造四座隔離墻,保持一、二號井之間留設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劃的一號井西北采區,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、確保二號井采區不受一號井水患危害的前提下,重新劃分一、二號井采區范圍,將礦區的西北部原屬一號井采區的部分礦體劃入二號井采區,調整擴大二號井采區的開采范圍,以增加其可采儲量,延長二號井采區的服務年限。

礦區原開采設計劃分的一、二號井采區的40～60m寬的北北西向保安隔離帶,由東、西兩側各8個拐點連線組成,拐點坐標見表1。

表1 一、二號井采區原保安隔離帶拐點坐標

表2 一、二號井采區新隔離帶拐點坐標

拓采二號井新的石膏資源是根據礦區采空區和巷道分布情況,重新設置保安隔離帶。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,形成新的連續的保安隔離帶。新的保安隔離帶由兩側各16個拐點連線組成,拐點坐標見表2。

新設置的保安隔離帶,寬度35～40m,東側與原有保安隔離帶相接,西側與青岐礦、四會礦之間的禁采隔離帶相接,使調整后的二號井采區與一號井采區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,解除了水患的威脅。

3 拓采施工

拓采西北采區的石膏資源,不會改變原來的開拓系統和開采方式,只是將二號井西北運輸、回風大巷延長250m,穿越原隔離帶后,再向西北方向掘進提升上山及回風上山,分別與原一號井東北運輸大巷及東北回風大巷相接,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。調整后的二號井運輸系統由單一水平運輸變為上下2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,標高約-131m,斷面規格與原運輸大巷相同,采用三心拱斷面,規格為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)西北回風大巷延伸掘進約250m,標高約-131m,斷面規格與原回風大巷相同,采用三心拱斷面,規格為2.2m×2.3m,使用噴砼支護。西北回風大巷作回風及第二安全出口。

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

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

(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大巷,掘進接通至回風斜井-80m水平,作為二號井西北采區的專用避災通道,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?？觾冗\輸方式及運輸能力與原開采設計相同,只是上水平西北采區的重車經-92m水平運輸系統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、設備等在西北運輸大巷由提升上山提升至上水平車場,再經相應的采區提升上山提運到各采區。

3.3 采區通風

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

3.4 采區供電

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

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。二號井調整采區范圍后,原二號井范圍內的涌水繼續流到二號井底水倉抽排。

二號井新西北采區的涌水量約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,消除水患對二號井采區的威脅,在一號井的北運輸大巷和北回風大巷的西北一口處的運輸大巷、回風大巷、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。結合地下工程特點,根據最大靜水壓力、圍巖和預選墻體砼的力學性能,選取圓柱形和楔形計算方法,并按照抗剪強度和抗滲厚度進行校核,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,具體設計參數見表3。

表3 新擋水墻設計參數

在隔離墻砼標號及材料選擇上,根據隔離墻承壓水頭、墻體結構尺寸、圍巖強度、地下水的腐蝕性及砼的防水性能,選取C30號砼,抗滲標號不小于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。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,還應做好以下幾點:

(1)在隔離墻兩側5m內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連續澆注,保證緊密結合、嚴防漏水;

(6)擴大斷面等開鑿工作選用風鎬進行,避免因放炮引起圍巖松動;

(7)聘請有資質的施工和監理單位進行施工、監理,嚴格按照有關施工及驗收規范進行施工。

5 結 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增加了1條避災通道,很好地解決了主運輸大巷一旦被淹沒,作業人員難以撤離的問題。2年多的安全運行實踐證明,調整后二號井采區開采范圍有所擴大,該拓采西北采區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,地質工程師,從事地質勘探開采工作,Email:zsfbhw@163.com。