Исследование взаимодействия горных работ и водоносных горизонтов в сложных геологических условиях и управление ими

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9462 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Взаимодействие горных работ с поверхностными водами или системой водоносных горизонтов в различных условиях вскрышных пород является одним из наиболее важных аспектов устойчивой практики добычи полезных ископаемых, который может привести к потере воды или проникновению воды в отверстия. В данной статье это явление рассмотрено на примере сложных пластов и предложена новая схема горных работ, позволяющая минимизировать воздействие разработки длинными забоями на перекрывающий водоносный горизонт. Был выявлен ряд факторов, способствующих потенциальному нарушению водоносного горизонта, включая протяженность богатой водой территории, характеристики перекрывающих пород и высоту развития водопроводящей зоны разлома. В данном исследовании нестационарный электромагнитный метод и трехмерный электрический метод высокой плотности были использованы для выявления двух зон, подверженных опасности прорыва воды в забой. Вертикальный диапазон обводненной аномальной зоны 1 составляет 45–60 м от кровли, площадь 3334 м2. Вертикальный диапазон обводненной аномальной зоны 2 составляет 30–60 м от кровли, площадь около 2913 м2. Методом бурения коренных пород было определено, что самая тонкая часть коренной породы имеет мощность около 60 м, а самая толстая часть - толщиной около 180 м. Максимальная горнотехническая высота зоны трещиноватости составила 42,64 м с использованием эмпирического метода, теоретического прогноза по группе пластов горных пород, полевого мониторинга. Таким образом, была определена зона высокого риска, и анализ показывает, что размер столба для предотвращения попадания воды составил 52,6 м, что меньше, чем столб для предотвращения попадания воды, фактически установленный на горном полигоне. Заключение исследования обеспечивает важное значение для руководства по безопасности при разработке аналогичных шахт.

Добыча угля под водным объектом включает добычу угля под поверхностным водным объектом, добычу угля под рыхлым водоносным горизонтом и добычу угля под коренным водоносным горизонтом1,2. В случае, когда водный объект представляет собой коренной водоносный горизонт, мощность коренной породы неравномерна и кровля очистного забоя перекрыта водоносным горизонтом. На позициях с малой толщиной коренных пород, если зона разлома, образовавшаяся после разработки рабочего забоя, ведет к водоносному горизонту, существует риск прорыва воды3,4,5,6.

На безопасность ведения горных работ под водоносным горизонтом коренного забоя влияет множество факторов, таких как размеры водонасыщенной площади, мощность и структура покровных пород, высота разработки водопроводящей трещинной зоны7,8. ,9,10,11,12,13. Многие исследователи имеют относительно зрелые исследования в области теории и практического применения. Ван и др. предсказал высоту водопроводящей зоны трещины при различных условиях добычи, создав механические модели14,15,16. Ли и др. спрогнозировал и проанализировал возможность безопасной добычи полезных ископаемых под водоносными горизонтами на основе механической теории и определил критические условия и формулы прогнозирования возникновения прорыва воды и песчаных взрывов17,18. Чен и др. смоделировали экспериментальный процесс прорыва воды и разрушения песка с помощью аналогичных материалов и выдвинули практические предложения по безопасной добыче полезных ископаемых под водоносными горизонтами19,20. Ян Бинь и др. описал сложную нелинейную взаимосвязь между системой индексов под водоносным горизонтом и безопасностью горных работ с помощью математических моделей21. Таким образом, многочисленные исследователи провели множество анализов текущей исследовательской ситуации в области теорий и технологий, связанных с контролем воды, и получили некоторые важные результаты исследований22,4,23,24. Вышеупомянутое исследование сыграло важную роль в проведении технико-экономического обоснования безопасной добычи полезных ископаемых под теоретически предсказанным забоем.

Для обеспечения безопасной разработки забоя под сложным коренным водоносным горизонтом ключевыми задачами, которые необходимо решить в первую очередь, являются определение диапазона опасности водоносного горизонта и структуры коренных пород, а также прогноз высоты развития зоны трещин после отработки рабочего забоя. . В настоящее время основным способом определения геолого-гидрологической работы горноразведочных работ по-прежнему остается метод обнаружения месторождений, который также является наиболее прямым и надежным методом, в том числе методом бурения, методом геохимической разведки, методами геофизической разведки (в том числе методом высокоплотного электроизмерения). метод, микросейсмический метод, метод акустических волн), гидрогеологические эксперименты и др. Использование методов геофизической разведки для выявления объемов обводненного участка кровли и использование методов бурения для выявления мощности и структуры покровных пород. может быть более интуитивным и точным для определения возможности безопасной добычи полезных ископаемых под водоносными горизонтами сложных коренных забоев.