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        多礦區(qū)復(fù)雜空區(qū)三維建模與處理技術(shù)研究?

        2017-01-19 01:21:16王少賓劉曉明肖厚藻
        采礦技術(shù) 2016年3期
        關(guān)鍵詞:空區(qū)采區(qū)礦業(yè)

        王少賓,倪 彬,劉曉明,肖厚藻

        (1.西安有色冶金設(shè)計(jì)研究院, 陜西西安 710001;2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽馬鞍山市 243004;3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙 410083)

        多礦區(qū)復(fù)雜空區(qū)三維建模與處理技術(shù)研究?

        王少賓1,倪 彬1,劉曉明2,3,肖厚藻2,3

        (1.西安有色冶金設(shè)計(jì)研究院, 陜西西安 710001;2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽馬鞍山市 243004;3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙 410083)

        采空區(qū)是礦山采場(chǎng)重要的安全隱患,如不及時(shí)處理會(huì)對(duì)井下人員的生命財(cái)產(chǎn)安全造成重要威脅。針對(duì)烏后紫金三個(gè)相鄰礦山采空區(qū)的現(xiàn)狀,在調(diào)查清楚空區(qū)形態(tài)及體積的基礎(chǔ)上,采用空區(qū)模型混合創(chuàng)建法建立了多礦區(qū)空區(qū)三維模型,對(duì)多礦區(qū)空區(qū)之間的相互影響進(jìn)行安全性分析,之后對(duì)連片空區(qū)提出治理方案,對(duì)烏后紫金三個(gè)礦區(qū)后續(xù)安全開(kāi)采及空區(qū)的協(xié)同處理具有重要的工程意義。

        多礦區(qū)空區(qū);三維建模;空區(qū)處理

        0 引 言

        采空區(qū)是威脅礦山安全生產(chǎn)的重要危險(xiǎn)源,我國(guó)金屬非金屬地下礦山開(kāi)采形成的大量采空區(qū)是危及礦山安全的主要災(zāi)源之一[1-3]。大量采空區(qū)的存在會(huì)引發(fā)井下大面積冒落、巖移、地表塌陷和空區(qū)突水等重大災(zāi)害,嚴(yán)重影響我國(guó)礦產(chǎn)資源的安全高效開(kāi)采和礦區(qū)環(huán)境安全[4-6]。鑒于以往都是對(duì)單個(gè)礦山采空區(qū)的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析處理,對(duì)多個(gè)相鄰空區(qū)進(jìn)行調(diào)查處理的非常少見(jiàn),為此,本文對(duì)多空區(qū)進(jìn)行調(diào)查分析及治理,旨在綜合治理多個(gè)空區(qū)。結(jié)合烏后紫金廟溝礦、東礦、萬(wàn)城礦業(yè)3家礦山企業(yè)的采空區(qū)現(xiàn)狀,提出合理的空區(qū)治理方案處理礦山開(kāi)采所形成的采空區(qū)。

        1 空區(qū)現(xiàn)狀調(diào)查

        通過(guò)對(duì)廟溝礦、東礦和萬(wàn)城礦業(yè)3家礦山的調(diào)查,大體調(diào)查清楚三家礦山采空區(qū)的情況:廟溝礦分為3個(gè)采區(qū)進(jìn)行回采,一采區(qū)、二采區(qū)地表為山地,地表允許塌陷,三采區(qū)位于礦山選廠及辦公區(qū)之下,為保證地表建構(gòu)筑物的安全,地表不允許塌陷;東礦有2號(hào)礦體空區(qū)、11號(hào)礦體空區(qū)、3號(hào)礦體空區(qū)、銅礦體采空區(qū);萬(wàn)城礦業(yè)已采用空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采多年,由于未及時(shí)充填,導(dǎo)致留下了超過(guò)140萬(wàn)m3的特大采空區(qū)。各采空區(qū)頂?shù)装鍢?biāo)高及體積統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1~表3。

        表1 廟溝采空區(qū)情況

        表2 東礦采空區(qū)情況

        表3 萬(wàn)城礦業(yè)采空區(qū)

        2 復(fù)雜空區(qū)三維建模

        為有效實(shí)施對(duì)空區(qū)的監(jiān)測(cè)和治理,需要準(zhǔn)確獲取采空區(qū)體積、三維形態(tài)和實(shí)際邊界,建立空區(qū)的三維模型。以往空區(qū)模型的建立是通過(guò)三維激光掃描儀將獲取的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理之后建立空區(qū)實(shí)體模型,由于該礦山?jīng)]有采用三維激光掃描儀進(jìn)行空區(qū)探測(cè),無(wú)法使用點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模,因此,提出一種復(fù)雜空區(qū)模型混合創(chuàng)建法。

        運(yùn)用三維礦業(yè)軟件DIMINE建立空區(qū)三維模型,綜合利用采場(chǎng)設(shè)計(jì)邊界、礦體邊界和空區(qū)測(cè)點(diǎn)建立模型,空區(qū)模型混合創(chuàng)建法技術(shù)路線如圖1所示。

        圖1 空區(qū)模型混合創(chuàng)建法技術(shù)路線

        采用DIMINE軟件建立空區(qū)模型步驟如下:

        (1)提取采場(chǎng)設(shè)計(jì)邊界線,并根據(jù)設(shè)計(jì)邊界建立采場(chǎng)設(shè)計(jì)模型;

        (2)提取礦體勘探邊界線,并根據(jù)該邊界建立礦體三維模型;

        (3)獲取空區(qū)內(nèi)頂板、底板和兩幫實(shí)際測(cè)點(diǎn),根據(jù)測(cè)點(diǎn)建立空區(qū)輪廓模型;

        (4)綜合以上3個(gè)模型,以采場(chǎng)設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ),采用空區(qū)輪廓模型和礦體模型進(jìn)行補(bǔ)充,聯(lián)合建立空區(qū)實(shí)體模型。

        根據(jù)以上步驟,廟溝礦生成的空區(qū)實(shí)體模型如圖2所示。圖中1表示為采用礦體模型生成的空區(qū)實(shí)體模型,圖中2表示為采用空區(qū)測(cè)點(diǎn)生成的空區(qū)實(shí)體模型。

        圖2 廟溝采空區(qū)三維模型

        3 空區(qū)之間相互影響及安全分析

        綜合分析3家礦山企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀、空區(qū)現(xiàn)狀及其分布情況,對(duì)3家礦山空區(qū)之間的相互影響與安全隱患情況分析如下:廟溝一采區(qū)與東礦之間有25 m左右的礦柱,選取70°的巖石移動(dòng)角,做出廟溝、東礦底板的端部巖石移動(dòng)范圍。由圖3可知,東礦800 m中段回采不受廟溝一采區(qū)影響,因此廟溝一采區(qū)與東礦目前的回采基本不會(huì)產(chǎn)生相互影響。

        圖3 廟溝一采區(qū)與東礦采區(qū)空區(qū)空間位置關(guān)系

        廟溝一采區(qū)與萬(wàn)城礦業(yè)11#礦體空區(qū)在873 m中段形成了一個(gè)寬24 m、長(zhǎng)16 m、高40 m的透口(見(jiàn)圖4)。廟溝一采區(qū)與萬(wàn)城相鄰區(qū)域的空區(qū)底部標(biāo)高約為850 m。該空區(qū)已經(jīng)處理完畢,圍巖墊層頂高約870 m,墊層厚度20 m,空頂標(biāo)高915 m左右,目前空頂距45 m。

        圖4 廟溝一采區(qū)與萬(wàn)城礦業(yè)空區(qū)空間位置關(guān)系

        廟溝三采區(qū)與萬(wàn)城礦業(yè)的空區(qū)有透口,并且廟溝三采區(qū)的3-2??諈^(qū)體積超過(guò)12萬(wàn)m3,由于這些采空區(qū)體積膨大、空區(qū)形態(tài)不清晰,而目前廟溝礦對(duì)于這部分空區(qū)的處理仍未完成,因此這部分區(qū)域存在非常大的安全隱患。

        4 多空區(qū)協(xié)同處理技術(shù)

        礦山采空區(qū)的治理應(yīng)本著經(jīng)濟(jì)高效的原則進(jìn)行,在保障安全的前提下合理經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行采空區(qū)的治理。通常進(jìn)行空區(qū)處理的方法有封閉采空區(qū)、充填采空區(qū)和崩落采空區(qū),由于多個(gè)相鄰空區(qū)之間影響較大,要協(xié)同處理各礦區(qū)空區(qū)。

        廟溝礦一采區(qū)有3個(gè)大型采空區(qū),自西向東依次為1-4號(hào)、1-5號(hào)及1-6號(hào)采空區(qū),這些采空區(qū)面積大、而且空區(qū)上下貫通,涉及中段數(shù)多,空區(qū)較為復(fù)雜,采用在垂直空區(qū)的鑿巖巷道內(nèi)打垂直扇形中深孔爆破的方式崩落采空區(qū),一采區(qū)其他采空區(qū)規(guī)模較小,采取封閉和隔離的方式進(jìn)行處理。

        二采區(qū)目前沒(méi)有進(jìn)行采礦生產(chǎn)活動(dòng),在間柱不回采的情況下,空區(qū)保持現(xiàn)狀,圍巖穩(wěn)定性較好,但為了確保安全,對(duì)二采區(qū)的采空區(qū)進(jìn)行封閉處理。

        三采區(qū)地表不允許塌陷,綜合考慮三采區(qū)現(xiàn)狀及充填方案,對(duì)三采區(qū)進(jìn)行充填處理。

        東礦采空區(qū)2#礦體空區(qū)采用放頂爆破和強(qiáng)制崩落頂部圍巖,11號(hào)礦體空區(qū)也采用崩落圍巖的方式處理采空區(qū),銅礦體和3號(hào)礦體目前還在生產(chǎn),萬(wàn)城礦業(yè)則采用全尾砂膠結(jié)充填采空區(qū)。

        4.1 廟溝一采區(qū)與東礦

        廟溝礦一采區(qū)已回采至770中段,而東礦回采至800中段。經(jīng)過(guò)分析,兩家礦山在正常生產(chǎn)過(guò)程中基本不會(huì)產(chǎn)生相互影響,但隨著礦山繼續(xù)向深部發(fā)展,仍存在一定的安全隱患。為了保證安全生產(chǎn),應(yīng)使廟溝礦與東礦在后續(xù)回采過(guò)程中盡量保持中段下降速度一致,嚴(yán)格按照礦權(quán)范圍開(kāi)采,嚴(yán)禁超采,并繼續(xù)保留25 m的隔離礦柱。

        4.2 廟溝一采區(qū)與萬(wàn)城礦業(yè)

        廟溝一采區(qū)與萬(wàn)城礦業(yè)東部在回采過(guò)程中所留礦柱非常小,且已有多處透口,而且兩家的下降速度不完全一致,因而產(chǎn)生了一定的安全隱患,甚至已威脅礦山的正常生產(chǎn)。應(yīng)封閉通往透口的巷道,并留有5 m的頂柱保護(hù),確保不能與相鄰中段的空區(qū)塌透。

        4.3 萬(wàn)城與廟溝三采區(qū)

        對(duì)于萬(wàn)城西部930中段以西與廟溝礦三采區(qū)的3-2#空區(qū)有透口的情況,應(yīng)在萬(wàn)城930中段巷道堆砌封堵墻,并建議廟溝礦三采區(qū)立即處理3-2#采空區(qū)。

        對(duì)于萬(wàn)城890中段西部3-5??諈^(qū)與廟溝礦三采區(qū)的3-2#空區(qū)在903 m標(biāo)高存在透口的情況,根據(jù)萬(wàn)城與廟溝礦空區(qū)處理方案及進(jìn)度,建議優(yōu)先處理萬(wàn)城3-5??諈^(qū),以防止廟溝處理3-2??諈^(qū)時(shí)廢石沖擊903透口進(jìn)一步擴(kuò)大。待萬(wàn)城3-5??諈^(qū)處理至903 m水平透口時(shí),廟溝礦與萬(wàn)城開(kāi)始同步充填。

        對(duì)于萬(wàn)城西部873中段巷道與廟溝礦三采區(qū)860-6空區(qū)有透口的情況,建議封閉萬(wàn)城873 m中段通往廟溝860-6空區(qū)的巷道,以防止廟溝礦處理該空區(qū)時(shí)充填廢石進(jìn)入萬(wàn)城873 m中段巷道,影響萬(wàn)城的安全生產(chǎn)。

        5 結(jié) 論

        (1)調(diào)查清楚了廟溝礦、東礦和萬(wàn)城礦業(yè)3家礦山采空區(qū)的情況,對(duì)采空區(qū)的體積進(jìn)行了匯總估算:廟溝礦采空區(qū)體積80萬(wàn)m3,東礦采空區(qū)體積193萬(wàn)m3,萬(wàn)城礦業(yè)采空區(qū)體積147萬(wàn)m3;

        (2)提出復(fù)雜空區(qū)模型混合創(chuàng)建法建立采空區(qū)三維模型,綜合利用采場(chǎng)設(shè)計(jì)邊界、礦體邊界和空區(qū)輪廓建立采空區(qū)模型,對(duì)3家礦山之間的相互影響做了安全性分析;

        (3)對(duì)3家礦山的空區(qū)提出了協(xié)同處理建議,相鄰礦山在回采過(guò)程中應(yīng)保證中段下降速度一致,相鄰空區(qū)應(yīng)該留有隔離礦柱并且不能使相鄰空區(qū)塌透,通往相鄰空區(qū)透口的巷道應(yīng)該封閉。

        [1]羅毅莎,姚振鞏.采空區(qū)安全處理的對(duì)策措施研究[J].采礦技術(shù),2010,10(04):65-67.

        [2]高建敏.洛鉬集團(tuán)采空區(qū)治理的技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2010,30(06):86-89.

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        2016-02-18)

        王少賓(1983-),男,陜西渭南人,工程師,主要從事礦床深井開(kāi)采與采空區(qū)處理方面的設(shè)計(jì)研究工作,Email: 760934004@qq.com。

        金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(2015-JSKSSYS-01).

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