程力 吳欽正 侯奎奎 劉興全 劉洋

摘要：三山島金礦新立礦區(qū)東北翼礦體被海水和第四系覆蓋，目前該區(qū)域回采至-135m中段，為安全回采，預(yù)留厚近120m護(hù)頂層礦柱，壓占了大量的礦產(chǎn)資源。在確保安全回采的前提下，為了盡可能回收上部礦體資源，采用GD3Q-GA全景數(shù)字鉆孔電視攝像系統(tǒng)，在55勘探線-135m中段及-240m中段上盤巷道內(nèi)施工鉆孔，對開采上部礦體可能出現(xiàn)的導(dǎo)水裂隙帶高度進(jìn)行現(xiàn)場實測。研究結(jié)果表明：新立礦區(qū)東北翼上部礦體圍巖裂隙高度為30～40m。繼續(xù)向上開采至-115m中段，其上方仍留有厚約70m的礦體，導(dǎo)水裂隙帶尚未通達(dá)隔水層。而-105m中段所有巷道作為蓄水池在已充滿水的情況下均不漏水，研究結(jié)果與實際符合，可為礦山東北翼護(hù)頂層礦柱安全回采提供技術(shù)支撐，也為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：海下開采;圍巖裂隙;導(dǎo)水裂隙帶;護(hù)頂層;鉆孔電視成像技術(shù)

中圖分類號：TD74文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）03-0043-05doi：10.11792/hj20210308

引言

水體下、建筑物下、公路鐵路下賦存的礦產(chǎn)資源（簡稱“三下”資源）開采一直是地下復(fù)雜采礦的核心難題之一[1-5]。而海下等水體下蘊藏著豐富的煤炭、金屬礦產(chǎn)等資源，研究海下等水體下礦產(chǎn)資源開采對礦業(yè)發(fā)展和進(jìn)步具有重要意義[6-10]。但是海下開采時，巖層變形產(chǎn)生裂隙，形成導(dǎo)水裂隙帶，有效的防水措施是留設(shè)一定厚度的防水上部礦體，防止巖層導(dǎo)水裂隙帶通達(dá)水體，造成突水事故發(fā)生。因此，準(zhǔn)確確定采場導(dǎo)水裂隙帶高度對于海下開采具有重要的意義，國內(nèi)外學(xué)者在這方面做了不少研究[11-14]。

山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦（下稱“三山島金礦”）新立礦區(qū)是中國第一個海底開采的硬巖非煤礦山，礦體被海水和第四系覆蓋。為確保開采的安全性，實現(xiàn)礦區(qū)東北翼護(hù)頂層礦柱的高效回收，需確定上部礦體開采后形成的巖層導(dǎo)水裂隙帶高度，從而為上部礦體的安全開采決策提供技術(shù)支撐。

1工程概況

三山島金礦新立礦區(qū)位于山東省萊州灣畔，礦體賦存情況如圖1所示。東北翼上部礦體位于0勘探線—119勘探線-165～-45m區(qū)域，礦體平面圖如圖2所示。為防止海下開采突水事故發(fā)生，礦山對-165m中段以下礦體采用點柱式上向分層充填采礦法開采，-165m中段以上礦體采用上向進(jìn)路充填采礦法開采，大部分回采至-140m中段，部分回采至-135m中段，預(yù)留厚近120m上部礦體，壓占大量的礦產(chǎn)資源，影響了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。為盡可能地回收上部礦體資源，礦山準(zhǔn)備對-135m中段上部部分礦體進(jìn)行開采。

2鉆孔電視攝像系統(tǒng)

海下開采時，巖層變形會產(chǎn)生裂隙，形成導(dǎo)水裂隙帶，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)展到一定程度將與海水連通，導(dǎo)致海下開采發(fā)生重大突水事故。因此，導(dǎo)水裂隙帶高度是確定護(hù)頂層礦柱尺寸的重要參考依據(jù)。

目前，導(dǎo)水裂隙帶高度的測定方法有多種，包括鉆孔沖洗液法、鉆孔電視法、瞬變電磁法、高密度電阻率法、超聲波穿透法、聲波CT層析成像技術(shù)、井下仰孔注水測漏法等。根據(jù)新立礦區(qū)現(xiàn)場情況，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇采用GD3Q-GA全景數(shù)字鉆孔電視攝像系統(tǒng)進(jìn)行測量，該方法具有直觀、準(zhǔn)確等特點。

2.1工作原理

GD3Q-GA全景數(shù)字鉆孔電視攝像系統(tǒng)如圖3所示，其由2部分組成，即現(xiàn)場實時圖像采集系統(tǒng)和室內(nèi)處理分析系統(tǒng)。

鉆孔攝像的工作原理主要是通過攝像探頭對鉆孔內(nèi)壁進(jìn)行無擾動360°全方位掃描觀測，然后將整個鉆孔信息實時同步展開，再通過內(nèi)置坐標(biāo)系統(tǒng)和計算機(jī)軟件將其還原成真實鉆孔孔壁圖像并拼接為二維平面展開圖。在二維平面展開圖中，按照N-E-S-W-N的順序展開。

2.2使用方法

硬件接好后，打開主機(jī)電源，進(jìn)入電腦系統(tǒng)，然后打開圖像采集軟件，設(shè)置相關(guān)信息和參數(shù)后即可開始圖像采集。采集軟件基本信息如圖4所示。

軟件后處理操作系統(tǒng)界面如圖5所示，界面分為鉆孔平面展開圖、三維鉆孔巖心圖、數(shù)據(jù)面板3大部分。對某一裂隙進(jìn)行曲線擬合，在三維鉆孔巖心圖中展現(xiàn)出相對應(yīng)的裂隙延展平面圖（如圖6中黃色平面所示）。同時，右邊“數(shù)據(jù)面板”中會自動生成這條曲線的所有數(shù)據(jù)，如深度、傾向、傾角、裂隙寬度等。

3工程應(yīng)用

3.1導(dǎo)水裂隙帶觀測設(shè)計

為研究采動過程中上覆巖層導(dǎo)水裂隙帶高度，在55勘探線的-135m中段及-240m中段上盤巷道內(nèi)施工鉆孔，對導(dǎo)水裂隙帶高度進(jìn)行現(xiàn)場實測。監(jiān)測位置分別布置在-135m中段已施工的監(jiān)測巷道12m內(nèi)和-240m中段石門巷內(nèi)。

-135m中段采場采完后，采場覆巖裂隙發(fā)育基本穩(wěn)定，水平探孔揭露的裂隙帶為18m左右，故5個鉆孔傾角依次為90°、60°、45°、30°和15°，鉆孔形狀如圖7所示，鉆孔參數(shù)如表1所示。

-240m中段采場采完后，為了達(dá)到與-135m中段采場導(dǎo)水裂隙帶高度和發(fā)育規(guī)律進(jìn)行對比分析的目的，在-240m中段石門巷距F1斷層上盤10m內(nèi)布置一個60°斜孔，20m處布置豎向孔，35m處布置60°斜孔，50m處布置30°斜孔，盡可能達(dá)到或分布在導(dǎo)水裂隙帶范圍內(nèi)。-240m中段測點布置如圖8所示，鉆孔參數(shù)如表1所示。

3.2導(dǎo)水裂隙帶高度觀測

1）-135m中段圍巖裂隙帶。對-135m中段01，02，03，04，05號鉆孔進(jìn)行了觀測，裂隙帶觀測結(jié)果如表2所示。其中，02，04號鉆孔電視圖像分別如圖9、圖10所示。

2）-240m中段圍巖裂隙帶。對-240m中段06，07，08，09號鉆孔進(jìn)行了觀測，裂隙帶觀測結(jié)果如表3所示。其中，07，09號鉆孔電視圖像分別如圖11、圖12所示。

3.3上部礦體導(dǎo)水裂隙帶分布規(guī)律

通過對-135m中段及-240m中段圍巖導(dǎo)水裂隙帶觀測可知，新立礦區(qū)東北翼上部礦體圍巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度不超過30m。如果繼續(xù)向上開采至-115m中段，其上方仍留設(shè)有約70m的礦體，約為導(dǎo)水裂隙帶的2.5倍，導(dǎo)水裂隙帶尚未通達(dá)隔水層。

3.4上覆導(dǎo)水裂隙帶形態(tài)推測

對于新立礦區(qū)東北翼礦段的裂隙帶形態(tài)，由于新立礦區(qū)采用多中段同時開采，且開采年限較長，區(qū)域較大，其冒落帶、裂隙帶已在空間上成形，形成較大區(qū)域的拋物線形態(tài)。綜合考慮新立礦區(qū)各中段礦體開采厚度、充填接頂情況、頂?shù)字粼O(shè)大小及巖層破碎和支護(hù)等情況，參考同類礦山情況，新立礦區(qū)東北翼上部礦體圍巖導(dǎo)水裂隙帶大概形態(tài)如圖13所示。

3.5上部礦體導(dǎo)水裂隙帶的輔助驗證

-105m中段剖面如圖14所示。該中段所有巷道作為蓄水池都已充滿水，石門巷位于上盤并穿過礦體與下盤脈外采準(zhǔn)巷道相連，在距措施井15m左右位置設(shè)置擋墻，巷道未進(jìn)行支護(hù)，整個蓄水池不漏水，說明新立礦區(qū)東北翼礦體開采引起的導(dǎo)水裂隙帶未達(dá)到-105m中段，其高度小于30m，這與鉆孔電視觀測裂隙帶實測結(jié)果吻合。

4結(jié)語

采用GD3Q-GA全景數(shù)字鉆孔電視攝像系統(tǒng)對-135m及-240m中段圍巖裂隙帶觀測可知：導(dǎo)水裂隙帶垂直發(fā)育高度為30～40m。在必要的安全措施與技術(shù)手段前提下，上部礦體繼續(xù)上采20m至-115m中段，上方仍留設(shè)有約70m的礦體，約為導(dǎo)水裂隙帶的2倍，導(dǎo)水裂隙帶尚未通達(dá)隔水層，有較充分的安全保障。

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Abstract：TheorebodyinthenortheastwingofXinliminingareaofSanshandaoGoldMineiscoveredbyseawaterandQuaternary.Atpresent，theareaisminedtothelevelof-135m.Forsafemining，theroofprotectionpillarisreservedwithathicknessofnearly120m，whichoccupiesalargenumberofmineralresources.Onthebasisofsafemining，inordertorecovertheupperorebodyresourcesasmuchaspossible，theGD3Q-GApanoramicdigitaldrillingTVcamerasystemisusedtodrillholesintheupperroadwayof55explorationlineat-135mleveland-240mlevel，andthedevelopmentheightofwaterdiversioncracksthatmayoccurintheupperorebodyismeasuredonsite.TheresultsshowthatthedevelopmentheightofsurroundingrockfissuresintheupperorebodyofthenortheastwingofXinliminingareaisabout30-40m.Iftheminingcontinuesupwardsto-115mlevel，thereisstillanupperorebodywithathicknessofabout70maboveit，andthewaterconductingfissurezonehasnotyetreachedwaterprooflayer.Ontheotherhand，allroadwaysatthe-105mlevelarewatertightwhentheyarefullofwater.Theresearchconclusionisconsistentwiththeactualsituation.Thereseachcannotonlyprovidetechnicalsupportforthesafeminingoftheroofpillarinthenortheastwingofthemine，butalsoisusedasareferenceforsimilarprojects.

Keywords：underseamining;surroundingrockfissure;waterconductingfissurezone;protectivetoplayer;boreholeTVimagingtechnology