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三山岛金矿F3断裂带地质灾害的防治经验

来源:用户上传      作者: 迟伟华

  中图分类号:P5 文献标识码:A 文章编号:1008-925X(2012)06-0283-01
  摘要:山东黄金集团三山岛金矿三面环海,仅东面是陆地,是水文地质条件中等复杂的矿床,构造裂隙出水。历年来多次造成采矿坑道大量涌水、淹井事故。通过十多年来的科技攻关和实践经验,采取了预注浆堵水,掘进通过后立即进行永久支护,并合理进行开拓设计,取得了良好效果和成功经验。
  关键词:三山岛金矿;F3断裂含水带;涌水事故;预注浆堵水;开拓设计
  1、矿山概况
  三山岛金矿区位于山东省莱州市三山岛特别工业区,矿区三面环海,东面是陆地,是我国重要金矿成因类型-“焦家式”金矿床的典型代表,矿山采用中央竖井与斜坡道联合开拓方式,是中国黄金生产机械化程度最高的黄金矿山之一,采出矿强度大,矿山生产规模大。[1]
  矿区构造以断裂为主,规模最大的为NE向三山岛断裂,是区内主要的控矿构造。次为NW向三山岛-三元断裂(F3),次级断裂有产于三山岛断裂下盘NNE~NEE向断裂构造(如F2)。金矿体均发育在三山岛断裂带内主断层F1下盘的蚀变绢英岩中,呈平行脉状、透镜状产出,总体走向40°,倾向南东,倾角40°。
  三山岛金矿是水文地质条件中等复杂的矿床,构造裂隙出水。海水沿多条导水裂隙进入矿坑,是矿坑水的主要补给源。矿区属半封闭式的水文地质条件,矿坑水的总涌水量较稳定,地下水的动态类型主要表现为回采时期的平稳衰减型和基建时期的人为干扰型,均不受季节等自然因素影响。由于控矿构造F1具有隔水性质,故按与F1的空间关系,对矿坑充水有直接影响的基岩裂隙含水带(体)划分为:F3断裂含水带、F1上盘裂隙含水岩体和F1下盘构造裂隙含水带。
  2、三山岛-三元断裂(F3)带特征
  三山岛~三元断裂断层横贯矿区的中部,是矿山开拓工程各中段平巷都必须通过的导水、塌方、发生泥石流的构造。F3断裂带走向290~300°,倾向主要为北东,局部反倾,倾角80°以上。F3断裂带的发育宽度在15~36m之间变化,据多个中段的揭露,F3均以两到数条煌斑岩脉(文中将中—基性岩脉统称为煌斑岩脉)及1~2条破碎带,在破碎带中,或煌斑岩脉与破碎带接触部位,或两条窄岩脉之间有一层20~100cm宽的白色、黑色断层泥的形式出现。煌斑岩脉宽度0.7~1.3m,走向283°至322°,倾向NE或SW,有时与F3的总体倾向并不一致,倾角在73°~ 88°之间,具分支复合现象,岩脉中见绢英岩化花岗岩的夹石和捕虏体,一般F3断层带两侧的煌斑岩脉完整、致密,不具导水性能。仅-285m中段揭露的第一条煌斑岩脉破碎、导水,中间的脉岩均有不同成度的风化、泥化。
  断层泥出现在断层带的各个部位,但一般都在破碎带的上盘,为呈白色(不完全高岭土化)及黑色泥,厚度一般10~30cm,最宽达40~100cm(-330m中段),其倾向、倾角与F3往往并不一致,但又未超越F3断层带的范围,上、下中段也不能对应,是后期剪切活动形成的断层蛇曲滑动面。从其导出的卤水温度有随着开拓深度而增高的趋势,且补给来源较充足来看,也说明了F3的发育深度是很大的,从平面上来看,F3往西北方向逐渐变窄。
  F3断层具有多期活动的特征。煌斑岩脉沿断裂带充填,说明在充填前或充填时已有一定的构造空间。破碎带内见煌斑岩角砾,说明岩脉侵入后又有构造活动,断层泥的存在应是后期剪切滑动的产物。据采矿工程揭露,F1断层被F3断层错断,水平位移20~40m,因此F3的后期活动应晚于F1。[2]
  根据F3断裂内的煌斑岩中含有黄铁绢英岩的捕虏体或角砾等特点,认为该断裂是成矿后活动较强的断裂。由于该断裂的破碎带以角砾岩为主,未被胶结,故富水性和导水性良好。又因其切割F1断层向西北端伸入渤海,其不仅局部破坏了F1的隔水层,而且也沟通了海水与采区的水力联系,造成采矿坑道大量涌水。
  3、历年来F3断裂带的危害情况
  由于F3断裂是一条区域性大断裂,断裂带宽度较大,经过了多次的构造运动,特别是后期的活动,使得带内岩石极为破碎,产生的断层角砾又未被胶结,这就为地下水的存储及运移提供了较好的空间,储存有丰富的地下水,同时接受海水的弱渗透补给,因此极易发生各种水文地质和工程地质灾害。-330m中段平巷在过F3断层时,曾突水240米3/时,跨塌严重,发生泥石流近千方,采取了很多措施才掘进通过。在-555m中段平巷施工中出现150米3/时的涌水,造成大斜坡道部分巷道被淹没,影响了矿山的正常安全生产。
  4、对F3断裂带地质灾害的防治措施
  4.1 预注浆堵水:
  在对F3断裂带的地质灾害防治,采取了巷道周边布孔进行注浆堵水加固的方案。由于F3断裂带的涌水压力较大,所以预注浆采用水泥-水玻璃双液注浆。一般在F3断裂带前保留至少5m的完整岩石作为止浆墙,并防止涌水处岩石强度低,经受不住工作面注浆压力而垮塌,每个断面布置15~18个探水注浆孔,同时对顶板各孔放入钢管或钢筋进行锚固,掘进通过后应立即永久支护,不能暴露的时间太长,尤其应保证质量。通过采取这些措施,F3断裂带的水文地质及工程地质条件大为改善,保证了深部各开拓巷道都顺利通过。
  4.2 制定合理的矿山开拓、采矿设计方案
  依据矿山水文地质条件的实际情况,制定有针对性的开拓设计方案,是矿山防治水的另一项关键内容。巷道工程频繁穿越富水区、导水断裂带,会造成严重的工程浪费,在矿山开拓设计时尽量避开F3断裂带,三山岛金矿深部大斜坡道设计在F3断裂带的南部,按45m高程分中段开拓,用下部中段基建平巷疏干上部中段,使上部中段能在疏干条件下进行采矿作业。由于F3断裂带位于矿床的中部,对于北翼矿体的开采,采用开拓中段巷穿过F3断裂带,下盘设计施工辅助斜坡道的方法进行分层开采。矿山在分段巷道的设计过程中,也尽量采取“避让”的方法,均取得了较好的效益。[3]
  5、结论
  突水是滨海及大水矿山所面临的主要危害之一,特别是较大的突水,极易造成矿山设备损害,坑道被淹,危及井下作业人员的人身安全,严重影响矿山的生产安全。[2]通过对三山岛金矿F3断裂带地质灾害防治的研究,总结出沿海矿山的开采首先要查清矿区的水文地质条件,针对实际情况尽量采取“避让”的方法进行开拓设计,坚持“有疑必探,先探后掘”的原则,对于复杂地段采用预注浆,掘进通过后立即永久支护,是水文地质灾害切实有效地防治方法。
  参考文献:
  [1]史维全,柳俨桓,金刚等.山东省莱州市三山岛金矿2006年资源储量核实报告[R].烟台:山东正元地质资源勘查有限责任公司.2006.
  [2]黄树勋、黄筱军、郑长成等.三山岛矿水文地质鉴定报告[R].长沙矿山研究院院.2003.
  [3]刘志君、王善飞.滨海地下开采矿山地下水的危害与防治方法探讨.采矿技术.2004.4(2):82-83.


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