谷家台铁矿帷幕注浆及充填采矿技术和围岩监测分析与研究

摘要

谷家台铁矿水文地质条件极其复杂，是国内有名的大水矿山。为实现水下安全采矿，经过多年研究探索和实践，谷家台铁矿应用国内外首创的近矿体顶板灰岩帷幕注浆堵水技术，成功治理了地下水，实现了水下安全采矿，创造了较高的经济效益和社会效益。
　　本研究系统性地总结了谷家台铁矿开采的全过程，即前期治水形成帷幕隔水层——中期采矿方法选择和应用——后期采空区顶板稳定性研究三大部分，三者之间相辅相成互为依托构成一个完整的体系。笔者结合在该矿十余年来的治水和采矿实践经验，分别对治水、采矿和围岩检测三部分内容进行了创新性研究，提出了新的观点并在实践中加以应用，取得较好效果。
　　第一部分以谷家台铁矿注浆堵水和充填采矿现状为背景，在对地质和水文地质资料汇总分析基础上，系统整理了目前实施的近矿体顶板灰岩帷幕注浆堵水技术的关键步骤和技术指标，并突破常规注浆堵水思路，通过分析断层构造机理和导水作用，创造性地提出了治理断层构造的必要性和治理步骤，将断层治理钻孔网度加密至5米×5米，钻孔深度超出矿体50米以上，同时在采矿设计时将间柱布置在断层位置保护好断层，尽量减少采矿对断层造成的二次破坏。通过钻探和采掘实践检验，断层治理效果较好，极大地降低了出水风险。
　　第二部分分析了谷家台铁矿选择下向胶结充填采矿法的原因，既在注浆形成的上盘帷幕下采矿，需要保护好帷幕层，确保采矿过程不能对其造成大的影响破坏，且矿岩稳固性较差，综合比较下向进路胶结充填法采矿是较为适宜的方法。文中在总结下向进路充填采矿法的特点、采场布置、结构参数、回采步骤、膏体充填等工艺基础上，重点对充填接顶技术进行了研究改进，提出了多项措施，经实践接顶率达到90％以上。
　　第三部分是在青岛理工大学与莱芜矿业有限公司合作开展的基于GPRS的顶板帷幕稳定性远程网络实时安全监测技术研究基础上，通过对检测结果分析和数值模拟计算，得出采空区围岩较为稳定的结论，从而也验证了目前采用的近矿体顶板帷幕注浆堵水技术和充填采矿法相关参数是可靠的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 项目研究的目的和意义

1．2 项目研究的依据

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 项目研究的依据

1．3 谷家台铁矿简介

1．3．1 基本概况

1．3．2 地质和水文地质概况

1．3．3 矿床防治水方案和采矿方案

1．4 项目研究的主要内容和目标

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术目标

1．4．3 技术方法和路线

第二章 谷家台铁矿帷幕注浆堵水技术研究

2．1 矿床开采治水技术思路

2．1．1 深入研究矿床水文地质条件

2．1．2 建立注浆堵水工程资料数据库

2．1．3 预防突水，确保排水能力

2．1．4 分析研究矿井突水机理

2．1．5 完善地面水位观测系统

2．1．6 安全技术措施

2．2 近顶板灰岩帷幕注浆堵水的可行性

2．2．1 国内外帷幕注浆现状

2．2．2 注浆堵水技术在谷家台东区试采中的应用

2．2．3 注浆堵水技术在业庄铁矿的应用

2．3 井下近顶板灰岩帷幕注浆堵水技术

2．3．1 帷幕注浆堵水技术简介

2．3．2 近顶板帷幕注浆堵水技术特点

2．3．3 近顶板帷幕注浆堵水的步骤

2．3．4 注浆帷幕安全厚度确定

2．3．5 注浆材料

2．3．6 注浆参数

2．3．7 注浆质量检查与补漏

2．4 注浆堵水效果

2．4．1 宽大裂隙的注浆效果

2．4．2 矿体内部注浆效果

2．4．3 上盘矿岩接触带注浆效果

2．4．4 钻孔检查取芯注浆效果

2．5 断层构造的治理

2．5．1 断层的类型及特征

2．5．2 已探明断层现状

2．5．3 治理断层的必要性

2．5．4 断层治理方法和步骤

2．5．5 断层治理特点

2．5．6 断层保护

2．5．7 断层构造治理效果

2．6 注浆质量评价

2．6．1 -50m水平16线～19线区段注浆质量评价

第三章 谷家台铁矿采矿方法研究

3．1 采矿方法的选择

3．1．1 采矿方法比较

3．1．2 两种采矿方法特点

3．2 下向进路充填采矿法

3．2．1 采矿方法特点

3．2．2 采场布置

3．2．3 采准、回采

3．2．4 人工假底及充填

3．3 膏体充填工艺

3．3．1 工艺原则流程

3．3．2 地表造浆和输送

3．3．3 井下充填工艺

3．3．4 提高充填接顶率的措施

第四章 GPRS远程自动监测系统简介

4．1 远程自动监测原理

4．1．1 监测系统工作原理

4．1．2 监测系统特点

4．2 振弦式应力计简介

4．3 多点位移计简介

4．4 渗压计简介

第五章 围岩稳定性监测系统布置及现场安设

5．1 应力计、渗压计、位移计监测布置

5．1．1 监测点布置

5．1．2 多点位移计布置示意图

5．2 应力计、位移计现场安装与GPRS远程调试

5．2．1 应力计现场安设

5．2．2 渗压计现场安设

5．2．3 多点位移计现场安设

5．2．4 GPRS远程监测系统调试及远程监测

第六章 监测结果分析与初步结论

6．1 应力变化分析

6．2 水压监测结果

6．3 位移监测结果

6．4 初步结论

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读工程硕士期间发表的学术论文