Canal de llenado de agua de mina (canal de llenado de agua)

Las fuentes de agua existentes dentro y alrededor del yacimiento, especialmente las fuentes de agua indirectas, solo pueden ingresar al pozo de la mina (carril) a través del canal lleno de agua (o camino lleno de agua), lo que provoca la entrada de agua. o irrupción de agua Por lo tanto, se debe identificar los canales (caminos) llenos de agua de los depósitos minerales (pozos). Dado que hay muchos tipos de canales llenos de agua en las minas con propiedades muy variables, a continuación solo se analizarán los canales que representan una amenaza directa para la mina.

(1) Canales llenos de agua locales naturales (canales llenos de agua)

1 Zonas de fallas estructurales

Todas las fracturas grandes y pequeñas pueden convertirse en agua. llenan las fuentes de agua y entran al canal de los pozos de la mina (camino). El hecho de que una zona de falla pueda convertirse en un canal lleno de agua depende principalmente de si es permeable y portadora de agua. Hay muchos factores que afectan esta característica. El primero son las características litológicas de los dos lados de la falla y la fractura. rocas en la zona de la falla. En segundo lugar, también depende de las propiedades mecánicas de la formación de la falla y el impacto de la falla. Está relacionado con factores como la intensidad de la fuerza, la cementación del relleno y el daño posterior, así como con los efectos humanos.

El agua subterránea en las formaciones rocosas llenas de agua separadas por capas impermeables entre cada capa mineral (cuerpo) a menudo irrumpe en el pozo de la mina a través de zonas de falla. Por ejemplo, el agua de la fisura kárstica en el suelo de roca carbonatada del Ordovícico de la yacimiento carbonífero del Carbonífero-Pérmico del norte de China generalmente utiliza zonas de falla como canales de conducción de agua. Por ejemplo, el 13 de marzo de 1935 se produjo una enorme irrupción de agua en el pozo Beida en Zibo Coalfield, provincia de Shandong. El agua kárstica se vertió en la mina a través de una falla en la conducción de agua. El caudal máximo de la irrupción de agua alcanzó 7,4 m3/s. La mina se inundó instantáneamente y 535 trabajadores murieron trágicamente. La mina volvió a funcionar en 1974 después de haber estado sumergida durante 39 años. Según los hallazgos durante la restauración de la mina, el punto de entrada de agua ocurrió en la pared colgante de una falla normal (Figura 12-11).

Figura 12-11 Punto de irrupción de agua del pozo Beida en Zibo Coalfield, Shandong

(Sección del 13 de marzo de 1935)

Según las características hidrogeológicas de La falla, puede ser Las fallas se dividen en 5 categorías, consulte la Tabla 2-3. Según los datos de investigación y minería, las fracturas también se pueden dividir en los tipos enumerados en la Tabla 12-1.

El efecto de llenado de agua de varias fracturas se puede resumir en los siguientes cinco aspectos:

1) La fuente directa de agua que constituye el tajo de la mina (como fallas ricas en agua y fallos en la conducción del agua).

2) Destruir la continuidad de las capas impermeables superior y del piso, conectar las capas de roca llenas de agua encima y debajo de ellas y establecer una conexión hidráulica con el pozo de la mina o el cuerpo de agua superficial para convertirse en agua. -Capa llena de agua subterránea o superficial.

3) Hacer que la capa de roca llena de agua esté cerca o en contacto directo con la capa mineral.

4) Reducir la resistencia mecánica del techo aislante de agua y las capas de roca del piso para formar una zona débil para la entrada de agua.

Tabla 12-1 Clasificación y características de las fallas mineras

5) Límite estructural de aislamiento de agua.

Los canales de falla son a menudo la mayor amenaza para el llenado de agua en depósitos minerales (pozos) y también son el foco de los estudios hidrogeológicos de depósitos minerales.

2. Canales kársticos

El espacio kárstico es extremadamente heterogéneo, abarcando desde pequeños poros hasta enormes cuevas. Pueden conectarse entre sí para convertirse en canales para comunicar varias fuentes de agua, o pueden formar tuberías aisladas llenas de agua. Los canales kársticos incluyen principalmente: canales kársticos grandes, medianos y pequeños, canales de columnas de colapso kárstico que conducen el agua, canales de colapso kárstico y "tragaluz", etc.

Por ejemplo, una columna de colapso kárstico es un cuerpo columnar formado debido al desarrollo de grandes cuevas kársticas en los estratos carbonatados subyacentes, lo que hace que la capa de roca no soluble suprayacente se vuelva inestable y colapse continuamente hacia abajo. Está ampliamente distribuido en los estratos carboníferos del Carbonífero-Pérmico en el norte de mi país. La práctica minera ha demostrado que algunos pilares derrumbados no conducen agua, y algunos pilares derrumbados pueden formar canales de conducción de agua debido al material suelto. Por ejemplo, el 2 de junio de 1984, el agua de piedra caliza del Ordovícico en el frente de trabajo 2171 de la mina de carbón Fangezhuang en Kailuan, provincia de Hebei, entró en el túnel minero a través de la columna de colapso kárstico (Figura 12-12), provocando un enorme accidente de irrupción de agua. lo que redujo la producción anual de 300×104t. La mina se inundó, con un volumen máximo de entrada de agua de 2053m3/min, lo que también provocó la inundación de dos minas adyacentes. Este daño por agua afectó a casi 100×104t de producción de carbón y provocó directamente. y pérdidas económicas indirectas de 4 mil millones de yuanes. Además, esta irrupción de agua también provocó que muchas bombas de pozos de suministro de agua en la zona afectada perdieran su capacidad de suministro de agua, lo que provocó escasez de agua para 100.000 personas. Aparecieron 17 pozos de colapso kárstico en el suelo de la zona minera y los edificios resultaron parcialmente dañados.

Figura 12-12 Sección transversal de la columna de colapso del frente de trabajo 2171 de la mina Kailuan Fangezhuang

3. Canal de fisura sísmica

Una mina ubicada en un área de actividad sísmica, debido a la acción del terremoto, se pueden crear nuevas grietas entre la fuente de agua y los túneles, que están conectadas entre sí y se convierten en canales de fuga de agua, permitiendo que el agua fluya hacia los túneles y aumente la cantidad de entrada de agua en la mina.

Si el techo o la placa inferior es una capa impermeable, las grietas sísmicas pueden destruir su propiedad impermeable y formar un nuevo canal conductor de agua. Si se desarrollan fisuras sísmicas dentro del acuífero, se formarán nuevos canales de recogida de agua, lo que puede provocar un fuerte aumento del flujo de entrada de agua desde la mina.

(2) Canal artificial lleno de agua y predicción

1. Avance y predicción del techo y suelo del túnel

Cuando la capa de roca llena de agua es la Techo indirecto y piso de la veta mineral. Especialmente cuando se trata de un piso indirecto, el agua subterránea que contiene soporta presión. Cuando la presión del agua excede la resistencia del piso impermeable del túnel, el piso puede dañarse y el agua fluirá hacia el. túnel. Este fenómeno se llama avance del piso o estallido del piso, de la misma manera, también existe el problema de la protrusión del techo (intrusión de agua). La irrupción de agua desde el techo y el suelo se produce durante el proceso de extracción de depósitos minerales. Es un camino artificial lleno de agua (canal). La esencia del estudio de esta irrupción de agua es evaluar la estabilidad y seguridad del techo y el suelo del túnel. .

El hecho de que el techo y el piso puedan entrar agua depende principalmente del valor de presión del agua que soportan el techo y el piso y del espesor, la litología y la resistencia a la tracción de la capa impermeable. Según la teoría de la viga y la resistencia, el antiguo erudito soviético B·Лslesarev calculó el valor crítico de la presión del agua (o el valor teórico de la presión del agua segura, HL) y el espesor crítico de la capa impermeable (o el espesor mínimo seguro, tL). La fórmula (Figura 12-13):

Hidrogeología Especializada

(La placa inferior se toma como signo +, la placa superior se toma como signo -) (12-1 )

Hidrogeología especializada

(La placa inferior se toma como signo -, la placa superior se toma como signo +) (12-2)

En el Fórmula: HL es el valor crítico de presión de agua, es decir, la separación de un cierto espesor. El valor máximo de presión de agua que el techo de agua y la placa inferior pueden soportar (m o t/m2 t es el espesor del fondo o la parte superior); capa impermeable (m); L es el ancho del túnel (m); Kp es la resistencia a la tracción de la capa impermeable inferior o superior. Resistencia (t/m2), que puede determinarse mediante pruebas o entrada de agua en el túnel. datos γ es la densidad de la capa impermeable del fondo o del techo (t/m3), que puede determinarse mediante pruebas tL es el espesor crítico de la capa impermeable, que puede soportar una determinada presión de agua; H es el agua real; Valor de la presión que actúa sobre el fondo o el techo del túnel (m o t/m2).

Cuando H≤HL o t≥tL, el piso o techo del túnel es estable y seguro, o está en un estado de equilibrio extremo, con poca o ninguna posibilidad de irrupción de agua. Cuando H>HL o t

Figura 12-13 Diagrama esquemático de la relación entre el valor de presión de agua segura y el espesor mínimo seguro y el valor de presión de agua real del acuífero

Figura 12-14 Diagrama esquemático de la presión hidrostática en el costado del túnel

2. Avance lateral del túnel y predicción

B.Л dedujo el punto crítico para evitar la entrada de agua en el "frente" o " lado" del túnel basado en la viga simplemente apoyada y la teoría de resistencia. Fórmula de cálculo del valor de la presión del agua y el ancho crítico de la capa impermeable (Figura 12-14).

Hidrogeología especializada

Hidrogeología especializada

Donde: PL es la presión crítica del agua (o presión teórica del agua segura, t/m2), o expresada por la altura de la columna de agua H (m); L es la altura del túnel (m); a es el ancho del acuífero "frontal" o "lateral" (o pilar de la mina) (m ); la capa impermeable (o pilar de mineral) (t/m2) es el espesor crítico de la capa impermeable (o el ancho teórico seguro de la capa de roca impermeable, m), y P es el valor real de la presión del agua; (t/m2); H es la altura de la columna de agua de la presión real del agua (m).

Si P≤PL o a>aL, el frente o costado del túnel es estable y seguro o en extremo equilibrio, en caso contrario, si P>PL o a

Al utilizar las fórmulas anteriores, se debe adoptar un factor de seguridad de 2 a 3 veces según las condiciones geológicas y mineras específicas.

Además de las fórmulas teóricas anteriores, el departamento de minería de mi país ha resumido la fórmula empírica del coeficiente de irrupción de agua del piso (o relación de presión de agua, coeficiente de resistencia al agua) basada en la práctica de irrupción de agua:

Hidrogeología Especializada

En la fórmula: KL es el coeficiente crítico de irrupción de agua (Pa/m); P es la presión hidrostática de la placa del fondo (Pa es el espesor del agua); -capa de prueba (m).

Se puede ver en la fórmula anterior que el significado del coeficiente de irrupción de agua es el valor de la presión del agua soportada por metro de espesor de la capa impermeable. Por lo tanto, con base en la prueba del área minera y los datos de entrada de agua, el coeficiente crítico específico de entrada de agua se puede resumir para predecir la estabilidad del piso de la mina. Para que el cálculo sea más razonable, también se debe considerar la resistencia de la roca y utilizar el espesor equivalente para calcular el coeficiente de irrupción de agua.

3. Destrucción del techo del área de goaf (zona de grieta sobre el área de goaf)

Después de extraer el mineral (cuerpo), se forma un área de goaf bajo tierra o minería de derrumbe. se utiliza para provocar la minería. El techo sobre el área vacía se destruye, formando una zona de derrumbe, una zona de fisura y una zona de movimiento general. La zona de derrumbe y la zona de fisura pueden convertirse en el paso para que las fuentes de agua llenas de agua ingresen a la mina. Por lo tanto, es necesario calcular la altura máxima h1 y h2 de la zona de derrumbe (Figura 12 -15).

Figura 12-15 Diagrama esquemático de la distribución de altura máxima del área de impacto destructivo del techo

h1 - la altura de la zona de derrumbe h2 - la altura de la; zona de fisura conductora de agua; 1, 2: representan el rango de zona de hundimiento y el rango de zona de grieta, respectivamente.

Debido a la complejidad del mecanismo de falla del techo, es difícil establecer una fórmula teórica completa para predecir su altura máxima. Por lo general, basándose en datos de observación reales, se utiliza el método del diagrama de relaciones o el método de estadística matemática para establecer una fórmula empírica o una fórmula semiempírica. Nuestro país utilizaba la siguiente fórmula procedente de la antigua Unión Soviética:

Hidrogeología especializada

h2=(2-3)h1 (12-7)

En la fórmula: h1 es la altura de la zona de hundimiento del techo (m); M es el espesor de la capa de mineral o espesor de minado (m); α es el ángulo de inclinación de la capa de mineral; h2 es la altura de la fisura del techo; zona (m) es el coeficiente de hinchamiento de la roca (es decir, hinchamiento de la roca por hundimiento. La relación entre el volumen después del colapso y el volumen de la roca original antes del hundimiento), el valor se muestra en la Tabla 12-2.

Tabla 12-2 Coeficientes de expansión por aplastamiento de diferentes capas de roca

Según experimentos mineros realizados en mi país, las dos fórmulas anteriores no son aplicables a capas de carbón (mina) muy inclinadas.

4. Colapso superficial

Incluye principalmente dos tipos: colapso minero y colapso kárstico. El hundimiento minero es el daño a la superficie por encima y alrededor del goaf causado por la deformación y el movimiento de la superficie causados ​​por los yacimientos mineros. El colapso kárstico es causado principalmente por el drenaje y drenaje de capas de roca kársticas llenas de agua en áreas mineras kársticas cubiertas por un cierto espesor de capa suelta. El colapso de la superficie dentro del alcance de su influencia de drenaje tiene un impacto amplio y es extremadamente dañino. Por un lado, el hundimiento de la superficie puede proporcionar una vía directa para que la precipitación atmosférica y el agua superficial entren al túnel, aumentando la fuente y la cantidad de agua en la mina; por otro lado, también puede afectar gravemente a diversos edificios e instalaciones terrestres; . En resumen, el colapso de la superficie puede convertirse en un canal (camino) lleno de agua para un depósito mineral (pozo) en condiciones apropiadas. Por ser altamente nocivo debemos darle gran importancia y reforzar la prevención y el control.

5. Canales causados ​​por perforaciones

Durante la extracción de depósitos minerales, si los túneles están expuestos o cerca de perforaciones no selladas o mal selladas, pueden convertirse en una fuente de acuíferos de techo y piso. , aguas superficiales y otros pozos y túneles, provocando así accidentes por irrupción de agua. Cuando el pozo está conectado con otras fuentes de agua, también puede causar accidentes por irrupción de agua con un fuerte flujo de agua y alta presión. Por ejemplo, debido a antiguos pozos encontrados en el carril Damei número 2 de la mina Wangfeng en Fengfeng, provincia de Hebei, el volumen de entrada de agua alcanzó los 3600 m3/h. La mina de carbón de Pingdingshan en la provincia de Henan encontró una avalancha de agua procedente de antiguos pozos durante la minería en 1967, 1974 y 1975, con volúmenes de afluencia de agua de 160, 420 y 140 m3/h respectivamente. Por lo tanto, después de completar la tarea de exploración, se deben cerrar varios pozos de exploración geológica en el depósito mineral según sea necesario. Cuando se extrae el depósito mineral cerca de pozos sospechosos, se debe liberar agua para evitar la entrada de agua.