광산수 채수로(채수수로)

광체 내부 및 주변에 존재하는 수원, 특히 간접 수원은 물이 채워진 수로(또는 물이 채워진 경로)를 통해서만 광산 피트(차로)로 들어갈 수 있어 물 유입이 발생합니다. 또는 물 유입. 따라서 물이 채워진 광물 매장지(구덩이)의 경로(경로)를 식별해야 합니다. 광산에는 매우 다양한 특성을 지닌 다양한 유형의 물로 채워진 수로가 있으므로 아래에서는 광산에 직접적인 위협을 가하는 수로에 대해서만 설명합니다.

(1) 자연적인 국부적으로 물이 채워진 채널(물이 채워진 채널)

1. 구조적 결함 구역

크고 작은 모든 균열은 물이 될 수 있습니다. 수원을 채우고 광산 구덩이 수로(통로)로 들어갑니다. 단층대가 물로 채워진 수로가 될 수 있는지 여부는 주로 그것이 투수성인지, 수분을 함유하는지에 달려 있습니다. 첫 번째는 단층의 양면과 부서진 부분의 암석학적 특성입니다. 둘째, 단층 형성의 기계적 특성과 단층의 영향에 따라 달라지며, 이는 힘 강도, 충진 접합 및 이후 손상과 같은 요인과 인간의 영향과 관련이 있습니다.

각 광물층(몸체) 사이에 불투수층으로 분리된 물로 채워진 암석층의 지하수가 단층대를 통해 광산 구덩이로 침입하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 북중국 석탄기-페름기 탄전의 오르도비스기 탄산암 바닥에 있는 카르스트 균열수는 일반적으로 단층대를 물 전도 채널로 사용합니다. 예를 들어, 1935년 3월 13일 산동성 쯔보 탄전의 베이다 우물에서 대규모 물 유입이 발생했습니다. 물 전도 단층을 통해 카르스트 물이 광산으로 유입되었습니다. 물 유입의 최고 유속은 7.4m3/s에 달했습니다. 광산은 즉시 침수되었고 535명의 노동자가 비극적으로 사망했습니다. 광산은 39년 동안 물에 잠겨 있다가 1974년에 다시 생산을 시작했습니다. 광산복구 조사 결과에 따르면 물 유입 지점은 정상 단층의 매달린 벽에서 발생했다(그림 12-11).

그림 12-11 산동성 쯔보탄전 베이다정의 유입수

(1935년 3월 13일 단면)

산동성 쯔보탄전의 수문지질학적 특성에 따른 오류는 5가지 범주로 구분됩니다. 표 2-3을 참조하세요. 조사 및 채굴 데이터를 바탕으로 골절도 표 12-1에 나열된 유형으로 나눌 수 있습니다.

다양한 균열의 물 채우기 효과는 다음과 같은 다섯 가지 측면으로 요약할 수 있습니다.

1) 광산 구덩이를 구성하는 직접적인 물 공급원(예: 물이 풍부한 단층 및 물 전도 결함).

2) 상부 및 바닥 방수층의 연속성을 파괴하고, 그 상부 및 하부에 물이 채워진 암석층을 연결하고, 광산 피트 또는 지표수체와 수력 연결을 구축하여 물이 된다. - 지하수 또는 지표수로 채워진 층.

3) 물로 채워진 암석층을 광물층에 가깝거나 직접 접촉하게 만듭니다.

4) 방수 지붕과 바닥 암석층의 기계적 강도를 줄여 물 유입에 대한 취약 구역을 형성합니다.

표 12-1 광산 단층의 분류 및 특성

5) 구조적 방수 경계.

단층 통로는 광물 매장지(구덩이)에 물이 채워지는 데 가장 큰 위협이 되는 경우가 많으며 광물 매장지에 대한 수문지질학적 조사의 초점이기도 합니다.

2. 카르스트 수로

카르스트 공간은 작은 기공부터 거대한 동굴까지 매우 이질적입니다. 그들은 서로 연결되어 다양한 수원을 전달하는 채널이 될 수도 있고, 물이 채워진 고립된 파이프를 형성할 수도 있습니다. 카르스트 수로는 주로 대형, 중형 및 소형 카르스트 수로, 물 전도 카르스트 붕괴 기둥 수로, 카르스트 붕괴 및 "채광창" 수로 등을 포함합니다.

예를 들어, 카르스트 붕괴 기둥은 밑에 있는 탄산염 지층에 큰 카르스트 동굴이 발달하여 형성된 기둥 모양의 몸체로, 그 위에 놓인 불용성 암석층이 불안정해지고 지속적으로 아래쪽으로 붕괴됩니다. 우리나라 북부 석탄기-페름기 석탄 함유 지층에 널리 분포한다. 채광 실습을 통해 일부 붕괴 기둥은 물을 전도하지 않으며 일부 붕괴 기둥은 느슨한 물질로 인해 물 전도 채널을 형성할 수 있음이 입증되었습니다. 일례로 1984년 6월 2일 허베이성 카일루안에 있는 판게좡 탄광 2171년 작업면의 오르도비스기 석회암수가 카르스트 붕괴 기둥을 통해 광산 터널로 유입되면서(그림 12-12), 대규모 물 유입 사고가 발생했다. 이로 인해 연간 생산량은 300×104t 감소했습니다. 광산은 최대 물 유입량 2053m3/분으로 침수되었으며, 이로 인해 인접한 두 광산도 침수되었습니다. 이 물 피해는 거의 100×104t의 석탄 생산에 영향을 미치고 직접적인 피해를 입혔습니다. 간접적인 경제적 손실은 40억 위안에 이른다. 또한, 이번 물 유입으로 인해 피해 지역의 많은 급수 우물 펌프가 물 공급 능력을 상실하여 100,000명의 사람들이 광산 지역에 17개의 카르스트 붕괴 구덩이가 나타나고 건물이 부분적으로 손상되었습니다.

그림 12-12 Kailuan Fangezhuang 광산 2171 작업면 붕괴 기둥의 단면

3. 지진 활동 지역으로, 지진 활동으로 인해 수원과 터널 사이에 새로운 균열이 생겨 서로 연결되어 누수 통로가 되어 터널 내부로 물이 유입되어 내부로 유입되는 물의 양이 증가합니다. 광산. 지붕이나 바닥판이 방수층인 경우 지진 균열로 인해 방수성이 파괴되고 새로운 물 전도 채널이 형성될 수 있습니다. 대수층 내에 지진 균열이 발생하면 새로운 물 수집 채널이 형성되어 광산에서 물 유입이 급격히 증가할 수 있습니다.

(2) 인공 물 채움 수로 및 예측

1. 터널 지붕 및 바닥의 돌파 및 예측

물 채움 암석층이 간접지붕 및 광물층 바닥, 특히 간접바닥일 경우 그 안의 지하수가 압력을 견디게 되어 터널의 방수층의 수압이 초과되면 바닥이 파손되어 물이 나올 수 있습니다. 이러한 현상을 바닥돌출 또는 바닥분출이라고 하며, 마찬가지로 지붕이 돌출(물침입)되는 문제도 있습니다. 광물 매장지의 채굴 과정에서 지붕과 바닥으로부터의 물 유입이 발생합니다. 이는 인공적으로 물이 채워진 통로(수로)입니다. 이러한 물 유입을 연구하는 핵심은 터널의 지붕과 바닥의 안정성과 안전성을 평가하는 것입니다. .

지붕과 바닥에 물이 유입될 수 있는지 여부는 주로 지붕과 바닥이 견디는 수압값과 방수층의 두께, 암석, 인장 강도에 따라 결정됩니다. 빔과 강도 이론에 따르면, 전 소련 학자 B·Лslesarev는 임계수압 값(또는 이론적 안전 수압 값, HL)과 임계 방수층 두께(또는 최소 안전 두께, tL)를 계산했습니다. 공식(그림 12-13):

특수 수문지질학

(하단 판에 번호가 매겨져 있고, 상판에 번호가 매겨져 있습니다 -) (12-1)

전문 수문지질학

(하판에 번호가 매겨져 있고, 상판에 번호가 매겨져 있음)(12-2)

수식에서 HL은 임계 수압 값, 즉, 특정 두께의 방수 지붕 바닥판이 견딜 수 있는 최대 수압 값(m 또는 t/m2) t는 바닥 또는 상단 방수층의 두께(m)입니다. (m) Kp는 바닥 또는 상부 방수층의 인장 강도(t/m2)이며, 이는 테스트 또는 터널 물 유입 데이터에 의해 결정될 수 있습니다. γ는 바닥 또는 지붕 방수층의 밀도( t/m3), 이는 테스트를 통해 결정됩니다. tL은 특정 수압 값을 견딜 수 있는 임계 방수층 두께입니다. 방수 바닥판 또는 지붕의 두께(m)는 실제 수압 값입니다. 터널 바닥이나 지붕에 작용합니다(m 또는 t/m2).

H≤HL 또는 t≥tL일 때 터널 바닥이나 지붕은 안정적이고 안전하며, 물 유입 가능성이 없거나 낮은 한계 평형 상태입니다. H>HL 또는 t

그림 12-13 대수층의 안전 수압 값과 최소 안전 두께와 실제 수압 값의 관계에 대한 모식도

그림 12-14 대수층의 수압 모식도 터널 측면의 정수압

2. 터널 측면 돌파 및 예측

B.Л. "전면"에서 물 유입을 방지하는 임계점을 도출했습니다. 단순 지지 보 및 강도 이론을 기반으로 한 터널의 측면 수압 값 및 임계 방수층 폭의 계산식(그림 12-14).

특수 수문지질학

특수 수문지질학

여기서: PL은 임계 수압(또는 이론적 안전 수압, t/m2)이거나 높이로 표현됩니다. 물기둥 H(m), L은 터널의 높이(m), a는 "전면" 또는 "측면" 대수층(또는 광산 기둥)의 폭(m)입니다. 방수층(또는 광석기둥)(t/m2) αL은 임계 방수층 두께(또는 방수암층의 이론적 안전폭, m)이고, P는 실제 수압값이다. (t/m2) H는 실제 수압의 수주 높이(m)입니다.

P≤PL 또는 a>aL이면 터널의 전면이나 측면이 안정적이고 안전하거나 극단적인 평형 상태에 있으며, 그렇지 않으면 P>PL 또는 a

위 공식을 사용할 때 특정 지질 및 광산 조건에 따라 2~3배의 안전계수를 채택해야 합니다.

위의 이론식과 더불어 우리나라 광산국에서는 물 유입 실습을 바탕으로 바닥판 물 유입 계수(또는 수압비, 방수 계수)의 실험식을 요약했습니다.

p>

전문 수문지질학

공식에서: KL은 임계 물 유입 계수(Pa/m)이고, P는 바닥 플레이트의 정수압(Pa)입니다. 방수층(m).

위 수식을 보면, 물 유입 계수의 의미는 방수층 두께 1m당 견디는 수압의 값임을 알 수 있습니다. 따라서 광산 지역 테스트와 물 유입 데이터를 기반으로 특정 임계 물 유입 계수를 요약하여 광산 바닥의 안정성을 예측할 수 있습니다. 계산을 보다 합리적으로 하기 위해서는 암석의 강도도 고려해야 하며 등가 두께를 사용하여 물 유입 계수를 계산해야 합니다.

3. 귀리구역 지붕 파괴(귀리구역 위 크랙지대)

광석(몸체)을 채굴한 후 지하에 귀리구역을 형성하거나 동굴을 채굴함 빈 지역 위의 지붕이 파괴되어 동굴 구역, 균열 구역 및 전체 이동 구역이 형성되며, 동굴 구역과 균열 구역은 물이 채워진 수원이 광산으로 들어가는 통로가 될 수 있습니다. 따라서 동굴탐험대의 최대 높이 h1과 h2를 계산할 필요가 있다(그림 12-15).

그림 12-15 지붕의 파괴적인 영향 영역의 최대 높이 분포에 대한 개략도

h1 - 동굴 구역의 높이 h2 - 동굴의 높이; 물 전도 균열 ​​구역; 1, 2 - 각각 동굴 형성 구역 범위와 균열 구역 범위를 나타냅니다.

지붕 파손 메커니즘의 복잡성으로 인해 최대 높이를 예측하기 위한 완전한 이론적 공식을 확립하는 것은 어렵습니다. 일반적으로 실제 관측자료를 바탕으로 관계도법이나 수리통계법을 사용하여 경험식이나 반경험식을 수립한다. 우리나라는 구소련의 다음 공식을 사용했습니다:

전문 수문지질학

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

공식에서, h1은 지붕 동굴 구역의 높이(m), M은 광석층의 두께 또는 채굴 두께(m), α는 광석층의 경사각, h2는 지붕 틈의 높이입니다. zone (m) Ks는 암석 팽창 계수(즉, 암석 동굴 팽창) 동굴 형성 전 원래 암석 부피에 대한 붕괴 후 부피의 비율이며, 그 값은 표 12-2에 나와 있습니다.

표 12-2 암석층별 파쇄팽창계수

우리 나라의 광산 실험에 따르면 위의 두 공식은 가파른 경사의 석탄(광산)층에는 적용되지 않습니다.

4. 표면 붕괴

주로 광산 붕괴와 카르스트 붕괴의 두 가지 유형이 있습니다. 광산 침강은 채굴 광체로 인한 표면 변형 및 움직임으로 인해 덩어리 위와 주변의 표면이 손상되는 것입니다. 카르스트 붕괴는 주로 일정 두께의 느슨한 층으로 덮인 카르스트 광산 지역의 카르스트 물로 채워진 암석층의 배수 및 배수로 인해 발생합니다. 배수 영향 범위 내에서 표면의 붕괴는 광범위한 영향을 미치며 매우 유해합니다. 한편, 지표 침하는 대기 강수량과 지표수가 터널로 유입되는 직접적인 경로를 제공하여 광산의 수원과 물의 양을 증가시킬 수 있으며, 다른 한편으로는 다양한 지상 건물과 시설에 심각한 영향을 미칠 수도 있습니다. . 간단히 말해서, 표면 붕괴는 적절한 조건에서 광물 퇴적물(구덩이)을 위한 물로 채워진 수로(경로)가 될 수 있습니다. 유해성이 매우 높기 때문에 이를 중시하고 예방과 통제를 강화해야 합니다.

5. 시추공으로 인한 수로

광상 채굴 중에 터널이 노출되거나 밀봉되지 않았거나 제대로 밀봉되지 않은 시추공에 가까이 있으면 지붕 및 바닥 대수층의 원천이 될 수 있습니다. , 지표수 및 기타 우물과 터널로 인해 물 유입 사고가 발생합니다. 시추공이 다른 수원과 연결되면 강한 물 흐름과 높은 압력으로 인해 물 유입 사고가 발생할 수도 있습니다. 예를 들어 허베이성 펑펑 왕펑 광산의 2호 다메이 항로에서 발견된 오래된 시추공으로 인해 유입되는 물의 양은 3600m3/h에 달했습니다. 허난성 핑딩산 탄광은 1967년, 1974년, 1975년 채광 중 오래된 시추공에서 물 유입을 겪었으며, 유입량은 각각 160, 420, 140m3/h였습니다. 따라서 탐사 작업을 완료한 후 필요에 따라 광물 매장지의 다양한 지질 탐사 시추공을 폐쇄해야 합니다. 의심스러운 시추공 근처에서 광물 매장지를 채굴할 때는 물 유입을 방지하기 위해 물을 방출해야 합니다.