《遺留空區(qū)(群)治理與殘余資源安全復采》以某黃金礦山為工程背景,基于選礦尾砂與地下采空區(qū)、殘余礦體互為資源的理念,對金屬礦山遺留空區(qū)(群)治理以及受采空區(qū)影響區(qū)域內的殘余資源安全復采技術與方法進行了全面論述,涵蓋了金屬礦山遺留空區(qū)(群)探測技術、空區(qū)穩(wěn)定性評價與分級、空區(qū)穩(wěn)定性控制與充填治理、全尾砂充填材料基本特性、大體積全尾砂充填料漿快速脫水技術、殘余資源安全復采工藝等方面的內容,系統(tǒng)解決了黃金礦山地下遺留采空區(qū)隱患充填治理、選礦尾砂環(huán)境友好處置以及井下殘余礦產(chǎn)資源安全復采的技術難題,實現(xiàn)了金屬礦山綠色開采與生態(tài)環(huán)境保護并重的礦業(yè)資源可持續(xù)發(fā)展。
《遺留空區(qū)(群)治理與殘余資源安全復采》可供從事金屬與非金屬礦山開采理論及其工程應用的科研人員與高等院校相關專業(yè)師生使用,也可供采礦工程技術人員、礦山生產(chǎn)管理人員閱讀參考。
我國已成為世界第一大金屬礦產(chǎn)生產(chǎn)和消費國,2017年鐵、銅、鉛、鋅、黃金等主要礦種原礦年產(chǎn)量占世界總量的50%以上。礦產(chǎn)資源長期大規(guī)模開采以及采空區(qū)處理滯后,在地下形成大量的采空區(qū),嚴重威脅著周邊居民生命財產(chǎn)安全和礦區(qū)生態(tài)環(huán)境健康,已成為金屬礦山的重大危險源之一。原國家安監(jiān)總局于2014年6月17日頒布第67號令,明文規(guī)定金屬非金屬地下礦山企業(yè)“必須加強頂板管理和采空區(qū)監(jiān)測、治理”。
由于礦體賦存狀態(tài)的多樣性和地下開采環(huán)境的復雜性,使得金屬礦山采空區(qū)具有隱蔽性、動態(tài)性、聚集性等特點,準確掌握采空區(qū)的空間位置及其形態(tài),正確分析評價采空區(qū)的穩(wěn)定性是采空區(qū)治理的技術關鍵之一。本書以某黃金礦山遺留空區(qū)(群)治理和殘余資源安全復采為工程背景,提出了一種基于地下金屬礦山開采環(huán)境修復的殘余資源安全復采理念,利用選礦尾砂充填治理地下遺留空區(qū),為受空區(qū)影響區(qū)域內的殘余資源復采營造了新的采礦應力環(huán)境,既治理了地下遺留空區(qū)(群)隱患,又解決了選礦尾砂的排放問題,還實現(xiàn)了殘余資源的安全復采,為解決金屬礦山當前面臨的尾礦庫庫容不足、選礦尾砂環(huán)境友好型處置、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護壓力大、井下生產(chǎn)存在安全隱患以及延長資源危機礦山服務年限等問題提供了技術依據(jù),促進了礦產(chǎn)資源開發(fā)與礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復的協(xié)同發(fā)展。
本書主要介紹了以下技術創(chuàng)新成果:
(1)遺留空區(qū)(群)精準探測與穩(wěn)定性評價技術。針對金屬礦山遺留采空區(qū)(群)具有復雜性、隱蔽性、聚集性的特點,提出了隱覆空區(qū)物探結合開放空區(qū)激光掃描的空區(qū)精準探測技術。通過三維地質建模、理論分析和數(shù)值模擬,開展了遺留空區(qū)(群)鏈式致災機理和穩(wěn)定性評價技術的研究,將礦區(qū)遺留空區(qū)(群)按安全程度劃分為穩(wěn)定、較穩(wěn)定和不穩(wěn)定三個等級,為遺留空區(qū)(群)治理與充填順序優(yōu)化提供了理論指導。
(2)遺留空區(qū)(群)大體積全尾砂充填料漿快速脫水與動態(tài)監(jiān)測技術。針對全尾砂充填料漿顆粒細微、保水性強、脫水困難的特點,基于全尾砂和碎石存在滲透系數(shù)差異的理論,提出了一種大體積全尾砂充填料漿快速脫水與動態(tài)監(jiān)測技術方法,并研發(fā)了一套空區(qū)充填料漿脫水模擬試驗裝置,為遺留空區(qū)(群)尾砂充填治理提供了技術保障。
。3)遺留空區(qū)(群)隱患治理與殘余資源安全復采協(xié)同技術。針對遺留空區(qū)(群)影響區(qū)域內存在大量的殘余資源有待開發(fā)利用,基于選礦尾砂與地下采空區(qū)、殘余礦體互為資源的理念,以地下開采環(huán)境修復與再造為指導,從協(xié)同理論的角度出發(fā),提出了一套金屬礦山遺留空區(qū)(群)隱患治理與殘余資源安全復采協(xié)同技術,最大限度地回收受遺留空區(qū)(群)影響的殘余資源,對延長資源危機礦山的服務年限,實現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
在本書撰寫過程中,引用了諸多專家學者和相關研究人員的成果和論著,作者深表謝意。本書的撰寫還得到了山東黃金礦業(yè)(玲瓏)有限公司的閆少華副總經(jīng)理、劉家瑞高工、劉杰碩士、華北科技學院翟盛銳博士,中國安全生產(chǎn)科學研究院李全明教授級高工、付士根教授級高工以及科研團隊的徐文彬副教授、雷強碩士、李亞楠碩士、柴岳鵬碩士、張毅碩士、肖宏超碩士等的大力幫助,在此一并表示感謝。
本書的出版得到了“十三五”國家重點研發(fā)計劃重點專項(2018YFC0808403)的資助。
限于時間和水平,書中不妥之處在所難免,懇請專家、學者不吝批評和賜教。
1 緒論
1.1 研究背景
1.2 相關技術研究現(xiàn)狀
1.2.1 采空區(qū)探測技術
1.2.2 空區(qū)穩(wěn)定性分析
1.2.3 采空區(qū)治理技術
1.2.4 充填采礦技術
1.2.5 殘余資源復采與回收
1.2.6 存在的不足
1.3 研究內容與研究方法
1.3.1 研究目標
1.3.2 研究內容
1.3.3 研究方法
1.4 關鍵技術與技術路線
1.4.1 關鍵技術
1.4.2 技術路線
1.5 技術創(chuàng)新點
2 遺留空區(qū)(群)分布與探測
2.1 礦山開采現(xiàn)狀
2.1.1 地質概況
2.1.2 生產(chǎn)系統(tǒng)
2.1.3 采礦方法
2.1.4 充填系統(tǒng)
2.2 采空區(qū)探測技術及方法
2.2.1 概述
2.2.2 開放空區(qū)探測
2.2.3 隱覆空區(qū)探測
2.3 遺留空區(qū)與廢置巷道空間分布調查
2.3.1 遺留空區(qū)統(tǒng)計與分析
2.3.2 廢置巷道統(tǒng)計與分析
3 遺留空區(qū)(群)穩(wěn)定性評價與分級
3.1 概述
3.1.1 采空區(qū)穩(wěn)定性影響因素
3.1.2 采空區(qū)穩(wěn)定性分析
3.1.3 采空區(qū)規(guī)模等級劃分
3.2 遺留空區(qū)(群)空間分布
3.2.1 礦脈及空區(qū)分布
3.2.2 采空區(qū)結構參數(shù)
3.2.3 采空區(qū)破壞現(xiàn)狀
3.3 空區(qū)穩(wěn)定性理論分析
3.3.1 頂板破壞失穩(wěn)形式及力學機理
3.3.2 礦柱破壞失穩(wěn)形式及力學機理
3.3.3 采空區(qū)頂板穩(wěn)定性分析
3.3.4 采空區(qū)礦柱穩(wěn)定性分析
3.3.5 采空區(qū)穩(wěn)定性分級
3.4 空區(qū)穩(wěn)定性數(shù)值計算
3.4.1 模型建立
3.4.2 結果分析
3.4.3 綜合評價
3.5 空區(qū)充填治理效果分析
3.6 本章小結
4 全尾砂充填材料基本特性研究
4.1 全尾砂基本性能
4.1.1 粒級組成
4.1.2 化學成分
4.1.3 礦物組成
4.1.4 相對密度
4.1.5 物化指標
4.2 全尾砂漿基本性能
4.2.1 室內全尾砂沉降試驗
4.2.2 選廠全尾砂沉降試驗
……
5 大體積全尾砂充填料漿脫水技術
6 遺留空區(qū)(群)穩(wěn)定性控制與充填治理
7 基于開采環(huán)境修復的殘余資源安全復采
8 研究結論與應用展望
參考文獻
附錄