云南毛坪铅锌矿水文地质结构特征及其采动影响

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云南毛坪铅锌矿处于水文地质单元径流-排泄区,矿体赋存于石门坎倒转背斜西翼陡倾斜的碳酸盐岩岩溶裂隙含水层中;区域构造发育,充水水源多样、水头高,矿坑涌水量大等问题制约着矿山资源的安全高效开采。本文主要利用3DMine软件建立矿山水文地质结构三维模型,并从其组成要素角度进行深入刻画;在此基础上,利用相似材料模拟试验与FLAC3D数值模型模拟矿体采动影响,分析其他人为扰动对矿山水文地质结构的影响;最后采用大井法、集水廊道法和数值模拟法预测研究区的涌水量,研究矿山水文地质结构演化对涌水量的影响。论文主要研究成果如下:(1)利用3DMine软件建立了矿山水文地质结构三维模型,分析并阐述了其在矿体形成与赋存条件、开采方式与采掘条件、采动围岩破坏等方面的特征。(2)在含水系统中圈定了河东矿区北部和泥盆系含水层南部区域为主要的水害威胁区;确定了石炭系丰宁统C1f~3段隔水层和石炭系丰宁统C1f隔水层组,验证了隔水性;将断层划分为断裂阻水、贮水、导水三种型式,矿区划分为复合断裂带Ⅰ、局部导水带Ⅱ和局部贮水带Ⅲ;概化出背斜西翼强富水含水层侧向充水-陡倾型和背斜东翼中等富水顶底板充水-平缓型两种矿山水文地质结构基本模式。(3)利用室内相似材料模型和FLAC3D数值模型模拟矿体采动影响,得出裂隙主要发育于各分层六边形进路开采阶段,先斜向上发育,后转为水平发育并达到稳定,最终形成高7.5~8.05 m的拱形破坏区;矿体采动对含水层影响有限,拱形破坏区容易成为汇水空间及通道,对两侧隔水层影响小。(4)局部注浆治理仅在430 m中段形成阻水段,在泥盆系含水层深部有限范围改善了水文地质条件,定位了主要导水通道。北部帷幕封堵矿区导水通道,使得外围强富水含水层对矿坑的补给减弱;区域帷幕形成人为隔水边界,将矿区围成一个相对封闭的单元。(5)利用大井法和集水廊道法对局部注浆治理前后的涌水量进行了预测,得到局部注浆治理工程造成矿山水文地质结构改变前,研究区490~310 m水平治理区域涌水量为1818~2469 m~3/h,改变后涌水量为1158~1809 m~3/h。(6)利用VISUAL MODFLOW建立数值模型,通过改变模型的边界条件和源、汇项等,模拟区域帷幕对涌水量的影响,预测矿山水文地质结构改变前研究区490~310 m水平治理区域涌水量为2447 m~3/h,区域帷幕形成后涌水量为988 m~3/h。
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