Studio delle interazioni minerarie e acquifere in condizioni geologiche complesse e loro gestione

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9462 (2023) Citare questo articolo

Dettagli sulle metriche

L’interazione tra l’attività mineraria e le acque superficiali o il sistema acquifero in diverse condizioni degli strati di copertura è uno degli aspetti più critici delle pratiche minerarie sostenibili, che può portare alla perdita di acqua o all’afflusso di acqua nelle aperture. Questo articolo ha esaminato questo fenomeno in una condizione di strati complessi attraverso un caso di studio e ha proposto un nuovo progetto minerario per ridurre al minimo l’impatto dell’estrazione a pareti lunghe sulla falda acquifera sovrastante. È stata identificata una serie di fattori che contribuiscono al potenziale disturbo della falda acquifera, tra cui l’estensione dell’area ricca d’acqua, le caratteristiche delle unità rocciose di copertura e l’altezza di sviluppo della zona di frattura che conduce l’acqua. In questo studio, il metodo elettromagnetico transitorio e il metodo elettrico tridimensionale ad alta densità sono stati utilizzati per identificare due aree soggette a pericolo di spruzzi d'acqua sul fronte di lavoro. L'estensione verticale dell'area anomala 1 ricca d'acqua è di 45–60 m dal tetto, con un'area di 3334 m2. L'estensione verticale dell'area anomala 2 ricca d'acqua è di 30–60 m di distanza dal tetto, con un'area di circa 2913 m2. Il metodo di perforazione del substrato roccioso è stato utilizzato per determinare la parte più sottile del substrato roccioso, con uno spessore di circa 60 m, e la parte più spessa, con uno spessore di circa 180 m. Utilizzando il metodo empirico, la previsione teorica basata sul gruppo dello strato roccioso e il monitoraggio sul campo, l'altezza massima della zona di frattura indotta dall'estrazione mineraria è stata di 42,64 m. In sintesi, è stata determinata l'area ad alto rischio e l'analisi mostra che la dimensione del pilastro di prevenzione dell'acqua era di 52,6 m, che era più piccola del pilastro di prevenzione dell'acqua sicura effettivamente installato nell'area mineraria. La conclusione della ricerca fornisce importanti indicazioni di sicurezza per l'estrazione di miniere simili.

L'estrazione del carbone sotto il corpo idrico comprende l'estrazione del carbone sotto il corpo idrico superficiale, l'estrazione del carbone sotto il corpo idrico della falda acquifera sciolta e l'estrazione del carbone sotto il corpo idrico della falda acquifera del substrato roccioso1,2. Quando il corpo idrico è una falda acquifera rocciosa, lo spessore del substrato roccioso non è uniforme e il tetto della superficie di lavoro è coperto da una falda acquifera. In posizioni con spessore sottile del substrato roccioso, se la zona di frattura formatasi dopo l'estrazione del fronte di lavoro porta ad una falda acquifera, esiste il rischio di disastri dovuti all'influsso dell'acqua3,4,5,6.

L'estrazione sicura sotto la falda acquifera del fronte di lavoro del substrato roccioso è influenzata da molti fattori, come l'estensione dell'area ricca d'acqua, lo spessore e la struttura della roccia di copertura e l'altezza di sviluppo della zona di frattura che conduce l'acqua7,8 ,9,10,11,12,13. Molti ricercatori hanno una ricerca relativamente matura nella teoria e nell’applicazione pratica. Wang et al. hanno previsto l'altezza della zona di frattura che conduce l'acqua in diverse condizioni di spessore minerario stabilendo modelli meccanici14,15,16. Li et al. ha previsto e analizzato la fattibilità di un'attività mineraria sicura sotto le falde acquifere sulla base della teoria meccanica e ha determinato le condizioni critiche e le formule di previsione per il verificarsi di afflusso di acqua e scoppio di sabbia17,18. Chen et al. hanno simulato il processo sperimentale dei disastri dovuti all'influsso dell'acqua e allo scoppio della sabbia attraverso materiali simili e hanno avanzato suggerimenti fattibili per un'estrazione sicura sotto le falde acquifere19,20. Yang Bin et al. hanno descritto la complessa relazione non lineare tra il sistema di indici sotto la falda acquifera e la sicurezza mineraria attraverso modelli matematici21. In sintesi, numerosi ricercatori hanno eseguito numerose analisi sulla situazione attuale della ricerca su teorie e tecnologie relative al controllo dell'acqua e hanno ottenuto alcuni importanti risultati di ricerca22,4,23,24. La ricerca di cui sopra ha svolto un ruolo importante nel guidare l’analisi di fattibilità di un’estrazione mineraria sicura sotto il fronte di lavoro teoricamente previsto.

Per garantire l'estrazione sicura del fronte di lavoro sotto il complesso acquifero del substrato roccioso, determinare il livello di pericolo della falda acquifera e della struttura del substrato roccioso e prevedere l'altezza di sviluppo della zona di frattura dopo l'estrazione del fronte di lavoro sono i problemi chiave da risolvere per primi. . Attualmente, il modo principale per determinare il lavoro geologico e idrologico dell'esplorazione mineraria è ancora il metodo di rilevamento sul campo, che è anche il metodo più diretto e affidabile, compreso il metodo di perforazione, il metodo di prospezione geochimica, i metodi di esplorazione geofisica (inclusa la resistività ad alta densità metodo microsismico, metodo delle onde acustiche), esperimenti idrogeologici, ecc. L'uso di metodi di esplorazione geofisica per rilevare l'estensione dell'area ricca d'acqua del tetto e l'uso di metodi di perforazione per rilevare lo spessore e la struttura della roccia di copertura può essere più intuitivo e accurato per determinare la fattibilità di un'attività mineraria sicura sotto falde acquifere di fronti di lavoro rocciosi complessi.