三维建模在矿山地下水防治中的应用

1. 三维立体模型建立

1.1 矿坑涌水点三维立体模型的建立

1.1.1 原始数据的收集。

将以往收集的山东黄金归来庄矿业有限公司涌水点的信息, 包括经纬度坐标、高程、涌水量、水压和跑浆位置等编制成EXCEL表格。

1.1.2 原始数据的处理与涌水点分布模型的建立。

根据研究目的, 主要提取了涌水点的经纬度坐标、高程和涌水量 (Q) 。根据涌水量的不同和涌水量大小对采矿的影响, 对其进行了4个等级的划分, 分别是Q≤50m3/h、50m3/h500m3/h。经过对原始数据的处理后, 把数据导入dimine中, 建立涌水点三维立体分布模型。

1.2 巷道模型的建立与涌水点分布立体图的合并

收集矿区+10米中段、-30米中段、-70米中段、-110米中段、-150米中段以及-100米分段、-88米分段、-118米分段、-59米分段、-46米分段等CAD工程平面图, 使用dimine软件生成巷道立体模型, 并与涌水点分布立体模型合并。

1.3 地层模型建立

通过用涌水点分布图可看出, 富水区应在26剖面线以东, 所以本次地层建模主要建立的是剖面线27线以东的地层。首先收集矿区27剖面线、26剖面线、25剖面线、24剖面线和23剖面线共5个剖面线的cad文件, 把这5个剖面线的文件做如下处理:①建立单独的地层图层, 把地层线框保存到地层图层中;②对不同的地层使用不同颜色的线区分;③把其他图层关闭, 分别保存这5个剖面线文件, 使其保存为.dxf格式;④在dimine中分别打开这5个文件, 使用实体建模中的连线框, 生成地层三维立体模型。

1.4 构造建模

矿区内主要的构造为F1、F4、F5、F6和F10, 在富水区域, 揭露导水构造是F1、F4和F10, 所以本次主要建立了这三个构造的三维立体模型。

2. 地下水的分析与结论

2.1 地下水的水力联系

根据建立的涌水点分布模型, 结合涌水点分布状态、水压、水量变化、注浆跑浆量、跑浆位置、地表7个观测孔水位变化趋势, 对涌水点进行科学分类, 认为:F4断裂带是矿区导水的主通道, 主要控制F1~F4间的下盘水, F1、F10联合控制了F1上盘水, 这两股水相互联通;地下水的总体流动方向是由东向西进入矿坑, 坑内涌水点之间水力联系较强。

2.2 涌水点与地层和构造之间的关系

通过富水区三维立体模型不同侧面的观察, 结合地表7个观测孔资料进行综合分析和研究发现:

2.2.1涌水点主要分布在凤山庄组2段和凤山庄组1-2段, 是寒武系碳酸盐地层与奥陶系碳酸盐地层的平行不整合面附近, 具明显的层控性;

2.2.2最大的涌水点位于F4断裂带, 其上部GC6、GC7、GC8孔水位的变化表明, F4断裂带是矿区导水的主通道, F1和F10为次要的导水构造;

2.2.3涌水点大于100m3/h的主要分布在F4断裂处和受F1控制的矿体的上盘, 且F4上盘与F1下盘之间涌水点数量少, 涌水量大, 多集中于F4断裂附近, 占全矿区涌水量的70%以上;F1上盘涌水点多, 涌水量少, 且相对稳定, 多集中于25线以东;F1上下盘涌水点水量变化趋势相似。说明F4构造为主导水通道, 补水充足, 且F4和F1相连通。

3. 制定地下水防治措施, 取得良好效果

鉴于上述规律认识, 一是提出, -50米以下尽量不布置探水工程, 二是对富水区, 要以总结出的探、放、堵、排、避五字防治水要诀为指导, 开展地下水防治工作。所谓探就是超前探水, 超前预测;放就是对24线附近水来源方向即矿体尖灭部位施工泄水孔, 截断东部或是上部向矿体部位的地下水补给;堵就是对矿体上下盘裂隙水进行注浆封堵, 或者对重要涌水点安装孔口阀, 做到可关可开, 开关自如, 观察涌水点的变化, 保证注浆堵水效果;排就是将地下水汇集到水仓, 再排到地表;避就是在靠近矿体尖灭端, 施工超前探水钻孔, 确定防水保安矿柱的保留方案, 最大限度的回采金矿石, 即保证生产的安全, 又取得了良好的经济和社会效益。

4. 经济效益和社会效益

4.1 经济效益

探水工作有所为有所不为, 即-150米以下原则上不施工探水工程;摒弃探水先行、有掘必探的防治水理念, 坚持超前预测、有疑必探的原则, 不仅节省了大量的探水工程, 加快了掘进速度, 同时保证了施工安全。仅此一项可节约长探工程2400米, 短探工程2160米, 总价25.62万元。

4.2 社会效益

4.2.1三维建模技术应用, 增强防治水工作的针对性, 为富水区大量金资源的安全回收, 延长矿山服务年限, 保证生产的可持续发展, 提供了理论研究手段。

4.2.2三维建模技术应用地下水的研究, 为下一步地下水全面治理的招标、解决水资源浪费、避免岩溶地表塌陷、杜绝水污染等提供可靠地质资料和科学依据。

4.2.3 该技术对地质找矿研究、采矿设计与管理均具推广和借鉴之意义。

4.2.4 东部富水区金资源的回收, 可增加利润约2026万元。

4.2.5 实现矿区地下水的全面治理, 每年可减少排水费用2600万元。

摘要：山东黄金归来庄金矿床为隐爆侵入角砾岩型金矿床, 属大水黄金矿山, 矿床充水量强大, 日常涌水量一般7万m3/d—8万m3/d, 最高可达12万m3/d。井下采掘系统庞大, 到处暴露的涌水点和构造, 地下水已形成了一个补给-径流-排泄的强大动态体系, 水压大、流速高, 传导体系复杂多变, 形态各异。

关键词：三维建模,矿山,地下水