Estudo das interações de mineração e aqüífero em condições geológicas complexas e sua gestão

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9462 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

A interação da mineração com a água de superfície ou sistema aquífero em diferentes condições de estratos de cobertura é um dos aspectos mais críticos das práticas de mineração sustentável, que pode levar à perda de água ou entrada de água em aberturas. Este artigo examinou esse fenômeno em uma condição de estratos complexos por meio de um estudo de caso e propôs um novo projeto de mineração para minimizar o impacto da mineração longwall no aquífero sobreposto. Uma série de fatores foram identificados contribuindo para a potencial perturbação do aquífero, incluindo a extensão da área rica em água, as características das unidades rochosas de cobertura e a altura de desenvolvimento da zona de fratura condutora de água. Neste estudo, o método eletromagnético transiente e o método elétrico tridimensional de alta densidade foram usados ​​para identificar duas áreas propensas ao perigo de irrupção de água na face de trabalho. A faixa vertical da área anormal rica em água 1 é de 45 a 60 m de distância do telhado, com uma área de 3334 m2. A faixa vertical da área anormal rica em água 2 é de 30 a 60 m de distância do telhado, com uma área de aproximadamente 2.913 m2. O método de perfuração do leito rochoso foi usado para determinar a parte mais fina do leito rochoso, com espessura de aproximadamente 60 m, e a parte mais espessa, com espessura de aproximadamente 180 m. A altura máxima induzida pela mineração da zona de fratura foi de 42,64 m usando método empírico, previsão teórica baseada no grupo de estrato rochoso, monitoramento de campo. Em resumo, a área de alto risco foi determinada e a análise mostra que o tamanho do pilar de prevenção de água era de 52,6 m, o que era menor do que o pilar de prevenção de água segura realmente definido na faixa de mineração. A conclusão da pesquisa fornece um importante significado de orientação de segurança para a mineração de minas semelhantes.

A mineração de carvão sob o corpo de água inclui a mineração de carvão sob o corpo de água de superfície, a mineração de carvão sob o corpo de água do aquífero solto e a mineração de carvão sob o corpo de água do aquífero de leito rochoso1,2. Quando o corpo d'água é um aquífero rochoso, a espessura do leito rochoso é desigual e o teto da face de trabalho é coberto por um aquífero. Em posições com espessuras finas de rocha, se a zona de fratura formada após a mineração da face de trabalho levar a um aquífero, existe o risco de desastres de inundação de água3,4,5,6.

A mineração segura sob o aquífero da face de trabalho do leito rochoso é afetada por muitos fatores, como o escopo da área rica em água, a espessura e a estrutura da rocha de cobertura e a altura de desenvolvimento da zona de fratura condutora de água7,8 ,9,10,11,12,13. Muitos pesquisadores têm pesquisas relativamente maduras em teoria e aplicação prática. Wang et ai. previu a altura da zona de fratura condutora de água sob diferentes condições de espessura de mineração, estabelecendo modelos mecânicos14,15,16. Li et ai. previu e analisou a viabilidade de mineração segura sob aquíferos com base na teoria mecânica e determinou as condições críticas e fórmulas de previsão para a ocorrência de inundação e estouro de areia17,18. Chen et ai. simulou o processo experimental de inundação de água e desastres de estouro de areia por meio de materiais semelhantes e apresentou sugestões viáveis ​​para mineração segura sob aquíferos19,20. Yang Bin e cols. descreveu a complexa relação não linear entre o sistema de índices sob o aquífero e a segurança da mineração por meio de modelos matemáticos21. Em resumo, numerosos pesquisadores realizaram muitas análises sobre a situação atual de pesquisa de teorias e tecnologias relacionadas ao controle da água e obtiveram alguns resultados de pesquisa importantes22,4,23,24. A pesquisa acima desempenhou um papel importante na orientação da análise de viabilidade da mineração segura sob a face de trabalho prevista teoricamente.

Para garantir a mineração segura da face de trabalho sob o complexo aquífero de leito rochoso, determinar a faixa de perigo do aquífero e da estrutura do leito rochoso e prever a altura de desenvolvimento da zona de fratura após a mineração da face de trabalho são os principais problemas a serem resolvidos primeiro . Atualmente, a principal maneira de determinar o trabalho geológico e hidrológico da exploração de minas ainda é o método de detecção de campo, que também é o método mais direto e confiável, incluindo o método de perfuração, método de prospecção geoquímica, métodos de exploração geofísica (incluindo resistividade de alta densidade método, método microssísmico, método de ondas acústicas), experimentos hidrogeológicos, etc. O uso de métodos de exploração geofísica para detectar o escopo da área rica em água do telhado e o uso de métodos de perfuração para detectar a espessura e a estrutura da rocha de cobertura pode ser mais intuitivo e preciso para determinar a viabilidade de mineração segura sob aquíferos de faces de trabalho de base rochosa complexas.