鐵礦水文地質(zhì)災(zāi)害綜合治理與地下水資源保護(hù)可行性研究報告

PAGEPAGE881.緒論***鐵礦集團(tuán)吳莊鐵礦采用井下巷道方式開采，由于充水含水層富水性強(qiáng)，導(dǎo)水?dāng)鄬影l(fā)育，致使礦坑存在巨大突水隱患，排水成本成倍增加，礦山開采越來越困難。為了充分開采地下鐵礦資源、降低礦山開采成本、保護(hù)地下水資源，擬開展礦區(qū)水害的綜合治理研究工作。（1）項目名稱：***鐵礦集團(tuán)吳莊鐵礦水文地質(zhì)災(zāi)害綜合治理與地下水資源保護(hù)可行性研究（2）研究治理范圍：吳莊鐵礦4.80km2的礦（3）項目類型：技改續(xù)作項目（4）起止時間：2009年8月至2010年12月（5）承擔(dān)單位：***鐵礦集團(tuán)有限公司（國有股份制企業(yè)）（6）法定代表人：（7）通訊地址：江蘇省銅山縣利國鎮(zhèn)郵政編碼：2211381.1目的任務(wù)及工作范圍1.1.1目的任務(wù)本次工作的目的是：進(jìn)一步查明吳莊鐵礦礦區(qū)水文地質(zhì)條件，分析論證礦床充水因素及礦坑水害治理的可行性，圈定導(dǎo)水?dāng)鄬訕?gòu)造及地下水徑流帶位置，擬定初步的堵治水方案，為礦區(qū)水文地質(zhì)災(zāi)害綜合治理與地下水資源保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。主要任務(wù)為：（1）進(jìn)一步查明礦區(qū)水文地質(zhì)條件及礦床充水含水層中地下水的賦存、補(bǔ)給及運(yùn)移特征；（2）查明礦坑突水來源及其導(dǎo)入通道，分析突水機(jī)理、論證礦坑水害治理的可行性；（3）擬定初步的堵治水方案，提出地下水資源保護(hù)措施。1.1.2研究工作區(qū)范圍礦區(qū)水害治理可行性研究范圍，西起F20斷層，東至ZK29號孔西側(cè)，北以蘇莊為界，南至ZK39孔北，面積約4.801.2地質(zhì)與水文地質(zhì)工作研究程度自上世紀(jì)五十年代以來，地質(zhì)、煤炭、冶金、電力等部門為了不同的工作目的，先后在該區(qū)域開展過多次地質(zhì)、水文地質(zhì)及礦產(chǎn)地質(zhì)勘查研究工作，2006—2008年我礦又在礦區(qū)西部開展了部分導(dǎo)水?dāng)鄬拥姆舛略囼灩ぷ鳎瑸楸敬慰尚行匝芯刻峁┝溯^為充分的資料依據(jù)。以往開展的主要地質(zhì)工作分述如下。1.2.1地質(zhì)工作1.2.1.1區(qū)域地質(zhì)調(diào)查上世紀(jì)六十年代初期，江蘇省地質(zhì)局區(qū)調(diào)隊和第五地質(zhì)大隊先后在該區(qū)開展了1：20萬和1：5萬的區(qū)域地質(zhì)測量工作，其中江蘇省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊在1978年提交了1：5萬賈汪幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告。該報告對區(qū)域地層、地質(zhì)構(gòu)造及礦產(chǎn)資源分布等方面進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述，成為該區(qū)早期最為系統(tǒng)的地質(zhì)資料。1.2.1.2礦產(chǎn)普查與勘探上世紀(jì)七十年代，江蘇省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊先后在該區(qū)開展了吳莊鐵礦礦區(qū)地質(zhì)勘探及吳莊鐵礦義和莊礦體詳查工作，于1975年11月和1978年6月分別提交了《江蘇省利國吳莊鐵礦地質(zhì)勘探報告》和《江蘇省利國吳莊鐵礦義和莊礦體詳查地質(zhì)報告》。上述報告對礦區(qū)地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造均進(jìn)行了較詳細(xì)敘述，對礦區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)行了較深入分析，論述了礦區(qū)含水層裂隙巖溶發(fā)育規(guī)律、構(gòu)造含水帶的富水性特征以及礦床充水因素和地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，采用多種方法預(yù)測了礦坑的涌水量。1.2.2水文地質(zhì)工作1.2.2.1廠、礦供水上世紀(jì)五十年代，為解決微山縣韓莊電廠供水問題，西安電力設(shè)計院在該區(qū)進(jìn)行了供水水文地質(zhì)普查工作，并在礦區(qū)西部施工了2眼水文地質(zhì)勘探鉆孔和6眼供水井，建成了電廠供水水源地，自水源地開采以來積累了詳細(xì)的開采量系列資料。1.2.2.2水文地質(zhì)1979—1980年，***利國鐵礦勘探隊開展了吳莊礦區(qū)副井工程地質(zhì)水文地質(zhì)勘察，布置了部分物探工作，施工了5個水文地質(zhì)勘探鉆孔，進(jìn)行了鉆孔分層抽水試驗及地下水流速、流向的測定；查明了副井區(qū)段的水文地質(zhì)條件、預(yù)測了井筒淺部、深部含水段的涌水量；提交了《***利國鐵礦吳莊礦區(qū)副井工程地質(zhì)水文地質(zhì)勘察報告》。1981—1983年，江蘇省地質(zhì)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊開展了濟(jì)徐淮（江蘇省域）巖溶水文地質(zhì)、工程地質(zhì)調(diào)查評價工作，于1983年7月提交了《濟(jì)徐淮（江蘇省域）巖溶水文地質(zhì)、工程地質(zhì)綜合評價報告》，該報告對區(qū)域水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件進(jìn)行了較為系統(tǒng)的評價和分析、論述。此外，1998年10月，江蘇省地礦局、江蘇省煤田地質(zhì)公司、華東有色勘探公司合作編制完成的《中國北方巖溶地下水資源及大水礦區(qū)巖溶水預(yù)測、利用與管理研究（江蘇省***地區(qū)）》，也對礦區(qū)的水文地質(zhì)條件和巖溶水資源狀況進(jìn)行了較全面的闡述。但從以往各項勘查、研究工作來看，區(qū)域水文地質(zhì)工作僅是涉及礦區(qū)范圍，基本未投入實際性的工作；礦區(qū)勘探則主要查明了礦體的分布狀況，水文地質(zhì)試驗等工作方法明顯不足；導(dǎo)致礦區(qū)水文地質(zhì)條件、尤其是礦區(qū)地下水與區(qū)域地下水的水力聯(lián)系未能詳細(xì)查明。所以本次可行性研究將需要布置部分水文地質(zhì)工作來解決這一問題，以進(jìn)一步增加治理方案的科學(xué)性、合理性，取得更好的防治效果。1.3礦區(qū)及企業(yè)概況1.3.1礦區(qū)地理位置吳莊鐵礦為***鐵礦集團(tuán)有限公司的下屬企業(yè)，位于江蘇省***市銅山縣利國鎮(zhèn)境內(nèi)，礦床采區(qū)位于利國鎮(zhèn)吳莊村南部，北距山東省微山縣韓莊鎮(zhèn)5km，西臨微山湖，面積約4.80km2。礦區(qū)西部有京滬鐵路和104國道通過，東側(cè)有京福高速公路穿越，京杭大運(yùn)河和韓莊運(yùn)河分別從礦區(qū)南部和北部經(jīng)過；水陸交通發(fā)達(dá)、交通條件十分便利。見圖1—1。圖1—1吳莊礦區(qū)交通位置圖1.3.2礦區(qū)自然條件吳莊礦區(qū)處在微山湖東南部的湖積平原與剝蝕殘丘的交接地帶，地形開闊、起伏不大；區(qū)內(nèi)除有少量人工開挖的溝渠外，無較大自然河流經(jīng)過。礦區(qū)工農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)。工業(yè)以鐵、煤采選、冶煉及水泥建材制品為主，農(nóng)業(yè)以種植小麥、水稻、玉米為主。電力資源豐富，基礎(chǔ)條件良好。1.3.3企業(yè)概況***鐵礦集團(tuán)有限公司是以原利國鐵礦為基礎(chǔ)改制成立的國有中型礦山企業(yè)，隸屬于***市國資委。自1949年利國鐵礦恢復(fù)建設(shè)以來至1998年停產(chǎn)時，累計生產(chǎn)鐵礦石2000萬t。2000年以后恢復(fù)生產(chǎn)，開始開采利國鎮(zhèn)北礦區(qū)，經(jīng)過幾年的開采，鎮(zhèn)北礦區(qū)儲量已大幅減少，為保持企業(yè)持續(xù)發(fā)展，又開始建設(shè)吳莊礦區(qū)，作為企業(yè)的接續(xù)礦區(qū)。截至2008年底，***鐵礦集團(tuán)已擁有固定資產(chǎn)原值8388.7萬元，資產(chǎn)凈值7342.7萬元，在職職工2507人，其中吳莊鐵礦職工800人。吳莊鐵礦開采方式：采用井下巷道開拓、房柱法及全面留礦法采礦、豎井提升礦石。1.3.4礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀***鐵礦集團(tuán)有限公司為采選聯(lián)合企業(yè)，坑內(nèi)采出礦石運(yùn)至選礦廠進(jìn)行分選，設(shè)計采選原礦規(guī)模為50萬t/a，主要開采高爐平爐富礦。1976年建設(shè)了選礦廠二期工程：細(xì)破碎、磨礦、浮選、磁選、精礦脫水等項目，年處理原礦36.64萬t，處理露天采場的貧鐵礦石。1998年因西馬坑露天采場出現(xiàn)滲水，不能維持正常生產(chǎn)，采場被迫關(guān)閉，選廠也相繼停產(chǎn)。2000年新建了鎮(zhèn)北礦區(qū)坑下采場，采礦能力為30萬t/a。目前選礦廠礦石主要由鎮(zhèn)北礦區(qū)供應(yīng)。隨著鎮(zhèn)北礦區(qū)儲量逐漸減少，***鐵礦集團(tuán)開始建設(shè)吳莊礦區(qū)，作為鎮(zhèn)北礦區(qū)的接續(xù)礦山，設(shè)計原礦開采能力50萬t/a，礦石送往現(xiàn)有選礦廠分選；現(xiàn)有選礦廠經(jīng)過擴(kuò)產(chǎn)改造后原礦處理能力擴(kuò)大到60萬t/a，同時加工處理鎮(zhèn)北和吳莊兩個礦區(qū)的礦石。2008年處理鎮(zhèn)北礦區(qū)礦石26萬t，原生磁鐵礦與赤褐菱鐵礦比為9：1，處理吳莊礦區(qū)礦石約20萬t；產(chǎn)鐵精礦鎮(zhèn)北礦區(qū)14.42萬t（TFe≥65%），吳莊礦區(qū)11.475萬噸t（TFe≥65.59%）；實現(xiàn)銷售收入31508.50萬元，利稅10050萬元。1.4資源技改條件吳莊鐵礦屬于接觸交代型的中型富鐵礦床，礦石產(chǎn)于侵入巖體與圍巖接觸帶及層間破碎帶復(fù)合構(gòu)造中，類型為含銅鈷硫化礦的鐵礦石，在回收鐵的同時，還可綜合回收銅鈷等其它金屬。根據(jù)江蘇省地質(zhì)局第五地質(zhì)隊1975年11月提交的《江蘇省利國吳莊鐵礦地質(zhì)勘探報告》，礦床地質(zhì)儲量C1+C2級1524.15萬t，平均品位49.56%；主要由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號四個礦體組成。礦石開采方式為地下開采，豎井提升?，F(xiàn)已完成礦井的基建工作，總投資1.2億元。目前影響礦區(qū)開采的環(huán)境因素主要是礦坑突水。由于圍巖裂隙巖溶發(fā)育，富水性強(qiáng)，并且分布多條導(dǎo)水?dāng)鄬?，?dǎo)致開采過程中巷道內(nèi)涌水量不斷增大，排水成本成倍增加，并隨時威脅著井下設(shè)備正常運(yùn)行和礦工的生命安全。在進(jìn)一步查明礦床充水因素及突水來源、導(dǎo)水通道的基礎(chǔ)上，制定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的綜合治理方案，通過帷幕注漿堵截地下水徑流，減少向礦坑中的流入，降低排水成本，保障井下生產(chǎn)安全。并同時解放出部分防水礦柱資源量，提高礦石回采率，使有限的鐵礦資源得到充分的開發(fā)利用。1.5可行性研究依據(jù)本次可行性研究的主要依據(jù)有：（1）江蘇省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊1975年11月提交的《江蘇省利國吳莊鐵礦地質(zhì)勘探報告》；（2）山東省魯南地質(zhì)工程勘察院2006年9月提交的《江蘇省***市鐵礦集團(tuán)吳莊鐵礦水文地質(zhì)物探成果總結(jié)報告》；（3）山東省魯南地質(zhì)工程勘察院2006年9月提交的《江蘇省***市鐵礦集團(tuán)吳莊鐵礦礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查報告》；（4）***鐵礦集團(tuán)有限公司吳莊鐵礦井下巷道開采、排水生產(chǎn)記錄等資料。1.6項目實施的必要性***鐵礦集團(tuán)吳莊鐵礦目前采用井下巷道方式開采，由于礦體圍巖裂隙巖溶發(fā)育、富水性強(qiáng)，并且分布多條導(dǎo)水性的斷層，致使在開采過程中，巷道中地下水涌入量不斷增大，并多次出現(xiàn)突水災(zāi)害。其中在標(biāo)高-430m中段主溜井巷道左幫出現(xiàn)的突水點(diǎn)突水量780m3/h，在標(biāo)高-380m水平東二巷巖溶水順灰?guī)r層間裂隙突入水量80m3/h，在標(biāo)高-380mⅣ號礦體中施工外環(huán)水平探水孔時遇到溶洞發(fā)生突水，涌水量200～300m3/h。礦坑突水不但造成了礦層開采困難、排水成本成倍增加，而且也存在著巨大的安全隱患，大量的地下水白白排入河道，也是一種資源浪費(fèi)。開展礦區(qū)水文地質(zhì)災(zāi)害綜合治理與地下水資源保護(hù)可行性研究工作，進(jìn)一步查明礦區(qū)斷層構(gòu)造的控水特征及礦床充水來源，制定合理的封堵水方案，通過工程措施減輕或消除安全隱患，對于最大限度地開發(fā)利用地下鐵礦資源、保障礦區(qū)采掘工人的生命安全、實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)2.礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件2.1自然地理概況2.1.1地形地貌特征吳莊鐵礦位于徐淮剝蝕堆積平原。地表起伏不大，自郝家莊向北經(jīng)吳莊村至小樓子村，分布著一條不太明顯的近南北向壟崗，地面標(biāo)高38～42m，構(gòu)成該區(qū)的地表分水嶺；分水嶺以東地表水向尹家河方向匯流，以西向微山湖方向匯流。礦區(qū)南部的大成山一帶為低山丘陵區(qū)，由數(shù)十個山丘組成，走向北東75°，綿延10余km，山體標(biāo)高50～200m，由寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)地層組成。2.1.2氣候氣候類型屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，長年多東南風(fēng)。春季氣溫升高快，蒸發(fā)強(qiáng)，常出現(xiàn)春旱；夏季降水集中，多出現(xiàn)暴雨，造成夏澇；秋季天氣多晴，雨水偏少；冬季雨水稀少，多西北風(fēng)。多年平均降水量869.9mm，最大年降水量1279.0mm，最小年降水量515.2mm；年內(nèi)降水量多集中在6～8月份，其間的降水量占全年的59%；最大月降水量464.3mm，最大日降水量125.0mm。多年平均氣溫14.4℃，歷史最高氣溫43.3℃，最低氣溫-18.9℃。年平均風(fēng)速3m/s左右，相對濕度60%左右，年平均無霜日200～220d，全年日照時數(shù)約2400小時，歷年土層最大凍結(jié)深度0.24m。2.1.3水文2.1.3.1微山湖微山湖位于礦區(qū)西部，相距3.3公里，是鄰近區(qū)域最大的地表水體。該湖與昭陽湖、獨(dú)山湖、南陽湖相互連通，合稱為南四湖，總流域面積31700km2，總庫容約13億m3。其中微山湖流域面積9900km2，庫容2.5億m3，正常湖水位標(biāo)高31～33m，最高水位36.84m（1957年）。目前微山湖與昭陽湖之間修筑了東西向大壩及兩座節(jié)制閘，湖水位受到微山湖與吳莊鐵礦之間分布著一條寬度500～750m的條帶狀奧陶系灰?guī)r，一般隱伏于第四系亞粘土和鈣質(zhì)結(jié)核亞粘土之下，覆蓋層厚度1～10m；在礦區(qū)西部，灰?guī)r則直接延伸至湖底之下，湖水與巖溶水之間存在著一定程度的水力聯(lián)系。2.1.3.2伊家河西起韓莊，經(jīng)礦區(qū)東北部流至臺兒莊入運(yùn)河，全長42.5km，河床寬30m，正常水位標(biāo)高31m左右。河床底部為不透水的二疊系砂頁巖，距礦體最近距離1.2km，與礦此外，在吳莊礦區(qū)范圍內(nèi)，無大中型自然河流分布，但人工挖掘的灌溉渠道較多，縱橫交錯，尤其是義和莊北側(cè)開挖的灌溉渠道，常年有水，且底部直接與奧陶系灰?guī)r接觸，水體對礦區(qū)地下水具有直接的滲漏補(bǔ)給作用。2.1.4區(qū)域穩(wěn)定性特征2.1.4.1地震活動概況及其影響據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，***市及其周圍地區(qū)歷史上發(fā)生過有記錄的地震54次，震中均位于周圍地區(qū)；其中5級以上的地震15次，對區(qū)內(nèi)造成不同程度震害的有4次。4次較大的地震主要是：462年發(fā)生在山東兗州縣的5～6級地震、1502年10月發(fā)生在河南濮城的6.5級地震、1668年7月發(fā)生在山東郯城的8.5級地震和1937年8月發(fā)生在山東菏澤的7級地震。其中又以郯城發(fā)生的8.5級地震造成的震害最大，震中烈度12度，***地區(qū)為8度。根據(jù)***府志記載：這次地震造成了“城垣官署民廬傾覆過，遠(yuǎn)近壓死人不可數(shù)記”的特大災(zāi)害。菏澤發(fā)生的7級地震亦造成了***舊房坍塌50～60間，死亡20余人。近期（1960—1980年）發(fā)生在***的僅有一次，震級2～3級；發(fā)生在邳縣、新沂市、豐縣、沛縣的地震38次；其余地震多發(fā)生在郯廬斷層帶附近。由此可知，鄰區(qū)的地震波及對吳莊礦區(qū)的地殼穩(wěn)定性存在著一定程度的影響，但該區(qū)地震活動較為微弱，屬于地殼基本穩(wěn)定區(qū)。2.1.4.2據(jù)《***市城市抗震防災(zāi)規(guī)劃》，***利國地區(qū)地震條件不太復(fù)雜，深部構(gòu)造相對簡單，地震活動強(qiáng)度和頻率較低，為一相對穩(wěn)定的塊體，今后發(fā)生中、強(qiáng)地震的可能性不大，地震烈度為7度。2.1.4.3礦區(qū)場地穩(wěn)定性吳莊礦區(qū)地形較為平坦，地面坡度小，而在礦區(qū)部分地段淺部灰?guī)r中的裂隙巖溶較為發(fā)育，雖然大多已被粘性土填充，但在礦床開采過程中，礦坑排水導(dǎo)致巖溶地下水位降低，天然水文地質(zhì)條件發(fā)生改變，巖溶、裂隙中的充填物會被潛蝕掏空，產(chǎn)生巖溶塌陷，危及建筑物安全，因此地面穩(wěn)定性一般。礦區(qū)第四系松散層較薄，巖性主要為殘坡積和洪坡積成因的亞粘土、鈣質(zhì)結(jié)核亞粘土，淺部土層容許承載力較大，地基較穩(wěn)定。2.2礦區(qū)地質(zhì)概況2.2.1地層按照《華東地區(qū)區(qū)域地層表》劃分，該區(qū)域地層屬于華北地層區(qū)—魯西地層分區(qū)—***至宿縣地層小區(qū)。在礦區(qū)分布的地層主要有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和第四系。各地層主要巖性見表2—1。表2—1礦區(qū)地層簡表地層時代厚度（m）代號地層名稱主要巖性第四系1～10Q亞粘土及鈣質(zhì)結(jié)核亞粘土二疊系上統(tǒng)250P2s石盒子組雜色粘土巖、頁巖為主，間夾砂頁巖下統(tǒng)108P1s山西組頁巖及砂巖互層石炭系上統(tǒng)175C3t太原組灰?guī)r，碳質(zhì)頁巖，砂巖互層中統(tǒng)20～40C2b本溪組灰?guī)r，鐵質(zhì)頁巖及鋁土頁巖奧陶系中統(tǒng)70～97O2晁所組白云巖及鈣質(zhì)白云巖200O2馬家溝組豹皮灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r下統(tǒng)70～115O1d大泉組白云巖夾灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖360O1z寨山組灰?guī)r或白云巖夾鈣質(zhì)白云巖7～14O1j賈汪組泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r，鈣質(zhì)白云巖寒武系上統(tǒng)170～225?3鳳山組豹皮灰?guī)r、白云巖60?3長山組薄層灰?guī)r與竹葉狀灰?guī)r互層60?3崮山組薄層灰?guī)r夾鮞狀灰?guī)r中統(tǒng)210?3z張夏組灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r礦區(qū)地層總體走向近EW向，傾向NW。在礦區(qū)北部走向由NNE向轉(zhuǎn)為NW向，傾向NE。地層傾角：礦區(qū)南部40°左右，中部較平緩，為10°～20°，北部26°左右。2.2.2巖漿巖及圍巖蝕變礦區(qū)所見巖漿巖是一套以中性為主，伴有中酸性、酸性偏堿性的巖漿雜巖體，屬于燕山期巖漿活動的產(chǎn)物，主要巖性為角閃閃長玢巖、閃長玢巖、石英閃長斑巖及脈巖類。分布位置主要在礦區(qū)的東部和北部地區(qū)，它們在相似的條件下，表現(xiàn)為多次侵入活動，形成了較完整的同源巖漿演化旋回體系，侵入到奧陶系、石炭系和二疊系三個地層層位當(dāng)中。從以前資料分析，這些侵入巖體在奧陶紀(jì)地層中大致呈東西方向延伸，受EW向基底斷層構(gòu)造與NE～NNE向斷層構(gòu)造復(fù)合部位的控制。礦區(qū)內(nèi)圍巖蝕變較發(fā)育，主要產(chǎn)生在礦體下部，蝕變寬度由幾m到十幾m，有的達(dá)20多m（ZK76孔）；礦體頂板蝕變較弱，幾cm到幾十cm，很少超過1m。由于蝕變作用，巖石多粘性土化、透水性差、強(qiáng)度降低，導(dǎo)致礦體附近的圍巖穩(wěn)固性變差，在高壓水頭的作用下，易沿接觸帶發(fā)生突水事故。2.2.3礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造礦區(qū)處于***復(fù)背斜NNE～NE向構(gòu)造帶東北部傾伏端與近EW向基底斷層控制的鄭集—利國煤田兩組構(gòu)造復(fù)合部位。褶皺多表現(xiàn)為開闊的短軸背斜及向斜。區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造發(fā)育，主要有近EW向及NE向兩組（一般前者早于后者），其次為NNE向和NW向斷層。這些斷層都具有不同程度的繼承性和復(fù)活性運(yùn)動的特點(diǎn)。奧陶系灰?guī)r和閃長玢巖（或閃長斑巖）的節(jié)理裂隙最為發(fā)育，共有兩組：一組走向90°～110°，傾向NNE或向南；另一組走向345°～5°，傾向SWW或向東，傾角70°左右，部分近于直立。吳莊礦區(qū)的褶皺主要為利國到吳莊附近的EW向短軸背斜，軸部由奧陶系組成。北翼主要分布中、上石炭系和二疊系；南翼為一對應(yīng)的小向斜，軸部由中、上石炭系組成，向斜兩翼均為奧陶系；背斜傾伏端亦為石炭系環(huán)繞。該背斜在蔡山、義和莊之間被斷層分成東西二部分，其中義和莊—吳莊部分構(gòu)成吳莊礦區(qū)背斜構(gòu)造的主體。礦區(qū)內(nèi)斷層主要為近EW向的張扭性正斷層，使地層形成階梯狀下落，旁側(cè)巖石破碎，小錯動發(fā)育。如F1、F2、F3、F5斷層及NW向、NE向的構(gòu)造破碎帶等，這些斷層帶及構(gòu)造帶為地下水的賦存和運(yùn)移提供了空間。吳莊礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及地層分布情況見圖2—1。圖2—1吳莊礦區(qū)地質(zhì)簡圖2.3礦區(qū)水文地質(zhì)條件2.3.1礦區(qū)地下水類型及其賦存特征根據(jù)含水介質(zhì)的巖性特征及地下水的賦存條件，礦區(qū)地下水可劃分為松散巖類孔隙水，碎屑巖類孔隙裂隙水，巖漿巖類裂隙水和碳酸鹽巖類裂隙巖溶水四種主要類型?，F(xiàn)分述如下：2.3.1.1松散巖類孔隙水賦存于第四系松散堆積物的孔隙中。礦區(qū)第四系分布廣泛，巖性主要由亞粘土和鈣質(zhì)結(jié)核亞粘土組成，厚度1～10m，由于無砂層發(fā)育，富水性弱，水文地質(zhì)意義不大。2.3.1.2碎屑巖類孔隙裂隙水主要賦存于礦區(qū)北部和東部區(qū)段的二疊系砂巖、砂質(zhì)頁巖的裂隙中。在地表淺部巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育，易于接受補(bǔ)給，相對富水；礦區(qū)北側(cè)的原紅衛(wèi)煤礦，在深度55m的風(fēng)化帶中采煤時，坑道長370m，排水量240m3/d。風(fēng)化帶以下的巖石相對完整、新鮮、2.3.1.3巖漿巖類裂隙水主要分布在利國鎮(zhèn)東壟子、西壟子、蔡山、義和莊和吳莊等地段，賦存于閃長玢巖、閃長斑巖、花崗斑巖及石英閃長斑巖等巖石的風(fēng)化與構(gòu)造裂隙中。在裸露區(qū)50m以淺，巖石風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙較發(fā)育，易接受大氣降水補(bǔ)給，形成裂隙潛水。在礦床范圍內(nèi)，地下水賦存于礦床下部及石炭系中侵入巖體的構(gòu)造裂隙中，賦水空間發(fā)育差，富水性弱，鉆孔單位涌水量小于0.042.3.1.4碳酸鹽巖類裂隙巖溶水主要賦存于碳酸鹽巖類巖石的構(gòu)造裂隙及溶蝕孔洞中，根據(jù)含水介質(zhì)的巖性特征、組合關(guān)系以及地下水賦存環(huán)境的差異又可以將其大致劃分為以下兩種類型。（1）碳酸鹽巖類巖溶裂隙水主要賦存在寒武系石灰?guī)r、白云巖及石炭系灰?guī)r、砂巖及頁巖互層介質(zhì)的裂隙之中。分布區(qū)域主要在礦區(qū)南部的丘陵區(qū)，以及礦區(qū)的北部、東部地區(qū)，在礦區(qū)南部及西南部呈條帶狀分布，含水巖層寬度在200～400m之間。寒武系巖層分布在南部丘陵地帶，并多裸露于地表，淺部裂隙巖溶較為發(fā)育，易于接受降水入滲補(bǔ)給，富水性相對較好；但隨著深度增加，巖石裂隙巖溶發(fā)育程度逐漸變差，富水性減弱。據(jù)以往勘察資料：張夏組灰?guī)r分布區(qū)鉆孔單位涌水量一般在14L/(s·m)左右；崮山、長山和鳳山組灰?guī)r、白云巖分布區(qū)鉆孔出水量相對較小，單位涌水量一般小于0.2L/(s·m)；地下水類型以HCO3—Ca型或HCO石炭系巖層分布范圍較為廣泛，在礦區(qū)北、東、南和西南部方向均有分布，除局部地段出露以外，大多隱伏于第四系松散巖層之下。受巖性組成及組合關(guān)系的影響，巖層裂隙巖溶發(fā)育程度差，富水性弱，鉆孔單位涌水量一般小于0.04L/(s·m)。對區(qū)域地下水的循環(huán)運(yùn)動（2）碳酸鹽巖類裂隙巖溶水該類地下水是礦區(qū)地下水的最主要類型，含水介質(zhì)由奧陶系晁所組、馬家溝組、大泉組、賈汪組灰?guī)r、白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r等巖性組成，分布在礦區(qū)的南部、西部及西南部的大部分區(qū)段，厚度較大。由于受到褶皺、巖漿巖侵入及多條斷層構(gòu)造影響，巖層裂隙巖溶發(fā)育程度較高，并分布有多條斷層及構(gòu)造破碎帶，為地下水提供了良好的賦存與運(yùn)移空間，在礦區(qū)南部和西部形成巖溶水富集區(qū)，含水層富水性中等—強(qiáng)，局部地段富水性極強(qiáng)；如：礦區(qū)主井處的鉆孔單位涌水量4.85L/(s·m)，ZK92號孔單位涌水量4.28L/(s·m)，風(fēng)井處鉆孔單位涌水量5.61L/(s·m)，礦區(qū)東側(cè)的ZK17號孔單位涌水量16.59L/(s·m)，碳酸鹽巖類裂隙巖溶水水質(zhì)優(yōu)良，礦化度在0.3—0.5g/L之間，水化學(xué)類型以HCO3—Ca型及HCO3—Ca·Mg型為主。2.3.2巖溶水徑流帶分布及發(fā)育規(guī)律碳酸鹽巖類地層巖溶裂隙發(fā)育具有顯著的不均一性，含水層中地下水的滲流運(yùn)動主要受裂隙巖溶發(fā)育程度及其連通性的影響，儲存在溶蝕孔洞及裂隙中的地下水沿著網(wǎng)絡(luò)狀溶隙運(yùn)動逐漸往巖溶裂隙發(fā)育程度較高的、大的導(dǎo)水通道當(dāng)中運(yùn)移，而當(dāng)其具備較強(qiáng)的輸導(dǎo)能力時，便形成地下水徑流帶。一般情況下，碳酸鹽巖地區(qū)的張性斷層帶及不同類型地層巖性接觸處的巖溶發(fā)育帶往往會形成巖溶水的富集區(qū)與徑流通道，起著運(yùn)移和排泄地下水的作用。就吳莊礦區(qū)來說，規(guī)模稍大的巖溶水徑流帶主要存在兩種類型，即斷層型和接觸型。分述如下：2.3.2.1斷層型巖溶水徑流帶斷層型巖溶水徑流帶是巖層受到斷層構(gòu)造的影響而碎裂、破壞，為地下水的儲存和運(yùn)移提供了空間環(huán)境，在地下水的循環(huán)、移動過程中又不斷對巖石產(chǎn)生溶蝕作用，巖溶空間不斷擴(kuò)大，旁側(cè)區(qū)域含水層中的地下水不斷向此匯集，并在其內(nèi)部流動而形成。礦區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的斷層型巖溶水徑流帶主要沿F1、F3斷層和礦區(qū)東部的NE向破碎帶以及廠區(qū)西側(cè)的NW向破碎帶分布。這幾條徑流帶內(nèi)部裂隙巖溶發(fā)育程度較高、地下水接受補(bǔ)給的條件較好，富水性及導(dǎo)水能力較強(qiáng)；尤其F1和F3斷層帶延伸距離遠(yuǎn)、溝通的巖溶含水層范圍大，而且又能匯集南部丘陵地區(qū)的地下水，對礦床開采具有非常大的安全威脅。2.3.2.2接觸型巖溶水徑流帶地下水在徑流過程中，遇到弱透水層或不透水層的阻擋，地下水水位抬升，并在可溶性巖層中富集和循環(huán)運(yùn)移，形成巖溶水徑流帶。本礦區(qū)分布有地層型和巖體型兩種類型的接觸型巖溶水徑流帶。（1）地層接觸型在該類型徑流帶位于礦區(qū)北側(cè)，呈東西向條帶狀展布，南部碳酸鹽巖層中的巖溶水在向北流動過程中，在此處受到煤系地層阻擋，使地下水在接觸帶南側(cè)的碳酸鹽巖層中運(yùn)移并不斷對其進(jìn)行溶蝕而形成導(dǎo)水通道。（2）巖體接觸型巖體接觸型巖溶水徑流帶，是燕山期巖漿巖侵入奧陶系地層中，導(dǎo)致南部山區(qū)巖溶地下水徑流至巖體受到阻擋富集、儲蓄在巖體前緣的碳酸鹽巖層中并沿接觸帶循環(huán)運(yùn)動而形成。巖溶水在接觸帶處以泉的形式排泄于地表形成利國的珍珠泉，但由于礦坑排水該泉現(xiàn)已經(jīng)干枯。位于巖體接觸帶的銅山縣煉鐵廠供水井出水量2860m3/d，原利國磨山礦井排水量達(dá)到3.18萬m3/d。說明該徑流帶2.3.3地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄條件2.3.3.1地下水的補(bǔ)給條件礦區(qū)地下水補(bǔ)給來源主要有兩種途徑：一是大氣降水及農(nóng)田灌溉水入滲補(bǔ)給，二是南部及西部地區(qū)巖溶水的側(cè)向徑流補(bǔ)給；其中以大氣降水、農(nóng)田灌溉水的入滲補(bǔ)給占主要地位。（1）大氣降水及農(nóng)田灌溉水入滲補(bǔ)給吳莊礦區(qū)灰?guī)r埋藏淺，地表溝谷發(fā)育，降水滲入第四系以后又在重力作用下繼續(xù)下滲，進(jìn)入下伏灰?guī)r裂隙巖溶含水層中，據(jù)以往勘察成果，礦區(qū)大氣降水入滲補(bǔ)給系數(shù)約為0.22。在每次較大規(guī)模的降水過后，地下水水位都會出現(xiàn)不同程度的快速回升現(xiàn)象，說明礦區(qū)巖溶含水層的開放性較好，接受補(bǔ)給的能力較強(qiáng)。此外，礦區(qū)范圍內(nèi)灌溉渠道縱橫交錯，水稻種植面積占整個農(nóng)田面積的60%以上，在集中灌溉期間，稻田區(qū)的地下水位具有明顯的回升現(xiàn)象，表明灌溉水回滲對地下水補(bǔ)給也具有重要作用。（2）地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給礦區(qū)地下水的側(cè)向補(bǔ)給來源主要有南部殘丘地帶巖溶水的徑流和礦區(qū)西部馬山一帶灰?guī)r隱伏區(qū)巖溶水的徑流。吳莊礦區(qū)南部殘丘地帶灰?guī)r大面積裸露地表，大氣降水可沿地表裂隙巖溶直接入滲進(jìn)入裂隙巖溶含水層中。然后一部分往西流至鐵路附近改為沿北東向斷層帶和巖體與灰?guī)r的接觸帶流動；另一部分則順巖層傾向北流，經(jīng)過石炭系下面的灰?guī)r裂隙、巖溶發(fā)育帶向礦區(qū)徑流，補(bǔ)給礦區(qū)地下水。其中在吳莊鐵礦勘探時，礦床東側(cè)的ZK17號鉆孔中抽水時，影響半徑一直擴(kuò)展至南部由石炭系組成的向斜南翼，此處的ZK2號觀測孔水位下降了1.74m。在礦區(qū)西部馬山一帶，隱伏灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育，富水性強(qiáng)—極強(qiáng)，自然條件下礦區(qū)地下水水位高于該區(qū)水位，礦區(qū)巖溶水經(jīng)過此處向微山湖區(qū)排泄；而在礦區(qū)持續(xù)大量排水的影響下，該區(qū)巖溶水出現(xiàn)了反向流動的現(xiàn)象，從西往東越過F20號斷層對礦區(qū)地下水產(chǎn)生補(bǔ)給。2.3.3.2地下水的徑流與排泄條件在天然條件下，該區(qū)域地下水由南部丘陵地區(qū)向北部徑流，而后轉(zhuǎn)向西北往微山湖方向排泄，而在運(yùn)移過程中受到弱透水巖層和巖漿巖的阻擋，又在低洼處或巖體接觸帶以泉的形式溢出地表。自利國鐵礦開采以及韓莊電廠供水水源地建成以來，由于礦坑疏干排水和韓莊電廠供水，改變了該區(qū)地下水的天然流場特征。雖然目前韓莊電廠供水井均已停止開采，但由于吳莊鐵礦和利國鐵礦礦坑排水，地下水流場仍然受到嚴(yán)重的干擾影響；以吳莊礦井為中心的水位降落漏斗，已經(jīng)成為該區(qū)巖溶水的匯集與排泄場所，使南部和西部的地下水均向礦區(qū)方向徑流，通過礦區(qū)疏干排水進(jìn)行排泄。另外，礦區(qū)東部和北部地區(qū)的幾處煤礦排水，也對本區(qū)地下水的徑流與排泄具有一定的影響作用。2.3.4地下水化學(xué)特征礦區(qū)地下水水質(zhì)良好，無色、無嗅、無味、透明，水溫16—17℃。礦化度0.5－0.7g/L，總硬度382mg/L，pH值7.8，水化學(xué)類型為HCO3—Ca或HCO3—Ca·Mg型。與礦區(qū)勘探期間的水質(zhì)分析成果相比，除總硬度和礦化度兩項化學(xué)組分的含量略有升高外，其它化學(xué)組分含量基本穩(wěn)定，多年變化不大。3.礦床水文地質(zhì)條件3.1含水層與隔水層吳莊鐵礦礦體主要產(chǎn)于奧陶系寨山組大理巖、結(jié)晶灰?guī)r、白云質(zhì)大理巖、鈣質(zhì)和泥質(zhì)白云巖與蝕變的閃長斑巖之間，根據(jù)巖層的富水性特征，可將其劃分為含水層與隔水層兩種不同類型。3.1.1含水層礦區(qū)含水層類型主要為碳酸鹽巖類裂隙、巖溶含水層，組成巖性為奧陶系灰?guī)r、白云巖及石炭系的灰?guī)r。3.1.1.1奧陶系碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水層奧陶系各組段碳酸鹽巖巖性雖有不同，但各組之間并無實際意義的隔水層存在，只是富水性有些差異。因此，不再單獨(dú)分開闡述。奧陶系含水層巖性主要由深灰色結(jié)晶灰?guī)r、大理巖、灰色厚層狀灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r及白云巖組成，構(gòu)成礦體的頂板，總厚度628米；主要分布在F1斷層以南，呈淺隱伏狀態(tài)，在F1斷層以北則埋藏于石炭系地層之下，埋藏深度較大。淺埋區(qū)灰?guī)r由于長期遭受風(fēng)化剝蝕，裂隙巖溶發(fā)育普遍，巖溶水賦存條件較好。埋藏區(qū)及隱伏區(qū)深部的灰?guī)r，裂隙巖溶發(fā)育程度主要受構(gòu)造控制，與淺隱伏灰?guī)r相比，裂隙巖溶發(fā)育程度相對變差，富水性減弱。礦區(qū)奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育狀況見表3—1。含水層富水性特征：該類含水層的富水性與其巖溶發(fā)育強(qiáng)度密切相關(guān)，一般是巖溶發(fā)育、充填物較少的地段富水性強(qiáng)，反之富水性弱。而在水平和垂直方向上又存在較大差異，并且具有明顯的分區(qū)分帶性。根據(jù)灰?guī)r埋藏條件、富水性強(qiáng)弱可將礦區(qū)奧陶系碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水層劃分為以下幾個主要的富水區(qū)帶：淺部裂隙巖溶潛水中強(qiáng)表3—1奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育狀況統(tǒng)計表項含水帶目名稱控制鉆孔（個）鉆孔分帶統(tǒng)計鉆孔遇裂隙溶洞最大高度（m）鉆孔遇裂隙溶洞最低標(biāo)高（m）鉆孔鉆孔總數(shù)遇巖溶現(xiàn)象鉆孔遇裂隙溶洞鉆孔總厚度（m）遇裂隙溶洞累計高度（m）遇裂隙溶洞能見率（%）巖溶率（%）淺部帶3535111711.3027.637.6931.431.61深部帶F3斷層帶17135883.3314.328.78-419.6629.411.62北東向破碎帶553380.865.773.34-299.3360.001.51F1斷層帶302451363.506.311.50-412.3016.670.46北西向構(gòu)造帶22163.701.901.00-446.4750.002.98深部完整灰?guī)r帶93少數(shù)416169.101.904.300.007含水帶，深部完整灰?guī)r裂隙承壓弱含水帶，F(xiàn)1斷層裂隙巖溶承壓中等含水帶，北西向構(gòu)造裂隙巖溶承壓中等含水帶，F(xiàn)3斷層裂隙巖溶承壓強(qiáng)含水帶，北東向構(gòu)造破碎裂隙巖溶承壓強(qiáng)含水帶等。分述如下：（1）淺部裂隙巖溶潛水中強(qiáng)含水帶（簡稱淺部中強(qiáng)含水帶）分布在吳莊礦床中部以南區(qū)域，呈面狀展布，含水層發(fā)育深度14.21～78.79m（ZK83孔），平均厚度52.57m，富水中等到強(qiáng)，但具有明顯的不均一性；在風(fēng)井以東勘探時施工14個鉆孔，有12個鉆孔發(fā)現(xiàn)漏水，鉆孔單位涌水量0.69～2.19L/(s·m)，滲透系數(shù)1.29～3.60m/d；而風(fēng)井以西施工的21個鉆孔，僅有7個鉆孔漏水，鉆孔單位涌水量0.116～2.024L/(s·m)，滲透系數(shù)0.28～3.68m/d。該含水（層）帶具有較好的開放性，巖溶水具有潛水性質(zhì)（2）深部完整灰?guī)r裂隙承壓弱含水帶（簡稱深部弱含水帶）分布在淺部含水帶以下或埋藏于煤系地層之下，埋深較大，裂隙巖溶發(fā)育差，巖石完整性較好，富水性弱。該帶埋藏標(biāo)高23.93～748.81m，一般多在標(biāo)高-20m以下，厚度116.80～570.12m，上與淺部含水帶及石炭系巖層相連，下與巖漿巖或礦體接觸。據(jù)以往抽水試驗資料，鉆孔單位涌水量0.0007～0.064L/(s·m)，滲透系數(shù)0.000653（3）F1斷層裂隙巖溶承壓中等含水帶（簡稱F1中等含水帶）該帶西起ZK120孔，經(jīng)過主礦體上部在ZK33孔南與北東向構(gòu)造破碎帶巖溶裂隙含水帶相交，向東延伸至ZK29孔出礦區(qū)。初步推測斷層帶長5000m左右，向北傾，傾角70°，寬度15.78～31.47m，呈楔形在深部尖滅于火成巖和礦體之上，平面投影寬度105～250m，埋深在-400米以上；鉆孔單位涌水量0.0318～0.934L/(s·m)，滲透系數(shù)0.113～9.76m/d。地下水為承壓水，水頭高度20～80m，礦化度0.276～0.326g/L，水溫16.8～19.8℃，水化學(xué)類型為HCO3—Ca型。該含水帶在蘇莊及其南部一帶與礦體直接接觸，礦床開采時，（4）北西向構(gòu)造裂隙巖溶承壓中等含水帶（簡稱北西向中等含水帶）分布于ZK83孔與ZK101孔之間，向南東方向延伸，推測長度大于250m，寬度20米，傾向北西，傾角75°左右，破碎帶中方解石脈較為發(fā)育，并膠結(jié)破碎的巖石。埋藏標(biāo)高4.5～-487m，上部與淺部含水帶相通，含水較豐富，鉆孔單位涌水量0.807L/(s·m)，滲透系數(shù)15.23m/d，可接受淺部含水帶潛水補(bǔ)給，地下水動態(tài)變化和水化學(xué)類型與淺部含水帶基本一致，與北東向構(gòu)造破碎帶含水帶和F1斷層含水帶水力聯(lián)系微弱，如位于F1含水帶的ZK102孔抽水時，該帶內(nèi)的ZK83孔、ZK101孔地下水位均（5）F3斷層裂隙巖溶承壓中強(qiáng)含水帶（簡稱F3中強(qiáng)含水帶）位于礦體北側(cè)，走向東西，向北傾斜，產(chǎn)狀東陡西緩，東段80°左右，西段60°左右，帶寬10～40m，埋藏標(biāo)高-3.50～-500m，東端控制到ZK25孔，西端延伸穿過津浦鐵路至電2孔。推測斷層帶長度大于2500m，平面投影寬度84～244m。地下水主要賦存在標(biāo)高-2.78～-430m的奧陶系灰?guī)r破碎帶中，前期勘探時在該含水帶中施工的鉆孔有80%以上嚴(yán)重漏水，鉆孔單位涌水量0.980～2.481L/(s·m)，滲透系數(shù)5.55～13.72m/d。而埋藏在石炭系下部、標(biāo)高-430m以下的奧陶系灰?guī)r破碎帶富水性則大大減弱，如ZK74孔、ZK86孔分別在標(biāo)高-497m和-642m深度遇到F3斷層的角礫巖，均未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。地下水在含水帶內(nèi)連通性好，鉆孔抽水結(jié)束后，水位恢復(fù)特別快，停抽不到一分鐘，就可恢復(fù)到原來的靜止水位。地下水礦化度0.2～0.3g/L，水溫17～22.5℃，水化學(xué)類型為HCO3—Ca型。該帶在西部義和莊一帶與淺部巖溶含水帶直接連通，水力聯(lián)系密切，吳莊鐵礦排水降落漏斗擴(kuò)展到西部時，曾在義和莊北部灌渠中見到水體下滲形成漩渦；礦區(qū)勘探期間，韓莊電廠電2號供水井抽水時，相距該含水帶與北東向含水帶、F1含水帶、北西向含水帶之間分布的灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育較差，致使其與其它各帶之間的水力聯(lián)系比較弱。例如：在該帶中的ZK25孔抽水，位于北東向含水帶中的ZK33孔水位未受到影響；本帶中ZK96孔抽水，F(xiàn)1斷層含水帶中的ZK102孔、北西向含水帶中的ZK83孔水位也未受到影響。該帶地下水位常年比北東向含水帶水位低2～3m，比F1含水帶、北西向含水帶地下水位低1～2m。在蘇莊東部該含水帶直接切割礦體，礦床開采時該帶中地下水可以直接涌入坑道，應(yīng)加以防范。（6）北東向構(gòu)造破碎裂隙巖溶中強(qiáng)含水帶（簡稱北東向中強(qiáng)含水帶）位于礦體東南部，傾向西北，傾角75°左右，寬度9～23m，長800m，水平投影寬度74.69～111.64m，埋藏標(biāo)高-21.58～-442.32m，北端在ZK33孔以北尖滅，向西可控制到ZK92孔。該構(gòu)造帶內(nèi)方解石脈非常發(fā)育并膠結(jié)角礫狀灰?guī)r碎塊，巖溶裂隙發(fā)育，透水性良好，含水豐富，在該帶施工的鉆孔80%以上漏水。鉆孔單位涌水量0.388～2.858L/(s·m)，滲透系數(shù)0.921～3.670m/d。ZK17大口徑孔抽水時，對ZK33孔、ZK9孔、ZK5孔水位均有明顯的影響，各孔地下水位分別下降了6.58m、6.35m、6.31m，說明該帶內(nèi)部地下水的連通性較好。帶內(nèi)地下水礦化度0.3g/L，水溫17.7～22.8℃，3.1.1.2石炭系太原組碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙含水層組成巖性主要為太原組的砂巖、頁巖和灰?guī)r，內(nèi)部順層穿插數(shù)層巨厚的閃長玢巖，頂?shù)装彘g距263.19m左右；其中灰?guī)r是最主要的含水巖層，在淺部20～50m的風(fēng)化帶，裂隙、巖溶發(fā)育相對較好，富水性相對較強(qiáng)，在ZK23孔、ZK39孔、ZK42孔和ZK70孔施工過程中均見到發(fā)育較普遍的蜂窩狀、網(wǎng)格狀溶蝕現(xiàn)象，并且?guī)讉€鉆孔全部漏水。礦區(qū)勘探期間ZK23孔抽水試驗時，奧陶系淺部含水帶的ZK102孔、F1斷層帶的ZK72孔水位分別下降了1.06m和1.24m，說明本含水層與這兩個含水帶之而埋藏深度較大、尤其是位于侵入巖體下部的灰?guī)r，鉆孔巖芯完整，裂隙巖溶不發(fā)育，施工期間的59個鉆孔穿過此層時，均未出現(xiàn)明顯的漏水現(xiàn)象，富水性比較弱。石炭系太原組巖溶裂隙含水層富水規(guī)律：淺部風(fēng)化帶富水性大于深部巖層的富水性；接受奧陶系淺部含水帶補(bǔ)給的地段富水性較好，但范圍較為局限。總體來看，該含水層的富水性相對較弱。3.1.2隔水層3.1.2.1石炭系本溪組巖性主要為鋁土頁巖、鐵質(zhì)頁巖及灰?guī)r，厚度20～40m，沿短軸背斜南、北翼和東部傾伏端成條帶狀分布，東端出露寬度50～90m，南翼SK2孔以西寬度170～230m（包括部分太原組地層），北翼出露寬度20～80m?；?guī)r致密塊狀，巖溶、裂隙不發(fā)育，透水性差，富水性弱。據(jù)西安電力設(shè)計院在北翼大豐煤礦附近SK2孔抽水資料，水位降深46.04m，鉆孔單孔涌水量0.003L/(s·m)，屬于3.1.2.2二疊系地層巖性由灰黑色炭質(zhì)頁巖、灰黃色粗砂巖、砂頁巖、雜色砂質(zhì)頁巖組成，厚度360m，分布在礦床北部和東部，與石炭系整合接觸。淺部風(fēng)化帶裂隙多被粘土充填，含水甚微。礦床北部原紅衛(wèi)煤礦于55m淺部采煤時，坑道排水量240m3/d。深部巖石新鮮堅硬，裂隙不發(fā)育，基本無水。因此，與礦床區(qū)的其它3.1.2.3鐵礦層產(chǎn)于灰?guī)r與巖漿巖侵入體的接觸帶，埋藏標(biāo)高-264～-520m，最大厚度86.70m，礦芯完整，致密堅硬，節(jié)理裂隙不發(fā)育，據(jù)鉆孔抽水試驗資料，單位涌水量0.00649L/(s·m)，滲透系數(shù)0.00715m/d，富水性極差。地下水礦化度0.3g/L，水溫22℃，水化學(xué)類型為HCO3—Ca3.1.2.4巖漿巖巖性主要為閃長斑巖、閃長玢巖、花崗斑巖，礦區(qū)范圍內(nèi)多埋藏在奧陶系灰?guī)r之下，或穿插于石炭系地層中。位于礦體之下的侵入巖體大而厚，分布面積可達(dá)3km2，礦區(qū)勘探時有近100多個鉆孔揭露該層，但無一孔穿透。侵入奧陶系分布區(qū)的巖體，巖石完整致密，富水性極差，鉆孔單孔涌水量0.0064L/(s·m)，滲透系數(shù)0.0715m/d；侵入石炭系中的閃長玢巖，鉆孔單位涌水量0.0398L/(s·m)，滲透系數(shù)0.0536m/d；礦層下部的花崗斑巖鉆孔單位涌水量0.000901L/(s·m)3.1.2.5第四系在礦區(qū)廣泛分布，主要為亞粘土，含有鈣質(zhì)結(jié)核，厚度1～10m；覆蓋于其它時代較老的地層之上，具有一定透水性，但無含水層發(fā)育。3.2礦床充水因素分析吳莊鐵礦礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，圍巖裂隙巖溶發(fā)育，富水性強(qiáng)，屬于巖溶充水型礦床。礦床開采時易導(dǎo)致巖溶水直接或間接涌入坑道中，產(chǎn)生突水事故。石炭系太原組含水巖層，淺部灰?guī)r分布地帶含水比較豐富，但其面積局限，厚度不大，其余均含水微弱；奧陶系深部灰?guī)r含水帶富水性也較為微弱；可將二者視為相對隔水層。因此，礦床充水水源主要來自淺部含水帶、F1、F3含水帶及北東向、北西向含水帶中。3.2.1淺部含水帶裂隙巖溶潛水礦床開采時，由于礦坑疏干排水影響，導(dǎo)致在礦區(qū)周圍形成區(qū)域性的地下水水位降落漏斗，淺部含水帶中的地下水則通過水力聯(lián)系較密切的F1、F3斷層帶及其它含水帶間接流入礦坑。而淺部含水帶與礦區(qū)南部和西部的灰?guī)r分布區(qū)相連，補(bǔ)給條件好，富水性和滲透性較強(qiáng)，隨礦坑排水量的不斷增大和降落漏斗的擴(kuò)展，其中的地下水會源源不斷地通過多個含水帶導(dǎo)入礦坑中，疏干會非常困難。3.2.2斷層與構(gòu)造破碎含水帶裂隙巖溶承壓水F3含水帶：東西向展布于礦床北側(cè)，由東向西一直延伸至義和莊北面與淺部含水帶溝通，再向西穿過津浦鐵路延伸至韓莊電廠供水水源地，而其在礦床中部地段又多處切割礦體。因此，礦床在開采過程中揭露該含水帶時巖溶水將會直接涌入坑道中。F1含水帶：東西向經(jīng)過礦體頂部，由東向西一直延伸至義和莊西部。該含水帶為成礦前形成的斷層帶，裂隙巖溶發(fā)育程度較其它含水帶稍差一些。但相對來說，西部地段透水性、富水性較差；東段裂隙巖溶發(fā)育較好，并與礦床東部的北東向構(gòu)造破碎帶連通，水力聯(lián)系較密切，透水性、富水性較好。此外，該含水帶在部分地段還與淺部含水帶溝通。所以在經(jīng)過礦體且與礦體接觸的地段含水帶中巖溶水可直接進(jìn)入礦體中。北東向含水帶：分布在礦體東側(cè)，北東向延展，北部與F1含水帶相交，往南在ZK92孔處拐向西南，與淺部含水帶連通。該含水帶在ZK67孔—ZK84孔一線與礦體接觸，在ZK9孔與ZK77孔一帶處于礦體頂部，最小垂距52m。礦床開采時如果將其揭露或產(chǎn)生冒頂，巖溶水亦可直接涌入礦坑中北西向含水帶：分布在礦體西南側(cè)，呈北西向延伸，與F1含水帶水力聯(lián)系不密切；但與淺部含水帶溝通，補(bǔ)給條件良好。在ZK82孔、ZK83孔附近距主礦體僅39m。曾導(dǎo)致2006年6月3日在標(biāo)高-430m中段主溜井巷道發(fā)生綜上所述，發(fā)育在奧陶系灰?guī)r中的淺部含水帶和幾條斷層、構(gòu)造破碎含水帶將是礦床充水的主要含水層，其中斷層與構(gòu)造破碎含水帶又起著連通外圍含水層與輸導(dǎo)地下水的作用，對礦坑涌（突）水量大小有著直接的影響。4.礦區(qū)水害形成機(jī)理及治理可行性分析4.1礦坑排水現(xiàn)狀及排水量4.1.1礦坑排水現(xiàn)狀礦坑排水目前分為-480m和-430m兩級。-480m巷道中的水利用兩種型號水泵外排：一種水泵型號為10sh-6a、揚(yáng)程54m、出水量為468m3/h，功率110kw的電機(jī)四臺，經(jīng)Ф377mm管道排至-430m的水倉；另一種水泵型號為d46-50×12，揚(yáng)程600m，出水量46m3/h，使用功率132kw電機(jī)一臺，經(jīng)Ф377mm管道直接排至地面。-430m水倉中的水使用型號d450-60×9、揚(yáng)程540m礦坑平均排水量：2006年為1485m3/h，2007年為1130m3/h，由于2006年12月到2008年6月份期間，在礦區(qū)西部施工了部分注漿鉆孔對F3等斷層進(jìn)行了封堵，2008年的礦坑排水量減少為867m3/h。目前由于礦區(qū)新增加了-300m的開采工作面，又導(dǎo)致涌入礦坑中的地下水量增多，排水量增加為1310m3/h。2006—2008年4.1.2礦坑排水量與降水量的關(guān)系由于礦區(qū)充水含水層的開放性較好，并且地下水以大氣降水為主要補(bǔ)給來源，因此礦坑排水量大小隨著季節(jié)或不同時期降水量的不同而變化，降水量大的季節(jié)或時段，含水層中的地下水位高、靜水壓力大，進(jìn)入礦坑中的地下水量也就多，相應(yīng)需要排出來的水量也就大，反之則小。另外，由于地下水在含水層中的運(yùn)動速度比較緩慢，一般情況下，礦坑排水量最大的月份會比最大降水量出現(xiàn)的月份滯后1—2個月的時間。見圖4—1。圖4—1礦坑排水量與大氣降水量關(guān)系對比柱狀圖4.2礦區(qū)水害形成機(jī)理4.2.1礦坑突水概況吳莊鐵礦自建井開采以來，坑道中出現(xiàn)過大量突水點(diǎn)，但水量較大的突水點(diǎn)主要有三處。分述如下：第一處突水點(diǎn)：出現(xiàn)在奧陶系灰?guī)r與蝕變花崗閃長斑巖的接觸帶。2006年6月3日在標(biāo)高-430m的中段主溜井巷道左幫突水，并往前進(jìn)方向噴水；開始時出水量約2m3/h，隨著坑道繼續(xù)向南掘進(jìn)，水量不斷增加。從該突水點(diǎn)向東到北西向含水帶距離約42m，而北西向含水帶在標(biāo)高-453m處發(fā)育有溶洞，隨著時間的延長，在高壓水頭的作用下，蝕變花崗閃長斑巖逐漸被沖刷、潛蝕淘空出了一條突水通道，突水量達(dá)到780m3/h，而且經(jīng)過水位觀測，該突水點(diǎn)與南西方向相距1100m的ZK39孔水力聯(lián)系密切。在井下對突水點(diǎn)實施封堵關(guān)閉后，經(jīng)過22hZK39孔中的地下水水位就由埋深98m上升至埋深10m，累計上升了88m。但第二處突水點(diǎn)：位于奧陶系灰?guī)r中，在標(biāo)高-380m的水平東二巷。巷道北側(cè)6m處即為F3斷層含水帶，此含水帶在標(biāo)高-370m至-375m段發(fā)育有一處直徑5m的溶洞，巖溶水從溶洞順灰?guī)r層間裂隙涌入巷道，突水量80m3/h。發(fā)生突水后涌出的水量一直比較穩(wěn)定，巖溶水從礦體上方不斷流出。經(jīng)過水位觀測，出水點(diǎn)與西部相距620m的ZK29孔水位聯(lián)系密切，該孔在標(biāo)高-207.00m至-208.20m處見有除此之外，在標(biāo)高-380m的Ⅳ號礦體中，施工外環(huán)水平探水孔時，進(jìn)尺30m處也遇到溶洞發(fā)生突水，開始時涌水量200～300m3/h，在強(qiáng)大的高壓水頭作用下，鉆具從孔內(nèi)沖出20多m遠(yuǎn)，并造成傷人事故，但在突水2第三處突水點(diǎn)：發(fā)生于奧陶系灰?guī)r中，在標(biāo)高-330m的中段西大巷。該點(diǎn)南側(cè)距F1斷層含水帶15～20m，北側(cè)距F3斷層含水帶40多m。在巷道東側(cè)打天井時揭露，開始出水量100m3/h，2天后出水量增至180m3/h。經(jīng)勘查突水水源來自于西側(cè)的F3斷層含水帶，該帶內(nèi)部巖石破碎、溶蝕裂隙、溶洞均較發(fā)育，富水性強(qiáng)；由于礦坑長期排水，斷層帶中的充填物、松軟膠結(jié)物和碎石巖塊，在地下水的沖刷、潛蝕下不斷流失，加之施工機(jī)械的震動，巖溶裂隙逐漸4.2.2礦坑突水類型及其預(yù)測吳莊鐵礦礦坑突水預(yù)計主要存在鉆孔突水、裂隙溶洞突水、斷層與構(gòu)造破碎帶突水、接觸帶突水四種類型，在局部地段亦可能存在復(fù)合類型?，F(xiàn)將未來開采可能造成礦坑突水的情況初步進(jìn)行預(yù)測，以便今后采礦時加以防范。4.2.2.1鉆孔突水礦區(qū)勘探期間對封孔質(zhì)量沒有進(jìn)行嚴(yán)格檢查，在用水泵將水泥漿壓入孔內(nèi)過程中，部分或全部水泥可能在灰?guī)r裂隙溶洞中流失掉，有的封孔前孔壁洗井不干凈，這些都將影響封孔質(zhì)量。除此之外，對沒有見礦的鉆孔及保留的水位長期觀測孔均未進(jìn)行封孔。主礦體范圍內(nèi)的長期觀測孔有：ZK9孔、ZK32孔、ZK31孔、ZK33孔、ZK11孔、ZK72孔、ZK23孔、ZK83孔、ZK101孔，共計9個孔。尤其是用粘土和報廢巖心封堵的部分見礦鉆孔隔水效果就更差。見表4—1。因此，在上述情況下封堵的鉆孔及未封的鉆孔，均存在引發(fā)突水的可能性，應(yīng)加以防范或提前進(jìn)行處理。表4—1以往部分鉆孔封孔質(zhì)量表孔號礦埋深（m）坐標(biāo)封孔情況起至ZK11394.48401.69x=3826605.91y=50534237.16廢巖心封孔ZK13436.48436.81x=3826425.17y=50534252.17未封孔ZK58289.60294.99x=3826605.46y=50534692.72160mZK16525.85526.32x=3826685.65y=50534002.41粘土封孔ZK117544.23544.56x=3827012.49y=50533799.25粘土封孔4.2.2.2裂隙溶洞突水吳莊礦床奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶較發(fā)育，尤其是在構(gòu)造帶中更為發(fā)育，一般發(fā)育標(biāo)高在-100m至-500m之間。這些裂隙溶洞均位于地下水面以下，儲水量大，連通性好。如F3斷層含水帶中的電2孔抽水時，剛一開始，相距1800m的ZK31孔（位于礦床內(nèi)）水位就開始下降，呈現(xiàn)出管道式的壓力傳遞方式；又如位于F1斷層含水帶中的ZK112孔施工時，由于送入大量的循環(huán)水，而影響到相距150m的ZK72裂隙溶洞充水突發(fā)時間短、來勢猛、突水量大，對礦床開采安全具有巨大威脅。相鄰的利國礦區(qū)峒山四坑-90m中段，在Ⅱ號礦體中施工運(yùn)輸巷道時，由于放炮震動產(chǎn)生的裂隙連通了導(dǎo)水?dāng)鄬?，斷層又連接一個充滿幾百立方米地下水的大溶洞，造成瞬間大量突水，突水量達(dá)3362.55m3/h，是礦床吳莊礦區(qū)F3斷層含水帶中的溶洞發(fā)育比較多，而充填物少或無，大多為空腹溶洞，且規(guī)模較大。據(jù)以往鉆孔資料統(tǒng)計，ZK122孔中的溶洞高度10.58m，ZK126孔中的多處溶洞累計高度大于137m；在其它地段也有多處直徑大于1m的溶洞發(fā)育。這些溶洞大多與斷層含水帶相互連通，含水量豐富，對礦床開采存在著很大的安全隱患，需要引起足夠重視，并采取相應(yīng)措施加以防范?，F(xiàn)將吳莊礦區(qū)已探明的各含水帶中比較大的溶洞列于表4—2中。表4—2勘探鉆孔見溶洞統(tǒng)計表勘探線號孔號見溶洞孔深（m）充填情況起至高度總高度F30ZK25400.49401.340.851.29無充填403.0040.3.640.641ZK33298.25299.331.081.08棕紅色粘土6ZK86417.66418.661.001.35棕紅色粘土419.31419.660.3512ZK122420.11428.898.7810.58充填差475.93477.731.8016ZK126221.00221.900.90>137.44無充填282.98419.52>136.54F12ZK35345.55346.060.514.04棕黃色粘土346.90347.901.00373.15374.181.03410.80412.301.503ZK57325.80326.720.920.92無充填北東1ZK77297.13298.281.151.35無充填298.58298.780.20北西4ZK101422.00423.001.001.90無充填431.60432.300.70446.27446.470.20ZK60440.19445.90>5.71估計>400兩次處理事故掉鉆桿800多m4.2.2.3斷層與構(gòu)造破碎帶突水吳莊礦區(qū)奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶集中發(fā)育深度在14.21～78.79m之間，平均厚度52.57m；超過此深度，灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育及富水性則主要受構(gòu)造控制。在規(guī)模較大的斷層帶與構(gòu)造破碎帶，灰?guī)r裂隙巖溶的發(fā)育深度可達(dá)到500m以下，并且富水性強(qiáng)，連通性好；而在構(gòu)造影響帶以外，深部灰?guī)r裂隙巖溶的發(fā)育程度極差，且富水性也很弱。因此，礦床開采時，一旦揭露主要斷層帶或者構(gòu)造破碎帶，地下水就會在巨大水頭壓力的作用下大量涌入礦坑中，產(chǎn)生突水事故。根據(jù)吳莊礦區(qū)斷層與構(gòu)造帶的分布狀況，可能造成礦坑突水的主要有F3、FF3斷層帶在吳莊—蘇莊一帶及義和莊東部切割礦體。其在礦床區(qū)的分布位置：ZK74孔處標(biāo)高-490～-512m，ZK44孔北側(cè)標(biāo)高-500m，ZK39孔處標(biāo)高-378m，ZK96孔處標(biāo)高-300m；該斷層帶經(jīng)過礦床區(qū)或切割礦體的長度較大，距礦體最近處僅27mF1斷層帶在ZK72孔—ZK45孔一線從礦體上部經(jīng)過，部分地段下部接觸礦體。該斷層帶與淺部奧灰含水帶溝通，并在東部與北東向構(gòu)造破碎帶相連，富水性較強(qiáng)。在與礦體接觸的地段地下水可直接涌入礦體中去，是需要重點(diǎn)防范的突水部位。北東向構(gòu)造破碎帶在ZK84孔處接觸礦體，北西向構(gòu)造破碎帶在ZK83孔處距離礦體僅39m，并且與均淺部奧灰含水帶溝通，富水性較強(qiáng)，均具有較大的突水威脅，與礦體接觸段以及與礦體距離比較近的地段突水危險性較大，是加強(qiáng)突水防范的重點(diǎn)區(qū)段4.2.2.4接觸帶突水本礦床接觸帶突水主要指圍巖蝕變帶中富存的地下水涌入礦坑中。吳莊鐵礦屬于接觸交代型礦床，礦體周圍的碳酸鹽巖裂隙巖溶發(fā)育，富水性較強(qiáng)。根據(jù)以往勘探資料，礦體下部的圍巖裂隙巖溶發(fā)育相對較好，厚度幾十cm至幾m，局部甚至達(dá)20m；頂板圍巖裂隙巖溶發(fā)育相對較弱，厚度一般不超過14.2.3礦坑突水機(jī)理分析4.2.3.1突水水源吳莊礦區(qū)分布著較大面積的奧陶系灰?guī)r，由于其裂隙巖溶發(fā)育具有顯著的不均一性特征，因此其中地下水的儲存也存在著明顯的差異。據(jù)前述，礦區(qū)巖溶地下水主要儲存于奧陶系灰?guī)r淺部含水帶、F1、F3斷層含水帶及北東向、北西向構(gòu)造破碎含水帶中?；?guī)r淺部含水帶埋藏較淺，開放性好，可直接接受降水與地表水體的滲入補(bǔ)給；斷層帶和構(gòu)造帶巖石破碎、膠結(jié)疏松，在地下水的長期循環(huán)運(yùn)移過程中，不斷被溶蝕、侵蝕，形成了許多大小不等的溶洞、溶隙，為地下水提供了良好的儲存空間；這些含水帶裂隙巖溶發(fā)育，富水性中等或強(qiáng)，儲存有豐富的地下水，為礦床開采過程中礦坑突水提供了大量水源。4.2.3.2突水途徑吳莊礦區(qū)礦坑突水途徑主要為接觸或切割礦體的幾條富含地下水的斷層與構(gòu)造帶。它們雖生成時間不同，有成礦前后之別，但均具有不同程度的繼承性和復(fù)活性特點(diǎn)，并使地層形成階梯狀下降，構(gòu)造帶拓寬，旁側(cè)巖石破碎嚴(yán)重，小錯動發(fā)育。其內(nèi)部不但儲存有豐富的地下水，而且多數(shù)相互連通，其中大部分還直接與礦體接觸，為地下水流入礦坑提供了導(dǎo)水通道。在礦床開采過程中，巷道若臨近或穿過這些斷層或構(gòu)造含水帶時，就有可能會發(fā)生突水事故。4.2.3.3突水影響因素礦坑突水的影響因素主要有三個方面：一是充水含水層中的水量大小，二是突水通道導(dǎo)水能力及其與外部含水層的水力聯(lián)系，三是地下水的壓力水頭。礦坑最為主要的充水含水層為礦區(qū)分布的幾條含水帶，前已述及它們均含水豐富、接受補(bǔ)給的能力較強(qiáng)，單靠排水的方式將突入礦坑中的水體疏干十分困難。礦區(qū)分布的幾條含水帶有的與礦體直接接觸，有的則在部分地段相互連通；尤其是F1、F3斷層及北東、北西向構(gòu)造帶，長期以來一直是礦區(qū)地下水匯集、儲存的主要場所及循環(huán)運(yùn)移的主要通道，具有較強(qiáng)的導(dǎo)水性能；特別是F1與F3斷層又在礦區(qū)西部與規(guī)模較大的區(qū)域性張性斷層F20連通，使礦區(qū)南部、西部的地下水可以間接地進(jìn)入礦坑，增大礦坑突水量。含水層、帶中地下水的壓力水頭高度也是觸發(fā)礦坑突水的重要因素。吳莊礦床開采深度在-300m—-480m之間，而正常情況下的地下水水位標(biāo)高在30—40m之間，從礦床開采層位到地下水面之間存在著330—520m水位差。而礦體附近的圍巖受巖漿侵入作用的影響，產(chǎn)生蝕變而且裂隙發(fā)育，強(qiáng)度大為降低；當(dāng)開采巷道或撐子面靠近滲透性、富水性好的含水層、帶時，采空區(qū)坑道壁、尤其是蝕變嚴(yán)重及裂隙發(fā)育密度大的軟弱部位，則會在巨大水壓的作用下產(chǎn)生破裂，導(dǎo)致含水層、帶中的地下水涌入巷道，發(fā)生突水事故。4.3礦區(qū)水害治理可行性分析4.3.1巖溶水疏降可行性評價采用我國類似礦區(qū)礦坑疏水系數(shù)的經(jīng)驗公式進(jìn)行評價。計算公式為：S0=（4—1）式中：S0——礦坑疏水系數(shù)；S——計算水位降深值（m）；Q——礦坑疏干排水量（m3/d）。礦區(qū)疏降可行性的判別標(biāo)準(zhǔn)如下：S0>10補(bǔ)給較弱，易疏干；3<S0<10補(bǔ)給較強(qiáng)，可以疏降；S0<3補(bǔ)給很強(qiáng)，不宜直接疏降。根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件，利用礦區(qū)勘探時期預(yù)測計算的礦坑涌水量資料和2008年礦坑排水量的實測資料進(jìn)行初步計算，結(jié)果見表4—3。表4—3疏水系數(shù)計算表時間水位降深（m）計算標(biāo)高（m）排(涌)水量（m3/d）疏水系數(shù)礦區(qū)勘探預(yù)測538-50021978.140.0252008年468-43020808.000.0222008年的礦坑排水量和2006年、2007年相比，已經(jīng)明顯減小，原因是在2006年底到2008年6月份利用部分鉆孔對F3等含、導(dǎo)水?dāng)鄬訋нM(jìn)行了封堵，但盡管如此，計算出的疏水系數(shù)值仍然很小，與利用礦區(qū)勘探時預(yù)測資料計算的結(jié)果十分相近。這說明，吳莊礦床充水含水層的富水性較強(qiáng)，地下水補(bǔ)給來源充沛，不適宜于直接疏降；而應(yīng)采取堵截或者堵截與疏干相結(jié)合的治理方式來解決礦坑的突水問題較為適宜。4.3.2水害治理技術(shù)條件的可行性吳莊礦區(qū)巖溶水的賦存和運(yùn)移具有明顯的帶狀特征，除奧陶系灰?guī)r淺部含水帶呈面狀分布以外，其余含水帶均沿斷層帶或構(gòu)造破碎帶分布，而這幾條含水帶也同時起著匯集和輸導(dǎo)礦區(qū)地下水的作用，成為地下水循環(huán)徑流的主要場所。從以往礦坑突水資料的分析可以看出，大多數(shù)突水點(diǎn)涌入的地下水來源于斷層或構(gòu)造帶的導(dǎo)入，突水點(diǎn)涌水時，臨近斷層或構(gòu)造帶中地下水位下降，突水量大時更為顯著，而當(dāng)突水點(diǎn)被關(guān)閉后，其中的地下水位又開始回升。因此，只要在礦床外圍適宜位置對幾條主要含、導(dǎo)水帶進(jìn)行封堵，截斷兩側(cè)地下水的水力聯(lián)系，阻擋外部地下水流入礦坑，礦坑中的突水量就會顯著減少，就可以采用疏干排水的方法來解決礦坑的涌水問題。吳莊礦區(qū)的突水治理主要涉及兩個方面的技術(shù)問題：一是確定含水、導(dǎo)水帶的具體位置，即注漿鉆孔的布設(shè)位置；二是注漿施工工藝技術(shù)。含水、導(dǎo)水帶位置的確定可以采用水文地質(zhì)物探方法中的地面電法勘探技術(shù)進(jìn)行探測，目前此類技術(shù)方法已經(jīng)比較成熟，探測效果也比較可靠；在正常情況下，直徑大于0.5m的溶洞或斷距大于1m的張性斷裂基本均可解譯出來。而吳莊礦區(qū)發(fā)育的幾條含、導(dǎo)水帶規(guī)模相對較大，裂隙巖溶發(fā)育程度較高，異常反映更為清晰、顯著，探測效果更好，不存在大的技術(shù)困難。采用打孔注漿堵水截流的施工技術(shù)工藝，自上世紀(jì)五十年代以來就已經(jīng)在大水礦區(qū)廣泛使用，目前，設(shè)備更加先進(jìn)，工藝技術(shù)也更為成熟，一般的專業(yè)地質(zhì)勘察單位均擁有相應(yīng)的資質(zhì)、設(shè)備以比較高的施工技術(shù)和注漿工藝。現(xiàn)有施工設(shè)備、技術(shù)條件完全能夠滿足此項工作要求。山東濟(jì)南張馬屯鐵礦是全國著名的大水礦山之一，水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，預(yù)計-400m水平礦坑涌水量36萬m3/d，自1975年建礦以來，伴隨著開采進(jìn)度多次采用帷幕注漿堵水截流方法對含、導(dǎo)水層、帶進(jìn)行治理，實現(xiàn)長達(dá)30年生產(chǎn)安全，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，山東萊蕪馬莊鐵礦、山東青州店子鐵礦、安徽省霍邱縣李樓鐵礦等礦山均采用帷幕注漿堵水截流技術(shù)對礦區(qū)水害進(jìn)行了治理，保證了礦山生產(chǎn)安全。2006—2008年，我礦自籌部分資金，并與山東省魯南地質(zhì)工程勘察院聯(lián)合，在礦區(qū)西部及西南部進(jìn)行了注漿堵水試驗。在采用電法勘探確定出F1、F3、F4等斷層及部分溶洞位置的基礎(chǔ)上，施工了28個注漿鉆孔，共計注入水泥9萬多t，多數(shù)突水點(diǎn)的涌水量成倍減少，礦坑排水量從封堵前的1279.4m3/h下降到279.1m3/h，前后減少了1000多m3/h，所以，吳莊礦區(qū)的突水災(zāi)害采用堵水截流的方法進(jìn)行綜合治理，在技術(shù)條件上是可行的，可以達(dá)到預(yù)期的治理效果。4.3.3水害治理經(jīng)濟(jì)條件的合理性通過進(jìn)行水害綜合治理，不但可以保證井下生產(chǎn)安全，還可減少防水礦柱留設(shè)規(guī)模和數(shù)量，提高礦石資源回采率，更有效地開發(fā)利用鐵礦資源，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)收入。據(jù)初步估算，吳莊鐵礦進(jìn)行水害綜合治理以后，可以釋放出用于留設(shè)防水礦柱的鐵礦地質(zhì)儲量大約120萬t，按照設(shè)計回采率85%計算，可以采出鐵礦石102萬t；吳莊鐵礦礦石品位大于60%，每1.9t礦石可以產(chǎn)出1t鐵精粉，若按鐵精粉正常市場價格1000元/t計算，可折合人民幣53684.21萬元。另外，進(jìn)行礦區(qū)水害綜合治理，還能夠為企業(yè)節(jié)約大量的礦坑排水費(fèi)用。仍以山東濟(jì)南張馬屯鐵礦為例來加以說明，該鐵礦通過帷幕注漿圈圍了2200萬t的地質(zhì)儲量，按照60%的回采率計算可采出鐵礦石1320萬t；帷幕注漿堵水工程總投資8838萬元，噸礦承擔(dān)帷幕建設(shè)費(fèi)用6.70元，帷幕堵水效果80%，剩余礦坑水排出費(fèi)用為噸礦43.80元，帷幕注漿與排水兩項費(fèi)用合計為噸礦50.50元；如果不采取治理措施，單靠疏干排水進(jìn)行開采，噸礦排水費(fèi)用為277.4元；兩者比較，僅治水費(fèi)用每噸礦石就可節(jié)約226.90元。由此可以看出，吳莊鐵礦進(jìn)行水害綜合治理，在經(jīng)濟(jì)條件方面是非常合理的。5.礦床突水治理方案與效益分析5.1突水治理方案5.1.1技術(shù)路線及治理技術(shù)方法5.1.1.1治理目標(biāo)及預(yù)期效果（1）通過綜合治理，減少地表水體對地下水的入滲補(bǔ)給，有效堵截流向礦床區(qū)的地下水徑流。（2）堵水截流效果達(dá)到75—80%，減少礦坑排水量1500m3/h，確保礦井開采安全。5.1.1.2吳莊礦區(qū)水害治理采取“先查后治、上下結(jié)合、地表疏導(dǎo)防滲、地下帷幕截流”的技術(shù)路線。即在查清礦區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采用地上和地下相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合治理；地面上減少地表水體的入滲補(bǔ)給，地下裂隙巖溶發(fā)育帶通過帷幕注漿，封堵地下水徑流通道，最大限度地阻截進(jìn)入礦坑的地下水徑流。5.1.1.3主要技術(shù)方法吳莊礦區(qū)水害治理主要采用礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)物探、地質(zhì)與水文地質(zhì)鉆探、鉆孔帷幕注漿等工作方法。（1）水文地質(zhì)調(diào)查主要采用觀察描述、調(diào)查了解、地下水位觀測、排水量與開采量統(tǒng)計、河水流量觀測等手段完成。目的是查明礦區(qū)地表環(huán)境特征、大氣降水對地下水的入滲補(bǔ)給條件及地表水體的排放、徑流、入滲情況，尤其是地表水體對地下水的入滲補(bǔ)給作用及礦區(qū)地下水的流場狀況。另外，還包括鐵礦礦坑排水量、多年開采過程中出現(xiàn)的突水情況及礦區(qū)地下水的開采量等。為分析研究礦區(qū)地下水的循環(huán)運(yùn)動特征及入滲補(bǔ)給機(jī)理，加深對礦區(qū)水文地質(zhì)條件的認(rèn)識，制定科學(xué)的治理方案及合理布置各項工作量奠定基礎(chǔ)。（2）水文地質(zhì)物探主要采用地面電法中的聯(lián)合剖面法和電測深法來進(jìn)行斷層及含水層、帶的探測工作。目的是進(jìn)一步查明和驗證礦區(qū)斷層與含水層、帶的范圍及具體分布位置，確定不同含水層、帶裂隙巖溶的發(fā)育狀況。為治理工程布置及工作量安排提供充分的資料依據(jù)。（3）地質(zhì)、水文地質(zhì)鉆探此項工作主要是進(jìn)行水文地質(zhì)勘探孔、帷幕注漿鉆孔及堵水效果檢查孔的施工。水文地質(zhì)勘探孔主要是用于了解含水層、帶裂隙巖溶的發(fā)育狀況及富水性特征，驗證物探工作質(zhì)量及解譯成果的可靠性，同時也作為分析相應(yīng)含水層、帶與礦床之間地下水水力聯(lián)系以及注漿堵水效果檢查的水位動態(tài)觀測孔。帷幕注漿鉆孔主要是用來向地下灌注水泥漿液，建設(shè)帷幕截水墻。堵水效果檢查孔則主要是用于檢查地下帷幕墻的工程質(zhì)量情況。水文地質(zhì)勘探孔采用SPS—600型水文水井鉆機(jī)施工，開孔口徑273mm，終孔口徑170mm，鉆孔位置與深度根據(jù)以往資料及本次地面物探解譯成果確定，巖芯采取率：完整巖石大于70%，破碎巖石大于40%。帷幕注漿鉆孔采用XB—1000A或XY—5型巖芯鉆機(jī)施工，開孔口徑146mm，終孔口徑110mm；鉆孔位置布設(shè)注漿效果檢查孔布置在兩個注漿孔中間位置以及帷幕體的邊緣部位，布孔數(shù)量為注漿孔的15%，施工工藝方法與帷幕注漿孔相同。水文地質(zhì)勘探孔和帷幕注漿孔、檢查孔均采取回轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)，全程取芯。在鉆進(jìn)過程中，詳細(xì)記錄回次進(jìn)尺、取出的巖芯長度、掉鉆、漏水及沖洗液大量漏失位置，并對取出巖芯裂隙巖溶發(fā)育深度、發(fā)育狀況進(jìn)行比較全面的描述。每鉆進(jìn)50m、變徑及終孔，均進(jìn)行鉆孔深度校正與偏斜度測量，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。（4）帷幕注漿及效果檢查采用XPD—90E型注漿泵將預(yù)先配制攪拌好的水泥漿通過鉆桿壓入鉆孔中的裂隙巖溶發(fā)育段，形成地下帷幕墻，堵截流向礦坑的地下水徑流。帷幕注漿效果檢驗以坑下放水試驗為主要手段，輔以施工檢查孔，采用雙重手段檢查。一是在坑下施工放水（疏干）鉆孔和水位（水壓）觀測孔，進(jìn)行坑下放水試驗，并同時在原先施工的水文地質(zhì)勘探孔中進(jìn)行地下水位觀測，利用放水量和水位（水壓）變化間的相關(guān)關(guān)系計算驗證帷幕注漿堵水效果和工程質(zhì)量。二是采用檢查孔，通過鉆探采取巖芯直接觀察注漿段巖石中裂隙巖溶被水泥充填的情況，并結(jié)合鉆孔抽水或注水試驗資料，來檢驗注漿堵水的效果和工程質(zhì)量。5.1.2施工技術(shù)參數(shù)與工藝5.1.2.1鉆探技術(shù)參數(shù)與工藝（1）硬質(zhì)合金取芯鉆進(jìn)第四系鉆進(jìn)為更好攜帶巖粉，防止巖芯堵塞，可選用內(nèi)外出刃和底出刃均較大的內(nèi)外鑲鉆頭；為避免堵水糊鉆，鉆壓控制在4～5kN，入巖石后鉆壓變?yōu)?～10kN。根據(jù)礦區(qū)的地質(zhì)情況，巖石可鉆性為4～5級，鉆頭轉(zhuǎn)速可采用200～300r/min；為保證巖屑顆粒及時攜帶至地表，沖洗液上返速度需大于0.30m/s，因此采用泵量80～120L/min。（2）金剛石繩索取心鉆進(jìn)礦區(qū)內(nèi)地層以中等硬度、中等研磨性巖石為主，為提高鉆速和鉆頭使用壽命，可采用金剛石粒度46～60目、金剛石濃度80～120%、胎體硬度35～40的孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：鉆頭應(yīng)分組排隊使用，擴(kuò)孔器直徑應(yīng)比鉆頭外徑大0.3～0.5mm，卡簧自由內(nèi)徑比鉆頭內(nèi)徑小0.3～0.4mm，鉆頭與鉆桿直徑盡量接近，以確保鉆頭在孔底工作穩(wěn)定。（3）鉆進(jìn)注意事項正常情況下，管路系統(tǒng)、鉆具和鉆頭處阻力損失約0.8MPa左右，每百米鉆桿的阻力損失約0.2MPa左右；鉆進(jìn)中泵壓小幅度上升或下降，可能是換層，應(yīng)注意進(jìn)尺情況和鉆具聲響，必要時可調(diào)整規(guī)程參數(shù)，以防止巖心堵塞；若鉆進(jìn)中鉆速突然降低或不進(jìn)尺，且泵壓猛增，應(yīng)盡快將鉆具提離孔底，防止發(fā)生燒鉆事故，因此在鉆進(jìn)過程中必須經(jīng)常密切注意觀察泵壓變化；為提高鉆速可采用較高轉(zhuǎn)速，為了減少金剛石鉆頭非正常損耗，應(yīng)做好減振工作，操作必須平穩(wěn)，為此須采用合理的鉆具級配，使用潤滑沖洗液；在鉆進(jìn)時注意觀察泵壓表、電流表、進(jìn)尺和返水情況，以便及時發(fā)現(xiàn)問題提鉆處理；在地層條件許可的情況下，盡量采用清水加潤滑劑做為沖洗液，為加強(qiáng)沖洗液凈化，改善沖洗液質(zhì)量，沖洗液循環(huán)槽長度一般不小于15m，沉淀池不小于2個，并及時清碴及更換沖洗液。合理控制提、下鉆速度，以減小鉆具在升降過程中所引起的震動，尤其在復(fù)雜地層當(dāng)中鉆進(jìn)時更要放慢提、下鉆速度。（4）鉆孔彎曲的預(yù)防地基要穩(wěn)固,基臺要水平，立軸中心、天車前緣、鉆孔設(shè)計中心三點(diǎn)一線；主動鉆桿不易過長且應(yīng)固定在卡盤中心，孔口管要下正、牢固；換徑時應(yīng)帶導(dǎo)向，待小徑巖心管全部進(jìn)入小孔徑后，再去掉上部大口徑導(dǎo)向巖心管；使用剛性好、長而直的鉆具，在繩索取心鉆具上部增加1～2套帶擴(kuò)孔器的外管,以保證鉆具垂直度；在強(qiáng)造斜地層鉆進(jìn)時，應(yīng)使用減壓、中低轉(zhuǎn)速和沖洗液量適當(dāng)?shù)你@進(jìn)規(guī)程參數(shù)；使鉆桿處于拉直狀態(tài)，減小鉆桿撓曲度，提高鉆具的穩(wěn)定性。5.1.2.2帷幕注漿技術(shù)參數(shù)與工藝（1）注漿孔孔距依據(jù)新編《礦山采礦設(shè)計手冊》和其它類似礦山帷幕注漿工程實踐經(jīng)驗及本礦區(qū)灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育特征，在注漿壓力達(dá)靜水壓力2.5倍的情況下漿液有效擴(kuò)散半徑可達(dá)6.5～7m，為保證漿體兩側(cè)有效連接，設(shè)計注漿孔孔距為12（2）注漿終止壓力及漿液消耗量根據(jù)灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育狀況，設(shè)計注漿終止壓力15~20MPa；注漿終止?jié){液消耗量<50L/min。（3）注漿工藝及材料注漿采用純壓、下行式注漿法。注漿材料采用單液水泥漿，如有漏漿地段則采用水泥—水玻璃雙液漿，水泥達(dá)國標(biāo)425#普通硅酸鹽水泥。漿液配比(重量比)采用四級漿液：Ⅰ級為2(水):1(水泥)，Ⅱ級為1.5:1，Ⅲ級1:1，Ⅳ級為0.8:1。（4）漿液的使用與轉(zhuǎn)換起始濃度的應(yīng)用：鉆孔涌水量10m3/h～50m3/h起始濃度采用Ⅰ級漿；鉆孔涌水量50m3/h～100m3/h，起始漿采用Ⅱ級；注漿過程中漿液濃度使用轉(zhuǎn)換：起始濃度連續(xù)注入60min壓力、耗漿量無變化時，改用上一級的濃度，改濃度后注60min后情況同上時再改用上一級濃度，Ⅲ級漿液為注漿的主力漿液，Ⅲ級漿注漿水泥消耗量大于100t后可改用=4\*ROMANIV級漿。（5）注漿過程控制注漿必須連續(xù)進(jìn)行，不得中斷，應(yīng)配備必要的備用設(shè)備；要根據(jù)壓力的變化適時地調(diào)整給漿量，防止突然升壓堵塞進(jìn)漿通道達(dá)不到應(yīng)有擴(kuò)散半徑；注漿達(dá)終壓、終量兩項指標(biāo)后，再持續(xù)注漿30min后可以結(jié)束；注漿結(jié)束時，要同時關(guān)閉孔口閘閥，實施孔內(nèi)保壓，關(guān)閥與停泵要做到同步進(jìn)行，以防止?jié){液回流和造成管內(nèi)短路瞬時高壓；關(guān)閥結(jié)束注漿后，要繼續(xù)觀測記錄孔口壓力表的失壓過程，每5min記錄一次，直至失壓為零，孔口注漿人員方可撤離現(xiàn)場。此外，在注漿過程中要認(rèn)真做好記錄，記錄內(nèi)容包括：注漿前鉆孔的涌水量、涌水位置、水壓、水的顏色；每一次注漿的起止孔深，壓水情況；漿液配比與轉(zhuǎn)換使用情況（每15min測試記錄一次），漿液注入量（每15min記錄一次），水泥消耗量（每30min記錄一次）；注漿壓力（每10min記錄一次）等。5.1.3治理工程布置5.1.3.1此兩項