【正文】 側(cè)為中奧陶系純灰?guī)r，南側(cè)為下奧陶系白云質(zhì)灰?guī)r，再往南為大片裸露的寒武系灰?guī)r。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，由于礦區(qū)隱伏褶皺構(gòu)造運(yùn)動的作用，局部地段的富水段不但在大理巖，而且延伸到底部的閃長巖?？偟膩碚f，本礦區(qū)巖溶發(fā)育程度相對不高，多數(shù)抽水鉆孔，水量較小，水位降深較大，而停抽后水位恢復(fù)緩慢，其富水性次于臨近的谷家臺、業(yè)莊鐵礦區(qū)。從礦區(qū)三個(gè)塊段的大理巖埋藏與巖溶發(fā)育的相互關(guān)系也說明這點(diǎn)。②地質(zhì)構(gòu)造：在F4斷層附近的ZKZK10孔，巖溶裂隙、溶洞發(fā)育；在石門官莊——塔子斷裂和F4斷層的相交處，巖溶裂隙十分發(fā)育，是外圍地下水進(jìn)入礦區(qū)的主要通道。（3）巖溶發(fā)育的控制因素巖溶發(fā)育受多種因素控制，在某一地段，一種因素可能起主導(dǎo)作用，在另一地段，這種因素可能退居次要地位。（2）巖溶發(fā)育分規(guī)律巖溶發(fā)育受各種因素的共同作用，由于各個(gè)地段具體條件不同，巖溶發(fā)育程度因地而異。溶洞在礦區(qū)內(nèi)不甚發(fā)育，只在25個(gè)鉆孔中見有35個(gè)溶洞，且以小型溶洞為主，大部分洞高不足1米。F5斷層具有導(dǎo)水及阻水的兩重性，但在斷層的東西兩端具有兩個(gè)缺口，是礦區(qū)地下水與外圍地下水聯(lián)系的通道。（4）F5（牛王泉～杜官莊）斷裂：斷裂位于礦區(qū)北部，西由牛王泉，東至杜官莊。（3）F1斷裂：斷裂位于礦區(qū)的正負(fù)線之間，斷層走向N140W、傾向南西，推斷斷距80米左右。（2）FF3（候家溝東）斷裂帶：F2斷裂大都被第三系及第四系覆蓋，僅在局部地段出露，構(gòu)造形跡清楚，壓扭性特征明顯。 礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂、褶皺十分發(fā)育，主要有東西向構(gòu)造帶、北北東向斷裂FFF4和F1及新東西向斷裂F5等，其地下水的運(yùn)動大都受構(gòu)造斷裂的控制。由于F 1斷層構(gòu)造運(yùn)動及沿?cái)嗔褞兾g作用之結(jié)果，使得中塊段較兩側(cè)凹陷，灰?guī)r、大理巖頂板埋深在其在走向上呈一馬鞍形。第五段(O2m5)為灰黃色薄層白云質(zhì)灰?guī)r，灰色中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r底部為角礫狀灰?guī)r。因?yàn)榈谌祻搅鞑煌〞?，其水力承壓性好，所以地下水為承壓水。礦區(qū)內(nèi)第三系為管莊組地層，巖性主要為紅色粘土巖、粘土質(zhì)砂巖、粘土質(zhì)砂礫巖。第四系的潛水位嚴(yán)格受到降水量的控制，潛水位隨季節(jié)變化大。（1）第四系（Q）屬于沖積層、沖洪積層，巖性主要為砂質(zhì)粘土、砂、礫石，因此是一個(gè)強(qiáng)含水層和透水層。汶河由礦區(qū)北部流過，石河由南而北流經(jīng)礦區(qū)西部匯入汶河， 為季節(jié)性河流，雨季排洪，旱季涓涓細(xì)流，直至干涸。巖體走向與礦山背斜走向相吻合，其形態(tài)，推測為巨大而復(fù)雜的巖蓋。出露于礦山、趙莊、孟家峪一帶，面積約8平方公里。向斜軸SWNE向展布，并逐漸偏NNE向，軸長10公里，寬6公里，其西南端，向斜翹起、封閉。為中部略向南凸的弧形背斜。（3）帚狀構(gòu)造：礦山帚狀構(gòu)造為XX弧形斷裂二次旋卷構(gòu)造。（2）弧形斷裂：XX弧形斷裂是魯西系旋扭構(gòu)造的產(chǎn)物，斷距較大，規(guī)?？捎^。該斷裂為先張后壓。主要構(gòu)造有：東西向斷裂、弧形斷裂、帚狀構(gòu)造。魯中緯向構(gòu)造促使盆地內(nèi)主要構(gòu)造線、地層走向呈近東西向展布；盆地及弧形斷裂則魯西系旋卷構(gòu)造的產(chǎn)物。是大氣降水及地表水匯聚、排泄通道，其洪峰流量達(dá)2920m3/s（1966年7月15日）。1．區(qū)域地質(zhì)概況礦區(qū)位于XX市西南牛泉鎮(zhèn)，交通十分方便。由于XX礦地下水靜、動儲量都較大，采用疏干排水的防治水方案不僅不能達(dá)到疏干的目的，還可能導(dǎo)致地面出現(xiàn)塌陷、水資源破壞等地質(zhì)環(huán)境問題，而且存在突水的威脅，尤其是高昂的排水費(fèi)用（現(xiàn)在1千萬元左右/年，每噸礦石排水成本達(dá)25m3水的費(fèi)用），進(jìn)而影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益以及可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)設(shè)計(jì)開采為西部礦體，礦體主要賦存于195m~305m標(biāo)高間，從8線到10線，礦化帶走向長210m，水平厚度為10~120m。礦體上下盤圍巖是大理巖、閃長巖和矽卡巖，大理巖為礦床主要充水巖層，其巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，礦坑涌水量大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，特別是礦體與圍巖接觸帶是地下水主要逕流通道，加上其穩(wěn)固性差，遇水膨脹和軟化，極易產(chǎn)生塌落冒頂，嚴(yán)重影響了井下的的正常生產(chǎn)和安全作業(yè)。因此，必須開展防治水技術(shù)研究，對礦區(qū)水文、工程地質(zhì)條件尤其是礦床圍巖水文、工程地質(zhì)特征進(jìn)行調(diào)查研究，通過理論分析及比較，制定有效、經(jīng)濟(jì)、合理的防治水技術(shù)方案。地貌為剝蝕丘陵區(qū)，礦區(qū)位于XX斷陷盆地南部，礦山帚狀構(gòu)造的收斂部位與礦山背斜西南巖體之侵沒端。另外，方下河、嘶馬河、匯河、顏莊河、塔子河、石河等，枝狀溪流也較發(fā)育，皆為季節(jié)性河流。山東中部區(qū)域性緯向構(gòu)造體系中有一條東西向斷裂構(gòu)造和魯西旋卷構(gòu)造前緣?。╔X弧）控制了XX盆地的生成。（1）東西向斷裂：石門官莊——塔子斷裂，斷層走向呈近東西向展布，與其傾向之共同點(diǎn)：皆為舒緩波狀。它是東西向構(gòu)造運(yùn)動的產(chǎn)物。西自泰安，經(jīng)由盆地北、東緣的銅冶店、鐵銅溝、延伸至沂蒙山區(qū)以遠(yuǎn)，其斷距在千米以上。它由礦山背斜、八里溝向斜等壓必結(jié)構(gòu)面組成，其向SW收斂、NE撒開。兩翼中奧陶系灰?guī)r傾角較陡，約在40度以上，與閃長巖接觸交代，是成礦之有利部位。在本區(qū)，中生代燕山晚期巖漿活動最強(qiáng)烈，形成中偏基性的閃長巖體，分布在盆地不同的構(gòu)造部位。南北兩端隱伏于奧陶系地層之下。巖體主要侵入中奧陶統(tǒng)，北部地段有侵入石炭二迭系地層中，多與圍巖順層接觸，少呈斜切或穿插。詳見礦區(qū)水文地質(zhì)圖21。(孔CK114)，(孔CK84)。潛水面的形態(tài)與區(qū)內(nèi)地形基本一致，南高北低，東高西低，總的趨勢是由南東向北西逕流，而后泄入汶河。底部為礫巖和礫石，含水性較弱，可視為隔水層。單位涌水量q=，含水性弱，可視為良好的隔水巖層。第六段(O2m6)為灰色、厚層豹皮狀灰?guī)r、純灰?guī)r、含白云質(zhì)灰?guī)r。（4）礦山巖體由杜官莊以東傾伏于中奧陶系灰?guī)r之下，但因古剝蝕作用，以及侵入過程中的起伏變化，因而于西尚莊與紀(jì)家莊以北，巖體伏于第三系紅砂巖之下，巖體在礦床地段呈鋸齒狀或舌狀侵入，礦區(qū)有兩層10～30米的閃長玢巖脈順層侵入。 （1）F4（牛泉—茂盛堂）斷裂：構(gòu)造形跡在茂盛堂村南出露，村北被第四系、第三系覆蓋，推斷該斷裂向北延伸至牛泉村南，～，為該斷裂面延伸的依據(jù)。其走向?yàn)镹200～300E，傾向在南段為北西，北段為南東，傾角740～800，推斷斷距80米左右。其表現(xiàn)是：由于斷層的作用，F(xiàn)1斷裂東盤奧陶系中統(tǒng)馬家溝組第四段灰?guī)r與西盤第五段灰?guī)r沿走向接觸；沿?cái)嗔炎呦蛏?，古剝蝕作用較強(qiáng)，第三系沉積厚度較斷裂兩側(cè)有明顯的增厚，灰?guī)r相對變薄，從而造成了斷裂兩側(cè)水文地質(zhì)條件有明顯差異的兩個(gè)塊段，即礦區(qū)的東西兩塊段。斷裂的東段地面略有顯示，向西隱伏于第三系、第四系之下。（灰?guī)r）巖溶發(fā)育分布規(guī)律（1）巖溶發(fā)育程度礦區(qū)內(nèi)巖溶裂隙十分發(fā)育。溶洞較發(fā)育段位于整個(gè)大理巖含水層之中段，即50～150米水平。總的來說，有以下規(guī)律性：從平面上看，東塊段巖溶裂隙、溶洞較發(fā)育，西塊段次之，中塊段最差，靠近巖體的部位較發(fā)育，遠(yuǎn)離巖體則較差，位于構(gòu)造裂隙帶附近部位較發(fā)育，其它地方則較差。綜合礦區(qū)巖溶發(fā)育的規(guī)律，控制巖溶發(fā)育的主要因素有：巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖漿巖體的侵入、蝕變作用、大理巖（灰?guī)r）的埋藏藏深度及厚度。③巖漿巖體的侵入、蝕變作用：靠近巖體的大理巖，結(jié)晶顆粒大，巖芯采取率一般較低，也較破碎，地下水對它的溶蝕作用更容易。（4）巖溶發(fā)育下限礦區(qū)各塊段巖溶發(fā)育下限為：東塊段，250米；西塊段，340米；中塊段，180米。巖溶發(fā)育的不均一性在本區(qū)較明顯，即有平面非均質(zhì)，又有垂向非均質(zhì)。大理巖含水層的富水段的下限在東西兩塊段相差較大，東塊段的富水段下限為200米，西塊段的富水段的下限一般為340米。從東西向斷裂帶本身的擠壓性，閃長巖沿?cái)嗔褞У拇闋钋秩耄瑪嗔褍蓚?cè)水頭的明顯差異來看，該斷裂具有明顯的阻水作用。從業(yè)莊鐵礦放水試驗(yàn)和礦區(qū)大口徑抽水試驗(yàn)的水位觀測孔資料表明，該斷裂有明顯的阻水作用，但在局部見該斷裂具有導(dǎo)水性能，也是礦區(qū)灰?guī)r含水層接受區(qū)域側(cè)向補(bǔ)給的主要進(jìn)水邊界，特別是在該斷裂的東北端，是外圍地下水進(jìn)入礦區(qū)的重要逕流通道。礦區(qū)西部，奧灰?guī)r大都伏于第三系及中、上石炭系之下，僅在石門官莊——泉坡一帶地面成帶狀有所裸露，從泉坡往西即與汶河沖洪積砂礫石層相接，構(gòu)成了泉坡“天窗”。根據(jù)地水位長期動態(tài)觀測資料,地下水位顯現(xiàn)出周期性變化特征,2004年1月至2006年10月,出現(xiàn)三次低水位值時(shí)間段和三次高水位時(shí)間段。根據(jù)礦區(qū)地下水長期觀孔資料，礦區(qū)內(nèi)地下水位受大氣降水影響較明顯，高水位出現(xiàn)于雨季，低水位出現(xiàn)于枯水期或旱季，高水位與低水位時(shí)間變化周期約6個(gè)月。 在自然狀態(tài)下，礦區(qū)地下水的補(bǔ)給，從宏觀上看，以區(qū)域南部灰?guī)r地下水側(cè)向補(bǔ)給為主，地下水運(yùn)動總的趨勢是由南向北，由東向西。這一方向上的補(bǔ)給量進(jìn)入礦區(qū)之后，其主量由南而北至牛王泉進(jìn)行排泄，部分量沿接觸帶折向東，它與礦區(qū)東南方向上的來量匯流，至杜官莊“天窗”排泄。礦床之外的極強(qiáng)～強(qiáng)含水巖組主要通過分布在礦區(qū)四周的幾個(gè)“缺口”補(bǔ)給礦區(qū)地下。 礦坑涌水量預(yù)測1978年9月，山東省地質(zhì)局第一地質(zhì)隊(duì)提交的《山東省XX鐵礦西尚莊礦區(qū)水文地質(zhì)勘探報(bào)告》中，利用數(shù)值法中的有限單元法進(jìn)行計(jì)算，預(yù)計(jì)了整個(gè)礦區(qū)開采時(shí)的坑道水量，認(rèn)為西礦區(qū)的0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體最低疏干水平300m標(biāo)高，相應(yīng)疏干145天，疏干水量50000m3/d，“穩(wěn)定”水量(歷年最大降雨量豐水期)33922m3/d。（1）假定北部的谷家臺礦區(qū)，東部的業(yè)莊礦區(qū)處于疏干開采狀態(tài)。（2）預(yù)測方案，按照東塊段先開采疏干，西塊段后開采疏干的方案進(jìn)行預(yù)測。XX鐵礦與業(yè)莊鐵礦、谷家臺鐵礦同屬XX盆地，為一大的水文地質(zhì)單元，都為隱伏接觸交代型的矽卡礦床，礦床充水巖層為灰?guī)r（大理巖）含水層，巖溶裂隙、溶洞較發(fā)育，地下水靜動儲量較充足，為大水礦山，水文地質(zhì)條件都屬復(fù)雜類型。谷家臺礦在98年發(fā)生了“712”事件，井下遭遇大突水，／h，其礦坑涌水量預(yù)測應(yīng)在15萬m3/d以上。XX礦西部礦體礦坑正常涌水量可按33922m3/d考慮，突發(fā)災(zāi)害性涌水量可按5萬m3/d考慮。3．2西部礦體采準(zhǔn)工程中的涌水情況現(xiàn)西部礦體的主體開拓工程從205m水平至305m水平已基本到位，并在205m水平至255m水平回采了幾個(gè)礦房，在西部礦體采準(zhǔn)工程中的涌水情況詳見下表31，概括起來礦坑涌水有以下特點(diǎn)：（1）上盤礦巖接觸帶涌水：3穿脈線的上盤礦巖接觸帶揭露后涌水最大達(dá)270m3/h，并伴隨泥石流涌出；205m水平上盤112礦房冒落帶涌水達(dá)300 m3/h左右，以及205m水平上盤14礦房冒落帶瞬時(shí)涌水達(dá)80 m3/h左右；在采準(zhǔn)工程揭露上盤礦巖接觸帶附近時(shí)，基本上都能見到少量涌水或滲水，在接觸帶和大理巖中施工的巷道基本都是潮濕、滴水和涌水的狀態(tài)；在對上盤頂板大理巖含水層施工的探水注漿鉆孔情況來看，巖溶裂隙發(fā)育，含水豐富，鉆孔見水率高，單孔涌水量大（最大為100 m3/h）；從出水點(diǎn)分布情況來看，水點(diǎn)有成帶狀或線狀分布的特點(diǎn)；并且，由于圍巖的工程地質(zhì)條件較差，遇水有軟化膨脹的特點(diǎn)，出水點(diǎn)的水量常有突然變小或變大的現(xiàn)象 。特別是在200m和300m水平左右，是礦體的頂、底板，礦體頂、底板大理巖通常有閃長玢巖、矽卡巖等穿插，巖脈附近的大理巖較破碎，巖脈本身具有松軟、易風(fēng)化、穩(wěn)固性差的工程地質(zhì)特征，易發(fā)生冒頂塌方，并伴隨泥石流和突大水的危險(xiǎn)。并且，從歷年的礦坑排水量與地表水位觀測孔動態(tài)關(guān)系而繪制的降落漏斗曲線圖可知，在西部礦體形成了長軸方向?yàn)楸睎|南西、短軸方向?yàn)楸蔽髂蠔|的疏干降落漏斗曲線圖，也進(jìn)一步說明了礦區(qū)外圍地下水進(jìn)入礦床的主要逕流方向是北東南西向，其構(gòu)造巖溶裂隙的走向也應(yīng)是以北東南西向?yàn)橹鳌Ｆ湓斐珊蠊^為嚴(yán)重，對礦山的正常安全生產(chǎn)有很大的影響，現(xiàn)在礦坑大的出水點(diǎn)都是如此。205m水平114礦房冒落涌水涌泥和255m水平3穿脈巷冒落涌水涌泥都是人為破壞其穩(wěn)定性，導(dǎo)致大理巖中的巖溶裂隙水進(jìn)入礦坑的。(4)礦體頂板大理巖含水層與各水平分段下盤運(yùn)輸巷的西南端大理巖含水帶的地下水水力聯(lián)系情況不清楚，從205m水平各出水孔（點(diǎn)）情況分析，北東南西方向的構(gòu)造巖溶裂隙較發(fā)育，含水豐富，而這兩含水帶實(shí)際上是同一含水層，只是在局部水力聯(lián)系不是很順暢。（1）強(qiáng)富水區(qū)（單孔涌水量50 m3/h以上）主要有三塊地段：一是205m水平上盤接觸帶附近，二是305m水平下盤接觸帶附近，三是各分段水平的西南端。產(chǎn)狀向北、西、南方向傾斜。巖石工程強(qiáng)度低，在該類巖石中掘進(jìn)或采礦應(yīng)采取支護(hù)開采或采取防范措施。經(jīng)過近40年實(shí)踐、發(fā)展，我國礦區(qū)帷幕注漿堵水技術(shù)已步入實(shí)用階段，日臻成熟。 目前礦區(qū)地面注漿帷幕國內(nèi)外已有近20個(gè)工程實(shí)例，而井下頂板注漿帷幕則罕見報(bào)道，兩者在堵水率及安全性方面，均有明顯區(qū)別，前者距采區(qū)有一定距離，不受采礦工程所影響，要求有一定的堵水率即可，而且幕內(nèi)有完善的排水系統(tǒng)，不存在突水淹井的威脅；而后者緊貼礦體，要求堵水率高達(dá)90%以上，并且不被采礦活動（爆破、沉降等）所破壞，同時(shí)確保不發(fā)生突水淹井事故，因此其技術(shù)難度可想而知。這幾年礦山主要是采用以疏干排水為主、局部注漿為輔的防治水方法。如采取地面帷幕注漿防治水方案，由于大理巖含水層埋藏較深，礦床進(jìn)水通道多而寬闊，其結(jié)果勢必導(dǎo)致工程投資高昂，且堵水效果不好，從而無法保證采礦安全生產(chǎn)，并存在突水隱患。西部礦體相對集中，頂板大理巖含水層為礦床充水巖層，巖溶發(fā)育分布有一定的規(guī)律，其富水區(qū)主要分布在礦床的西部和礦巖上下盤接觸帶，地下水水力聯(lián)系較密切，為實(shí)施井下帷幕注漿，保證其堵水效果，已具備了井下帷幕注漿的技術(shù)要求；同時(shí)，在西部礦體各分段水平已實(shí)施了大部分的運(yùn)輸大巷和穿脈巷道，為布置探水注漿鉆孔和加密注漿鉆孔的實(shí)施具備了條件。頂板注漿帷幕阻水能力介于地面注漿帷幕與大壩注漿帷幕之間，應(yīng)采用雙排孔布置或縮小孔距的加密注漿方式，根據(jù)XX鐵礦實(shí)際情況，可采用縮小孔距、縱橫交錯(cuò)布孔的加密注漿方式，鉆孔綜合控制網(wǎng)度大致在5m6m左右，可滿足帷幕堵水率要求。結(jié)合礦山的現(xiàn)狀，對西部礦體255m水平以下的開拓工程采用超前探水注漿方法，查明礦巖的邊界、大理巖巖溶裂隙發(fā)育及富水性等情況，并確保巷道掘進(jìn)過程中的安全。 頂板帷幕注漿作為大水礦山防治水的一種新技術(shù)，應(yīng)解決如下關(guān)鍵技術(shù)： 頂板群孔注漿技術(shù) 從XX礦多次