【正文】 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 。 8 2. 礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì) 條件 自然地理概況 地形地貌特征 吳莊 鐵礦 位于 徐淮剝蝕堆積平原 。 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) 。年平均風(fēng)速 3m/s 左右，相對(duì)濕度 60%左右 ， 年平均無霜日 200～ 220d，全年日照時(shí)數(shù)約 2400 小時(shí)，歷年土層 最大 凍結(jié)深度 。其中 微山湖流域面積 9900 km2，庫容 億 m3， 正 常湖水位 標(biāo)高 31～ 33m，最高水位 （ 1957年） 。河床底部 為不透水的二疊系砂頁巖 ， 距礦體最近距離 ，與礦 區(qū) 地下水無 直接的 水力聯(lián)系。 其中 又 以郯城 發(fā)生 的 級(jí)地震造成的震害最 10 大，震中烈度 12 度，徐州 地區(qū)為 8 度 。 由此可知，鄰區(qū)的地震波及對(duì)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(dòng)較為微弱，屬于地殼基本穩(wěn)定區(qū)。 礦區(qū)地質(zhì)概況 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) —徐州至宿縣地層小區(qū)。在礦區(qū)北部走向由 NNE向轉(zhuǎn)為 NW 向，傾向 NE。北部 26176。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。褶皺多表現(xiàn)為開闊的短軸背斜及向斜?！?110176。左右， 部分 近于直立。 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(cuò)動(dòng)發(fā)育。現(xiàn)分述如下： 松散巖類孔隙水 賦存于 第四系 松散堆積物的孔隙中。風(fēng)化帶以下的巖石 相對(duì) 完整 、 新鮮 、 致密，裂隙不發(fā)育 ，富水性 弱 。m)。 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(duì)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 。Mg型為主。對(duì) 區(qū)域地下水的 循環(huán)運(yùn)動(dòng) 來說，石炭系巖層具有相對(duì)隔水作用。m)，風(fēng)井 處鉆孔 單位涌水量 L/(s 碳酸鹽巖類裂隙巖溶水水質(zhì)優(yōu)良，礦化度在 —，水化學(xué)類型以 HCO3—Ca 型及 HCO3—Ca 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。 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。 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 。 （ 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 。 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。 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 。 19 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℃ 。 20 3. 礦床水文地質(zhì)條件 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 。 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。 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。m)，滲透系數(shù) ～；而風(fēng)井 以西施工 的 21 個(gè)鉆孔，僅有 7 個(gè)鉆孔漏水，鉆孔單位涌水量 ～ L/(s 該帶埋藏標(biāo)高 ～， 一般 多 在標(biāo)高 20m 以下 ， 厚度 ～ ， 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 。初步推測(cè) 斷層 帶長 5000m 左右，向北傾，傾 角 70176。 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(shí)， 其中的 地下水將 會(huì)直接 涌入礦坑中。m)，滲透系數(shù)， 可 接受淺部含水帶潛水補(bǔ)給 ， 地下水動(dòng)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(shí)，該帶內(nèi)的ZK83 孔 、 ZK101 孔地下水位均 未 受 到 影響。推 測(cè)斷層 帶 長度大于 2500m，平面投影寬度 84～ 244m。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。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， F1 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 。左右，寬度 9～ 23m，長 24 800m， 水平投影寬度 ～ ，埋藏標(biāo)高 ～ ，北端在 ZK33孔以北 尖滅 ，向西 可 控制到 ZK92 孔 。 ZK17 大口徑 孔 抽水時(shí)， 對(duì)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 、 、 ，說明該帶內(nèi)部地下水的連通性較好。礦區(qū)勘探期間 ZK23孔抽水試驗(yàn)時(shí)， 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 和 ，說明本含水層與這兩個(gè)含水帶之 間 存在著較直接的 水力聯(lián)系。 25 隔水層 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。 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。因此 ， 與礦床 區(qū)的其它 巖溶 含水 層 相比，可視為相對(duì)隔水層。Mg 型 。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 (s 因此礦區(qū)的巖漿巖侵入體透水 、富水 性極差，為良好的隔水層 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(shí)代較 老 的 地層之上 ，具有一定 透水 性，但無 含水 層發(fā)育 。因此，礦床充水水源主要來自淺部含水帶、 F F3 含水帶 及北東向、北西向含水帶 中 。 因此， 礦床 在 開采 過程中 揭露 該含水帶 時(shí)巖溶 水 將 會(huì) 直接涌入坑道中。此外， 該 含水 帶 在部分地段還與 淺部含水帶溝通 。礦床開采時(shí) 如果將其揭露或產(chǎn)生冒頂， 巖溶水亦 可 直接涌入礦 坑 中 。 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(duì)礦坑涌（突）水量 大小有著直接的影響 。 礦坑總排水能力為 46+4506=2746m3/h。 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(shí)期降水量的不同而變化，降水量大的季節(jié)或時(shí)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。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。 在 井下對(duì) 突 水點(diǎn) 實(shí)施 封堵關(guān)閉 后 ， 經(jīng)過 22h ZK39 孔中的地下 水 水 位 就由 埋深 98m 上 升至 埋深 10m，累計(jì)上升 了 88m。 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 。 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 。 礦坑突水類 型 及其預(yù)測(cè) 吳莊鐵礦 礦坑 突水 預(yù)計(jì) 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。主礦體范圍內(nèi)的長 期觀測(cè) 孔有： ZK9 孔、 ZK32孔、 ZK31孔、 ZK33孔、 ZK11 孔 、 ZK72孔、 ZK23 孔、 ZK83孔、 ZK101 孔 ， 共計(jì) 9 個(gè)孔。 表 4— 1 以往 部分 鉆孔封孔質(zhì)量表 孔 號(hào) 礦 埋 深（ m） 坐 標(biāo) 封孔情況 起 至 ZK11 x= y= 廢巖心封孔 ZK13 x= y= 未封孔 ZK58 x= y= 160m 以下未封孔 ZK16 x= y= 粘土封孔 ZK117 x= y= 粘土封孔 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。相鄰的 利國礦區(qū)峒山四坑 90m 中段，在 Ⅱ 號(hào)礦體 中施工運(yùn)輸巷道時(shí)，由于放炮震動(dòng) 產(chǎn)生的裂隙連通 了導(dǎo)水?dāng)鄬?，斷層又連接一個(gè)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) ，是 礦床 正常 開采出水 流量的 5 倍?，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。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 F F1斷層及北東向、北西向構(gòu)造破碎帶。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) 。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)。據(jù)前述，礦區(qū)巖溶地下水主要儲(chǔ)存于 奧陶系灰?guī)r淺部含水帶、 FF3 斷層含水帶及北東向、北西向構(gòu)造破碎含水帶中 。 其內(nèi)部不 但 儲(chǔ)存有豐富的 35 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 。 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 F 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(chǔ)存的主要場(chǎng)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。 36 礦 區(qū) 水 害 治理可行性分析 巖溶水 疏降可行性評(píng)價(jià) 采用 我國類似礦區(qū) 礦坑 疏水系數(shù)的 經(jīng)驗(yàn)公式 進(jìn)行評(píng)價(jià)。 根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件，利用 礦區(qū) 勘探時(shí)期 預(yù)測(cè)計(jì)算的 礦坑涌水量資料和 2020 年礦坑排水 量的實(shí)測(cè) 資料進(jìn)行初步計(jì)算，結(jié)果見表4—3。 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?cái)鄬訋Щ驑?gòu)造破碎帶分布，而這幾條含水帶也同時(shí)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(chǎng)所。 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(cè)，目前此類技術(shù)方法已經(jīng)比較成熟，探測(cè)效果也比較可靠；在正常情況下，直徑大于 的溶洞或斷距大于 1m的張性斷裂基本均可解譯出來。 38 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(jì) 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(duì)含、導(dǎo)水層、帶進(jìn)行治理，實(shí)現(xiàn) 長達(dá) 30 年生產(chǎn) 安全 ，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效 益 。 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 。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 39 注漿圈圍了 2200 萬 t 的地質(zhì)儲(chǔ)量，按照 60%的回采率計(jì)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 元，帷幕堵水效果 80%，剩余礦坑水排出費(fèi)用為噸礦 元，帷幕注漿與排水兩項(xiàng)費(fèi)用合計(jì)為噸礦 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 元；兩者比較 ，僅治水費(fèi)用每噸礦石就可節(jié)約 元。/h，確保礦井開采安全