【正文】 萬(wàn)噸 t（ TFe≥%）；實(shí)現(xiàn)銷售收入 萬(wàn)元，利稅 10050 萬(wàn)元。截至 2020 年底，徐州鐵礦集團(tuán)已擁有固定資產(chǎn)原值 萬(wàn)元， 資產(chǎn) 凈值 萬(wàn)元，在職職工 2507 人，其中吳莊鐵礦職工800 人。 見圖 1— 1。 水文地質(zhì) 工作 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(wèn)題 ， 西安電力設(shè)計(jì)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(lái)積累了 詳細(xì) 的 開采量 系列 資料 。 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(lái)源及其導(dǎo)入通道，分 析突水機(jī)理、論證礦 2 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）項(xiàng)目名稱：徐州鐵礦集團(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 178。 該報(bào)告 對(duì)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 。所以本次可行性研究 將 需要 布置部分水文地質(zhì)工作來(lái) 解決 這一 問(wèn)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 。 企業(yè)概況 徐州鐵礦集團(tuán)有限公司是以原利國(guó)鐵礦為基 礎(chǔ)改制成立的國(guó)有中型礦山企業(yè)，隸屬于徐州市國(guó)資委。 2020 年新建了鎮(zhèn)北礦區(qū)坑下采場(chǎng)，采礦能 6 力為 30 萬(wàn) t/a。 目前影響礦區(qū)開采的環(huán)境因素主要是礦坑突水。 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(lái)源，制定合理的封堵水方案，通過(guò)工程措施減輕或消除安全隱患，對(duì)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(shí)現(xiàn) 企業(yè) 可持續(xù) 發(fā)展 及有效保護(hù)地下水資 源，均 具有非常重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、安全、資源及環(huán)境效益。 多年平均氣溫 ℃ ，歷史最高氣溫 ℃ ，最低氣溫 ℃ 。 伊家河 西起 韓 莊，經(jīng)礦區(qū)東北部 流 至臺(tái)兒莊入運(yùn)河， 全長(zhǎng) ， 河床 寬 30m，正常 水位標(biāo)高 31m 左右 。近期（ 1960—1980 年）發(fā)生在徐州的僅有一次，震級(jí) 2～ 3 級(jí) ； 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 。 11 表 2— 1 礦區(qū) 地層簡(jiǎn)表 地 層 時(shí) 代 厚 度（ m） 代 號(hào) 地層名稱 主 要 巖 性 第四系 1～ 10 Q 亞粘土及鈣質(zhì)結(jié)核亞粘土 二 疊 系 上統(tǒng) 250 P2s 石盒子組 雜色粘土巖、頁(yè)巖為主，間夾砂 頁(yè)巖 下統(tǒng) 108 P1s 山西組 頁(yè)巖 及 砂巖互層 石炭系 上統(tǒng) 175 C3t 太原組 灰?guī)r，碳質(zhì)頁(yè)巖，砂巖互層 中統(tǒng) 20～ 40 C2b 本溪組 灰?guī)r， 鐵 質(zhì)頁(yè)巖及鋁土頁(yè)巖 奧 陶 系 中統(tǒng) 70～ 97 O2c 晁所組 白云巖及鈣質(zhì)白云巖 200 O2m 馬家溝組 豹皮灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r 下統(tǒng) 70～ 115 O1d 大泉組 白云巖夾灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖 360 O1z 寨山組 灰?guī)r或白云巖夾鈣質(zhì)白云巖 7～ 14 O1j 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 ?3f 鳳 山組 豹皮灰?guī)r、白云巖 60 ?3c 長(zhǎng)山組 薄層灰?guī)r與竹葉狀灰?guī)r互層 60 ?3g 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。分布位置主要在礦區(qū)的東部和北部地區(qū)，它們?cè)谙嗨频臈l件下，表現(xiàn)為多次侵入活動(dòng)，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(gè)地層層位當(dāng)中。 奧陶系灰?guī)r和閃長(zhǎng)玢巖（ 或 閃長(zhǎng)斑巖）的節(jié)理 裂隙 最 為 發(fā)育，共有兩組：一組 走向 90176。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。在地表淺部巖石風(fēng)化裂隙發(fā)育，易于接受補(bǔ)給，相對(duì)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(shí)，坑道長(zhǎng) 370m，排水量 240m3/d。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。m)。m)之間。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(duì) 礦床開采具有 非常大的安全威脅。 地下水 的補(bǔ)給、徑流與排 泄 條件 地下水的補(bǔ)給條件 礦區(qū)地下水補(bǔ)給來(lái)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。 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(guò)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(dòng)的現(xiàn)象，從西往東越過(guò) F20 號(hào) 斷層 對(duì)礦區(qū)地下水產(chǎn)生補(bǔ)給。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(xiàng)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 。 礦區(qū)奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育狀況見表 3—1。 （ 2） 深部完整灰?guī)r裂隙承壓 弱 含水帶（簡(jiǎn)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。 地下水 為承壓水，水 頭 高度 20～ 80m， 礦化度 ～，水溫 ～ ℃ ， 水化學(xué)類型為 HCO3—Ca 型 。左右， 帶 寬 10～ 40m，埋藏標(biāo)高 ～ 500m，東端 23 控制到 ZK25 孔，西端延 伸 穿過(guò)津浦鐵路至電 2 孔 。 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。m)，滲透系數(shù) ～ 。 總體來(lái)看， 該 含水層的富水性 相對(duì) 較弱。 深部巖石新鮮堅(jiān)硬，裂隙不發(fā)育， 基本無(wú) 水。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(shí)有 近 100 多個(gè) 鉆 孔揭露 26 該層，但無(wú)一孔穿透。 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(duì)隔水層。但相對(duì)來(lái)說(shuō)，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。 曾導(dǎo)致 2020 年 6 月 3 日在標(biāo)高 430m中段主溜井巷道 發(fā)生 左幫突水 事故。 2020—2020 年 期間， 礦坑最大排水量為 1780m3/h（ 2020 年 6 月份）。 經(jīng)過(guò) 水位 觀測(cè)， 該 突 水點(diǎn)與 南西方向 相距 1100m 的 ZK39 孔水力聯(lián)系密切 。 除此之外， 在 標(biāo)高 380m 的 Ⅳ 號(hào)礦體 中，施工 外環(huán)水平探水孔時(shí)，進(jìn)尺 30m 處 也 遇 到 溶洞發(fā)生突水， 開始時(shí)涌 水量 200～ 300 m3/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 2h 后出水量逐漸減小，最后斷流。除此之外， 對(duì) 沒(méi)有見礦 的 鉆孔 及 保留的 水位 長(zhǎng)期觀測(cè)孔均未進(jìn)行封孔。 32 裂隙 溶洞充水 突發(fā)時(shí)間短、 來(lái)勢(shì)猛 、 突水量大，對(duì)礦 床開采安全具有巨大 威脅 。因此， 礦床開采時(shí)，一旦揭露 主要 斷層帶或 者 構(gòu)造破碎帶 ， 地下水就會(huì) 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 。 34 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 。 它們 雖生成時(shí)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(cuò)動(dòng)發(fā)育。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(shí)，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(huì)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。這說(shuō)明， 吳莊 礦 床 充水含水層的富水性較強(qiáng)， 地下水補(bǔ)給 來(lái) 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(lái) 解決 礦坑 的突水 37 問(wèn)題 較為適宜 。 現(xiàn)有施工設(shè)備、技術(shù)條件完全能夠滿足此項(xiàng)工作要求。 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。 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。 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 。 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(duì)礦 區(qū) 水害 進(jìn)行了 治理， 保證了礦山生產(chǎn)安全。 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(lái)源于斷層或構(gòu)造帶的導(dǎo)入，突水點(diǎn)涌水時(shí)，臨近斷層或構(gòu)造帶中地下水位下降，突水量大時(shí)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。 計(jì)算公式為： S0=QS （ 4— 1） 式中： S0 — — 礦坑 疏水系數(shù)； S —— 計(jì)算水位降深值（ m）； Q —— 礦坑 疏干排水量（ m179。 在 礦床 開采過(guò)程中，巷道若臨近或穿過(guò)這些 斷層 或 構(gòu)造含水帶 時(shí) ，就 有 可能 會(huì) 發(fā)生 突水事故。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(duì)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(duì)較弱，厚度一般不超過(guò) 1m。 F3 斷層 帶 在吳莊 —蘇莊一帶 及義和莊東部 切割 礦體 。 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(wú) ，大多為空腹溶洞 ， 且 規(guī)模較大。尤其是用粘土和報(bào) 廢巖心封堵的 部分 見礦鉆孔 隔水效果就更 差。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。 但 其間 30 的導(dǎo)水通道至今一直未能查清 。另外，由于地下水在含水層中的運(yùn)動(dòng)速度比較緩慢，一般情況下，礦坑排水量最大的月份 會(huì) 比最大降水量出現(xiàn) 的 月份 滯后 1—2 29 個(gè)月的時(shí)間 。 28 4. 礦 區(qū)水害 形成機(jī)理 及治理可行性分析 礦坑排水現(xiàn)狀 及排水量 礦坑 排水現(xiàn)狀 礦坑排水 目前 分為 480m 和 430m 兩級(jí) 。所以在經(jīng)過(guò) 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。 淺部含水帶 裂隙 巖溶潛水 礦床開采時(shí)，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(guò) 水力聯(lián)系較密切的 F F3 斷層帶 及 其它含水帶間接流入礦坑。m)，滲透系數(shù) ；侵入 石炭系中的閃長(zhǎng)玢巖，鉆孔單位涌水量 (s 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 ，礦芯完整，致密堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙不發(fā)育 ， 據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)資料，單 位 涌水量 (s灰?guī)r致密塊狀，巖溶 、 裂隙不發(fā)育， 透水性差， 富 水性弱 。帶內(nèi) 地下水 礦化度 ，水溫 ～ ℃ ， 水化學(xué)類型為 HCO3—Ca或 HCO3—Ca、 Mg 型。 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。地下水主要賦存在標(biāo)高 ～430m 的奧陶系灰?guī)r破碎帶中 ， 前期勘探時(shí)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 ～ (s （ 4） 北西向構(gòu)造裂隙 巖溶 承壓中等含水帶（簡(jiǎn)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(cè)長(zhǎng)度大于250m，寬度 20 米，傾向北西，傾角 75176。據(jù) 以往 抽水 試項(xiàng) 含 水 帶 目 名 稱 控制鉆孔（個(gè)） 鉆孔分帶 統(tǒng)計(jì) 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(jì)高度（ m） 遇裂隙溶洞能見率（ %）