【正文】 淮剝蝕堆積平原 。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。在礦區(qū)北部走向由 NNE向轉(zhuǎn)為 NW 向，傾向 NE。～ 110176。風化帶以下的巖石 相對 完整 、 新鮮 、 致密，裂隙不發(fā)育 ，富水性 弱 。對 區(qū)域地下水的 循環(huán)運動 來說，石炭系巖層具有相對隔水作用。 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)運移， 形成巖溶 水 徑流帶。 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 。 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，反之富水性弱。 該含水帶在 XX 及其南部一帶 與礦體直接接觸，礦床開采時， 其中的 地下水將 會直接 涌入礦坑中。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 。 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。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此外， 該 含水 帶 在部分地段還與 淺部含水帶溝通 。 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。 第三處突水點： 發(fā)生 于奧陶系灰?guī)r中，在 標高 330m 的 中段西大巷 。相鄰的 利國礦區(qū)峒山四坑 90m 中段，在 Ⅱ 號礦體 中施工運輸巷道時，由于放炮震動 產(chǎn)生的裂隙連通 了導水斷層，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 ，是 礦床 正常 開采出水 流量的 5 倍 。 XX 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。 36 礦 區(qū) 水 害 治理可行性分析 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 進行評價。 38 山東濟南張馬屯鐵礦 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，伴隨著開采進度多次采用帷幕注漿堵水截流方法對含、導水層、帶進行治理，實現(xiàn) 長達 30 年生產(chǎn) 安全 ，取得了良好的經(jīng)濟效益 。/h，確保礦井開采安全。 含水、導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 的溶洞或斷距大于 1m的張性斷裂基本均可解譯出來。 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、儲存的主要場所及 循環(huán) 運移 的主要通道，具有較強的導水性能；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入礦坑，增大礦坑突水量。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 。 表 4— 1 以往 部分 鉆孔封孔質(zhì)量表 孔 號 礦 埋 深（ m） 坐 標 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 XX 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 標高 在 100m 至 500m 之間。 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 。 礦坑總排水能力為 46+4506=2746m3/h。 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。Mg 型 。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 和 ，說明本含水層與這兩個含水帶之 間 存在著較直接的 水力聯(lián)系。地 下水在 含水 帶內(nèi)連通 性好 ， 鉆孔抽水結(jié) 束 后，水位恢復特別快，停抽不到一分鐘，就可 恢復 到 原來 的 靜止水位。初步推測 斷層 帶長 5000m 左右，向北傾，傾 角 70176。 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。 XX 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入裂隙巖溶含水層中。 就 XX 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。Mg型為主。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。褶皺多表現(xiàn)為開闊的短軸背斜及向斜。 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) —XX 至宿縣地層小區(qū)。其中 微山湖流域面積 9900 km2，庫容 億 m3， 正 常湖水位 標高 31～ 33m，最高水位 （ 1957年） 。 項目實施的必要性 XX 鐵礦集團 XX 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，并且分布多條導水性的斷層，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 。 礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀 XX 鐵礦集團有限公司為采選聯(lián)合企業(yè)，坑內(nèi)采出 礦石運至選礦廠進行分選，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。 1981—1983 年， XX 省地質(zhì)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊開展了濟徐淮（ XX 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《濟徐淮（ XX 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)條件進行了較為系統(tǒng)的評價和分析、論述。 1 1. 緒 論 XX 鐵礦集團 XX 鐵礦 采用 井下 巷 道 方式 開采，由于充水含水層富水性強，導水 斷層 發(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。 此外， 1998 年 10 月， XX 省地礦局、 XX 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（ XX 省 XX 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行了較全面的闡述。 1976 年建設(shè)了選礦廠二期工程：細破碎、磨礦、浮選、磁選、精礦脫水等項目，年處理原礦 萬 t，處理露天采場的貧鐵礦石。其中 在標高 430m 中段主溜井巷道左幫 出現(xiàn)的 突水 點突水 量 780m3/h，在 標高 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～ 300 m3/h。 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 了 人工作用的控制。 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 。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 。 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。 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。 分述如下： 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 。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，補給礦區(qū)地下水。 淺 埋區(qū) 灰?guī)r由于長期遭受風化剝蝕，裂隙 巖溶 發(fā)育普遍，巖溶水 賦存條件較好 。寬度 ～ ，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 ～ (s地下 水 礦化度 ～ ，水溫17～ ℃ ， 水化學類型為 HCO3—Ca 型。 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 。 屬 于 隔水層。 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 。 礦坑平均排水量 ： 2021 年為 1485m3/h， 2021 年為 1130m3/h， 由于 2021 年 12 月到 2021 年 6 月份 期間 ， 在礦區(qū)西部施工 了 部分 注漿鉆孔對 F3 等 斷層進行了封堵， 2021 年的礦坑排水量減少為 867m3/h。 經(jīng) 過 水位觀測， 出水點與西部相距 620m 的 ZK29孔水位聯(lián)系密切，該孔 在 標高 至 處 見有 的溶洞 。這些裂隙 溶洞均位于地下水面以下， 儲 水 量大，連通性好。 在 與 礦體 接觸 的 地段 地下水 可 直接涌入礦體中 去， 是需要重點防范的突水部位。 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。而 XX 礦區(qū)發(fā)育的幾條含、導水帶規(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。 技術(shù)路線 XX礦區(qū)水害治理 采取 “先查后治、上下結(jié)合、地表疏導防滲、地下帷幕截流 ”的技術(shù)路線 。 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。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， 強度 大為 降低 ；當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，導致含水層 、帶 中的地下水涌入巷道，發(fā)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 。 32 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 。 除此之外， 在 標高 380m 的 Ⅳ 號礦體 中，施工 外環(huán)水平探水孔時，進尺 30m 處 也 遇 到 溶洞發(fā)生突水， 開始時涌 水量 200～ 300 m3/h，在強大的高壓水頭 作用 下， 鉆具從孔內(nèi)沖出 20 多 m 遠，并造成傷人事故，但在突水 2h 后出水量逐漸減小，最后斷流。 2021—2021 年 期間， 礦坑最大排水量為 1780m3/h（ 2021 年 6 月份）。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。位于礦體之下的 侵入 巖體大而厚，分布面積 可 達 3km2， 礦區(qū)勘探時有 近 100 多個 鉆 孔揭露 26 該層，但無一孔穿透。 總體來看 ， 該 含水層的富水性 相對 較弱。 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。 地下水 為承壓水，水 頭 高度 20～ 80m， 礦化度 ～，水溫 ～ ℃ ， 水化學類型為 HCO3—Ca 型 。 礦區(qū)奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育狀況見表 3—1。 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 —極強，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)生補給。這幾條徑流