【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 下，埋深較大，裂隙巖溶發(fā)育差，巖石完整性較好，富水性弱。～，一般多在標(biāo)高20m以下，～，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(yàn)資料，～ L/(sm)，～。（3）F1斷層裂隙巖溶承壓中等含水帶（簡(jiǎn)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(cè)斷層帶長(zhǎng)5000m左右，向北傾，傾角70176。，～，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；～(sm)，～。地下水為承壓水，水頭高度20～80m，～，～℃，水化學(xué)類型為HCO3—Ca型。該含水帶在**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。（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。左右，破碎帶中方解石脈較為發(fā)育，并膠結(jié)破碎的巖石。～487m，上部與淺部含水帶相通，含水較豐富，(sm)，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。（5）F3斷層裂隙巖溶承壓中強(qiáng)含水帶（簡(jiǎn)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80176。左右，西段60176。左右，帶寬10～40m，～500m，東端控制到ZK25孔，西端延伸穿過津浦鐵路至電2孔。推測(cè)斷層帶長(zhǎng)度大于2500m，平面投影寬度84～244m?！?30m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，～(sm)，～。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?！疁?7～℃，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，**鐵礦排水降落漏斗擴(kuò)展到西部時(shí)，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(hào)供水井抽水時(shí)。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**東部該含水帶直接切割礦體，礦床開采時(shí)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(jiǎn)稱北東向中強(qiáng)含水帶）位于礦體東南部，傾向西北，傾角75176。左右，寬度9～23m，長(zhǎng)800m，～，～，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?！?sm)，～。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，、說明該帶內(nèi)部地下水的連通性較好。，～℃，水化學(xué)類型為HCO3—Ca或HCO3—Ca、Mg型。該含水帶位于礦體之上，局部地段與礦體接觸，礦床開采時(shí)應(yīng)注意冒頂突水威脅。 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(zhǎng)玢巖，；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(duì)較好，富水性相對(duì)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€(gè)鉆孔全部漏水。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、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。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(gè)鉆孔穿過此層時(shí)，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?？傮w來看，該含水層的富水性相對(duì)較弱。 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?jī)A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(jì)院在北翼大豐煤礦附近SK2孔抽水資料，(sm)，屬于相對(duì)隔水層。 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(shí)，坑道排水量240m3/d。深部巖石新鮮堅(jiān)硬，裂隙不發(fā)育，基本無水。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。 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，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，(sm)，富水性極差。，水溫22℃，水化學(xué)類型為HCO3—CaMg型。屬于隔水層。 巖漿巖巖性主要為閃長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)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(shí)有近100多個(gè)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，(sm)，；侵入石炭系中的閃長(zhǎng)玢巖，(sm)，；(sm)。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。 礦床充水因素分析**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(shí)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(duì)隔水層。因此，礦床充水水源主要來自淺部含水帶、FF3含水帶及北東向、北西向含水帶中。 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水力聯(lián)系較密切的FF3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(huì)源源不斷地通過多個(gè)含水帶導(dǎo)入礦坑中，疏干會(huì)非常困難。 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(shí)巖溶水將會(huì)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(duì)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(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。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)生左幫突水事故。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。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)。480m巷道中的水利用兩種型號(hào)水泵外排：一種水泵型號(hào)為10sh6a、揚(yáng)程54m、出水量為468m3/h，功率110kw的電機(jī)四臺(tái)，經(jīng)Ф377mm管道排至430m的水倉(cāng)；另一種水泵型號(hào)為d465012，揚(yáng)程600m，出水量46m3/h，使用功率132kw電機(jī)一臺(tái)，經(jīng)Ф377mm管道直接排至地面。430m水倉(cāng)中的水使用型號(hào)d45060揚(yáng)程540m、出水量450m3/h的水泵，功率1050kw的電機(jī)六臺(tái)，經(jīng)兩條Ф377mm的管道排至地面。礦坑總排水能力為46+4506=2746m3/h。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(duì)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年期間，礦坑最大排水量為1780m3/h（2006年6月份）。 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。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個(gè)月的時(shí)間。見圖4—1。圖4—1 礦坑排水量與大氣降水量關(guān)系對(duì)比柱狀圖 礦區(qū)水害形成機(jī)理 礦坑突水概況**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(zhǎng)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(shí)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(shí)間的延長(zhǎng)，在高壓水頭的作用下，蝕變花崗閃長(zhǎng)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，而且涌水時(shí)還攜帶出了大量的肉紅色花崗斑巖砂粒及棕紅色巖溶裂隙充填物。經(jīng)過水位觀測(cè)，該突水點(diǎn)與南西方向相距1100m的ZK39孔水力聯(lián)系密切。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。但其間的導(dǎo)水通道至今一直未能查清。 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(cè)，出水點(diǎn)與西部相距620m的ZK29孔水位聯(lián)系密切。后來推測(cè)突水點(diǎn)地下水可能來自西部的F5斷層帶。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。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(shí)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(zhǎng)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(dòng)，巖溶裂隙逐漸被沖開，使其中的地下水流入礦井巷道中，造成突水。 礦坑突水類型及其預(yù)測(cè)**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?，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(cè)，以便今后采礦時(shí)加以防范。 鉆孔突水礦區(qū)勘探期間對(duì)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(duì)沒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。主礦體范圍內(nèi)的長(zhǎng)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。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。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(hào)礦 埋 深（m）坐 標(biāo)封孔情況起至ZK11x=y=廢巖心封孔ZK13