【正文】 即在查清礦區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采用地上和地下相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合治理；地面上減少地表水體的入滲補(bǔ)給，地 下裂隙巖溶發(fā)育帶通過帷幕注漿，封堵地下水徑流通道，最大限度地阻截 進(jìn)入礦坑的地下 水 徑流。 40 5. 礦床突水治理方案與效益 分析 突水治理 方案 技術(shù)路線及治理技術(shù)方法 治理目標(biāo)及預(yù)期效果 （ 1）通過綜合治理，減少地表水體對(duì)地下水的入滲補(bǔ)給，有效堵截 流向礦床區(qū)的地下水徑流。 據(jù)初步估算，吳莊鐵礦進(jìn)行水害綜合治理以后，可以 釋放 出用于留設(shè)防水礦柱的鐵礦地質(zhì)儲(chǔ)量 大約 120 萬t， 按照設(shè)計(jì) 回采率 85%計(jì)算，可以采出鐵礦石 102 萬 t； 吳莊鐵礦礦石品位大于 60%，每 礦石可以產(chǎn)出 1t 鐵精粉， 若 按 鐵精粉 正常市 場(chǎng)價(jià)格 1000 元 /t 計(jì)算， 可 折合 人民幣 萬元。 2021—2021 年，我礦自籌部分資金，并與山東省魯南地質(zhì)工程勘察院聯(lián)合，在礦區(qū)西部 及西南部 進(jìn)行了注漿堵水試驗(yàn)。 采用打孔注漿堵水截流的施工技術(shù)工藝，自上世紀(jì)五十年代以來就已經(jīng)在大水礦區(qū)廣泛使用，目前，設(shè)備更加先進(jìn)，工藝技術(shù)也更為成熟，一般的專業(yè)地質(zhì)勘察單位均擁有相應(yīng)的資質(zhì)、設(shè)備以比較高的施工技術(shù) 和注 漿 工藝。 因此，只要在礦床外圍適宜位置對(duì)幾條主要含、導(dǎo)水帶進(jìn)行封堵，截?cái)鄡蓚?cè)地下水的水力聯(lián)系，阻擋外部地下水流 入礦坑，礦坑中的突水量就會(huì)顯著減少，就可以采用疏干排水的方法來解決礦坑的涌水問題。/ d） 疏水系數(shù) 礦區(qū) 勘探預(yù)測(cè) 538 500 2021 年 468 430 2021 年的礦坑排水量和 2021 年、 2021 年相比，已經(jīng)明顯減小，原因是在 2021 年 底到 2021 年 6 月份 利用部分鉆孔對(duì) F3 等含、導(dǎo)水?dāng)鄬訋?進(jìn)行了封堵，但盡管如此，計(jì)算出的疏 水 系數(shù) 值 仍 然很小，與利用礦區(qū)勘探時(shí)預(yù)測(cè)資料計(jì)算的結(jié)果十分相近。/ d）。 吳莊礦床開采深度在 300m—480m 之間，而正常情況下的地下水水位標(biāo)高在 30—40m 之間，從 礦床開采層位到地下水面之間存在著 330—520m 水位差。 突水 影響 因素 礦坑突水的影響因素主要有三個(gè)方面：一是充水含水層中的水量大小，二是突水通道導(dǎo)水能力及其與 外部 含水層的 水力聯(lián)系 ，三是 地下水的壓力水頭。 突水途徑 吳莊礦區(qū)礦坑突水途徑主要為 接觸或切割礦體的幾條富含地下水的 斷層 與 構(gòu)造 帶 。由于其與礦體直接接觸，在開采過程中被揭露或通過裂隙連通時(shí)，極易產(chǎn)生突水事故，應(yīng)在開采時(shí)留設(shè)防水礦柱加以防范。 北東向構(gòu)造破碎帶在 ZK84 孔處接觸礦體，北西向構(gòu)造破碎帶在ZK83 孔處距離礦體 僅 39m，并且 與均淺部奧灰含水帶溝通，富水性較強(qiáng)， 均具有較大的突水威脅，與礦體接觸段以及與礦體距離比較近的地段突水危險(xiǎn)性較大，是加強(qiáng)突水防范的重點(diǎn)區(qū)段 。 其 在礦床區(qū)的分布 位 置 ： ZK74 孔 處 標(biāo)高 490～ 512m， ZK44 孔北 側(cè) 標(biāo)高 500m，ZK39 孔 處 標(biāo)高 378m， ZK96 孔 處 標(biāo)高 300m；該斷層帶經(jīng)過礦床區(qū)或切割礦體的 長(zhǎng)度 較 大 ， 距 礦體最近處僅 27m，并與淺部奧灰含水帶溝通， 對(duì)礦床開采的威脅較大，尤其是在切割礦體的地段以及 ZK96 孔附近應(yīng)是礦床開采過程中需要重點(diǎn)防范的突水位置。 在 規(guī)模較大的斷層 帶與 構(gòu)造 破碎 帶， 灰?guī)r 裂隙巖溶的發(fā)育深度可達(dá)到 500m 以下 ， 并 且 富水性強(qiáng)， 連通性好 ；而在 構(gòu)造影響 帶 以外 ，深部 灰?guī)r 裂隙巖溶 的 發(fā)育程度極差，且 富水性 也很 弱。 據(jù)以往鉆孔資料統(tǒng)計(jì)， ZK122 孔 中 的溶洞高度 ， ZK126 孔 中 的多處 溶洞累計(jì)高度大于 137m；在其它地段也有多處直徑大于 1m 的溶洞發(fā)育。如 F3 斷層 含水 帶中 的 電 2 孔抽水時(shí) ， 剛 一開始，相距 1800m 的 ZK31 孔（位于礦床內(nèi)）水位就 開始 下降， 呈現(xiàn)出 管道 式的壓力傳遞方式 ；又如 位于 F1斷層 含水 帶 中 的 ZK112孔 施工時(shí) ， 由于 送 入 大量的 循環(huán) 水， 而 影響到相距 150m 的 ZK72 孔水位 上升 。見表 4—1。 31 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。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。后來 推測(cè) 突水點(diǎn) 地下水可能 來自西部的 F5 斷層 帶 。 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 。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。 見圖 4—1。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。 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 ； 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。在 ZK82孔、 ZK83孔附近 距主礦體僅 39m。 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 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。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 。 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 。m)，滲透系數(shù)； 礦層 下 部 的 花崗斑巖鉆孔單位涌水量 (s 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。m)，滲透系數(shù) ， 富水性極差。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。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， 水位降深 ， 鉆孔 單 孔 涌水量 (s 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。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。鉆孔單位涌水量 ～(s在 蘇莊東部 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。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，吳莊 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)， 相距 1800m 的 礦床內(nèi) ZK103孔水位下降 。m)，滲透系數(shù) ～ 。左 右，西段 60176。左右，破 碎帶 中 方解石脈較為發(fā)育，并膠結(jié)破碎 的 巖 石 。m)，滲透系數(shù)～ 。m)，滲透系數(shù) ～。 該 含水 （層）帶 具有較好的開放性，巖溶水 具有潛水性質(zhì) ， 可接 受大氣降水 及 農(nóng)田灌溉 水 的 補(bǔ)給。根據(jù)灰?guī)r埋藏條件、富水性強(qiáng)弱可將礦區(qū) 奧陶系碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水層 劃分為以下幾個(gè)主要的富水區(qū)帶：淺部裂隙巖溶潛水中強(qiáng) 21 表 3— 1 奧陶系灰?guī)r裂隙 巖溶 發(fā)育 狀況 統(tǒng)計(jì)表 含水帶，深部完整灰?guī)r 裂隙 承壓弱含水帶， F1 斷層裂隙 巖溶 承壓中等含水帶，北西向構(gòu)造 裂隙 巖溶承壓中等含水帶， F3 斷層 裂隙 巖溶承壓強(qiáng) 含水帶，北東向構(gòu)造破碎 裂隙 巖 溶承壓 強(qiáng) 含水帶 等。 埋藏區(qū)及隱伏區(qū) 深部 的 灰?guī)r， 裂隙 巖溶發(fā)育程度主要受構(gòu)造控制 ，與淺 隱伏 灰?guī)r相比，裂隙巖溶發(fā)育程度相對(duì)變差，富水性減弱 。 奧陶系碳酸鹽巖 類 裂隙 巖溶 含 水 層 奧陶系各組段碳酸鹽巖巖性雖有不同，但各組之間 并 無 實(shí)際意義的 隔水層存在，只是富水性有 些差異 。Mg 型 。雖然 目前韓莊電廠供水井均 已停 止開 采，但 由于吳莊鐵礦和利國鐵礦 礦坑排水 ，地下水流場(chǎng) 仍然 受到嚴(yán)重的干擾影響； 以吳莊礦井為中心的水位降落漏斗， 已經(jīng) 成為該區(qū)巖溶水的匯集 與 排泄場(chǎng)所 ，使南部和西部的地下水均向礦區(qū)方向徑流，通過礦區(qū)疏干排水進(jìn)行排泄。 其中在 吳莊鐵礦勘探時(shí)，礦床東側(cè)的 ZK17 號(hào)鉆孔中抽水時(shí)，影響半徑一直 擴(kuò)展 至南部由石炭系組成 的 向斜南翼，此處的 ZK2 號(hào)觀測(cè)孔水位下降了 。 此外，礦區(qū)范圍內(nèi)灌溉渠道縱橫交錯(cuò)，水稻種植面積占整個(gè)農(nóng)田面積的 60%以上 ，在集中灌溉期間， 稻田區(qū) 的 地下 水位具有明顯的回升現(xiàn)象，表明灌溉水回滲對(duì) 地下 水補(bǔ)給也具有重要作用。 說明該徑流帶 巖溶含水層裂隙巖溶發(fā)育 較好，地下水補(bǔ)給來源豐富。 （ 1） 地層接觸型 在 該類型徑流帶位于礦區(qū)北側(cè)，呈東西向 條帶狀 展布， 南部碳酸鹽巖 層中 的 巖溶水 在 向北流動(dòng) 過程中 ，在此 處受到煤系地層 阻擋， 使地下水在接觸帶南側(cè) 的碳酸鹽巖層中運(yùn)移并不斷對(duì)其進(jìn)行溶蝕而形 17 成導(dǎo)水通道。 礦區(qū) 內(nèi) 規(guī)模較大的 斷層 型巖溶水徑流帶主要沿 F F3 斷層 和礦區(qū)東 部的 NE 向破碎帶以及廠區(qū)西側(cè)的 NW 向破碎帶分布。 巖溶 水 徑流帶分布及發(fā)育規(guī)律 碳酸鹽巖類地層巖溶裂隙發(fā)育具有顯著的不均一性，含水層 中 地下水的 滲流運(yùn)動(dòng)主要受裂隙巖溶發(fā)育程度及其連通性的影響，儲(chǔ)存在溶蝕孔洞及裂隙中的地下水沿著網(wǎng)絡(luò)狀溶隙運(yùn)動(dòng)逐漸往巖溶裂隙發(fā) 16 育程度較高的、大的導(dǎo)水通道當(dāng)中運(yùn)移， 而 當(dāng) 其具備 較強(qiáng) 的 輸導(dǎo)能力時(shí)，便形成地下水 徑流帶 。m)，F(xiàn)20 號(hào)斷層西部東馬山一帶的電 電 電 6 等鉆 孔 單位涌水量則在—(s由于受到褶皺、巖漿巖侵入及多條 斷層 構(gòu)造影響，巖層 裂隙巖溶發(fā)育 程度較高 ，并分布有多條 斷層 及構(gòu)造 破碎帶，為地下水提供了良好的賦存與運(yùn)移空間， 在礦區(qū)南部和西部形成巖溶水 富集區(qū)，含水層富水性中等 —強(qiáng) ， 局部 地段富水 性極強(qiáng)；如：礦區(qū)主井處 的 鉆孔單位涌水量 L/(s受巖性組成及組合關(guān)系的影響，巖層裂隙巖溶 發(fā)育程度差，富水性弱 ，鉆孔單位涌水量一般 小于 (sm)左右 ； 崮山、長(zhǎng)山和鳳山組灰?guī)r、白云巖 分布區(qū) 鉆孔出水量相對(duì)較小，單位涌水量 15 一般 小于 (s （ 1） 碳酸鹽巖類 巖溶裂隙水 主要賦存在寒武系石灰?guī)r、白云巖及石炭系灰?guī)r、砂巖 及 頁巖互層介質(zhì)的裂隙之中。在裸露區(qū) 50m 以淺 ， 巖石 風(fēng)化裂隙 、 構(gòu)造裂 隙 較 發(fā)育，易接受大氣降水補(bǔ)給，形成裂隙潛水。 碎屑巖類孔隙裂隙水 主要賦存于 礦區(qū) 北部和東部 區(qū)段 的 二疊系 砂巖、砂質(zhì)頁巖的裂隙 14 中。 吳莊礦 區(qū) 地質(zhì)構(gòu)造 及地層 分布 情況 見 圖 2—1。北翼主要分布中、上石炭系和二疊系 ；南翼為一對(duì)應(yīng)的小向斜，軸部由中、上石炭系 組成，向斜兩翼 均 為奧陶系 ；背斜傾伏 端亦為石炭系 環(huán)繞 。～5176。這些 斷層 都具有不同程度的繼承性和復(fù)活性運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。由于蝕變作用，巖石多粘性土化、透水性差、強(qiáng)度降低，導(dǎo)致礦體 附近的圍巖穩(wěn)固性變差，在高壓水頭的作用下，易沿接觸帶發(fā)生突水事故。 巖漿巖及圍巖蝕變 礦區(qū)所見巖漿巖是一套以中性為主，伴有中酸性、酸性偏堿性的巖漿雜巖體，屬于燕山期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，主要巖性為角閃閃長(zhǎng)玢巖、閃長(zhǎng)玢 巖、石英閃長(zhǎng)斑巖及脈巖類。左右，中部較平緩，為 10176。 各 地層 主要 巖性 見表 2—1。 礦區(qū)場(chǎng)地穩(wěn)定性 吳莊 礦區(qū) 地形 較為 平坦， 地面 坡 度 小， 而 在 礦區(qū)部分地 段 淺部 灰?guī)r中的裂隙巖溶較為發(fā)育， 雖 然大多已 被粘 性 土填充，但 在 礦床開采過程中， 礦坑排水導(dǎo)致 巖溶 地下水 位 降低， 天然水文地質(zhì)條件 發(fā)生 改變，巖溶 、 裂隙中 的 充填物會(huì)被潛蝕掏空，產(chǎn)生巖溶塌陷，危 及 建筑物安全 ，因此 地面穩(wěn)定性一般。菏澤 發(fā)生的 7 級(jí) 地震亦 造成了 徐州 舊 房 坍塌 50～ 60 間，死亡 20 余人。 區(qū)域穩(wěn)定性 特征 地震活動(dòng)概況及其影響 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，徐州市及其周圍地區(qū) 歷史上 發(fā)生過有 記錄 的 地震 54 次，震中 均位 于 周圍地區(qū) ； 其中 5 級(jí)以上的地震 15 次， 對(duì)區(qū)內(nèi)造成不同程度震害的有