【正文】 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。 技術(shù)路線 吳莊礦區(qū)水害治理 采取 “先查后 治、上下結(jié)合、地表疏導(dǎo)防滲、地下帷幕截流 ”的技術(shù)路線。 （ 2）堵水截流效果達(dá)到 75—80%， 減少礦坑排水量 1500m179。 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， 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。 水 害 治理經(jīng)濟(jì)條件的合理性 通過 進(jìn)行 水害 綜合 治理，不但可以保證 井下 生產(chǎn)安全，還可減少防水礦柱 留設(shè)規(guī)模和數(shù)量，提高礦石資源回采率 ，更有效地開發(fā)利用鐵礦資源，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)收入 。在采用電法勘探確定出 F F F4 等 斷層 及部分溶洞 位置的基礎(chǔ)上，施工 了 28 個注漿鉆孔，共計注入水泥 9 萬多 t， 多數(shù)突水點(diǎn)的涌水量成倍減少， 礦坑 排 水量從 封堵 前的 ， 前后 減少了 1000 多 m3/h， 也 取得了顯著的治理效果。 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)對礦 區(qū) 水害 進(jìn)行了 治理， 保證了礦山生產(chǎn)安全。 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。而 吳莊礦區(qū)發(fā)育的幾條含、導(dǎo)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。 吳莊礦區(qū)的突水治理主要涉及兩個方面的技術(shù)問題：一是確定含水、導(dǎo)水帶的具體位置，即注漿鉆孔的布設(shè)位置；二是注漿施工工藝技術(shù) 。 從以往礦坑突水資料的分析可以看出，大多數(shù)突水點(diǎn)涌入的地下水來源于斷層或構(gòu)造帶的導(dǎo)入，突水點(diǎn)涌水時，臨近斷層或構(gòu)造帶中地下水位下降，突水量大時更為顯著，而當(dāng)突水點(diǎn)被關(guān)閉后，其中的地下水位又開始回升。這說明， 吳莊 礦 床 充水含水層的富水性較強(qiáng)， 地下水補(bǔ)給 來 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 解決 礦坑 的突水 37 問題 較為適宜 。 表 4— 3 疏水系數(shù)計算表 時 間 水位降 深 （ m） 計算標(biāo)高 （ m） 排 (涌 )水量（ m179。 礦區(qū) 疏降可行性的判別標(biāo)準(zhǔn) 如下 ： S0 10 補(bǔ)給較弱，易疏干； 3 S010 補(bǔ)給較強(qiáng)，可以疏降； S03 補(bǔ)給很強(qiáng)，不宜直接疏降。 計算公式為： S0=QS （ 4— 1） 式中： S0 — — 礦坑 疏水系數(shù)； S —— 計算水位降深值（ m）； Q —— 礦坑 疏干排水量（ m179。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，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。 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。 礦坑最為主要的充水含水層為 礦區(qū)分布的幾條含水帶 ， 前已述及它們 均 含水豐富、接受補(bǔ)給的能力較強(qiáng)， 單 靠排水 的方式 將突入 礦坑中 的水體 疏干十分困難。 在 礦床 開采過程中，巷道若臨近或穿過這些 斷層 或 構(gòu)造含水帶 時 ，就 有 可能 會 發(fā)生 突水事故。 它們 雖生成時間不同，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 ，小錯動發(fā)育?；?guī)r淺部含水帶埋藏較淺，開放性好，可直接 接受降水與地表水體的滲入補(bǔ)給 ； 斷層帶 和 構(gòu)造 帶 巖石破碎、膠結(jié)疏松， 在地下水 的長期循環(huán)運(yùn)移過程中，不斷被 溶蝕、侵蝕，形成了許多大小不等的溶洞 、 溶隙，為地下水 提供了 良好 的儲存 空間 ； 這些含水帶裂隙巖溶發(fā)育，富水性中等或強(qiáng)，儲存有豐富的地下水，為礦床開采過程中礦坑突水提供了 大量水源。 礦 坑突水 機(jī)理 分析 突水水源 吳莊礦區(qū)分布著較大面積的奧陶系灰?guī)r，由于 其 裂隙巖溶發(fā)育具有顯著的不均一性特征，因此其中地下水的儲存也存在著明顯的差異。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)育相對較弱，厚度一般不超過 1m。 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 。 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(diǎn)防范的突水部位。 F1 斷層帶在 ZK72孔 —ZK45孔一線 從 礦體 上部經(jīng)過，部分地段下部接觸礦體。 F3 斷層 帶 在吳莊 —蘇莊一帶 及義和莊東部 切割 礦體 。因此， 礦床開采時，一旦揭露 主要 斷層帶或 者 構(gòu)造破碎帶 ， 地下水就會 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 。 表 4— 2 勘探鉆孔見溶洞統(tǒng)計表 含水帶 勘 探 線 號 孔 號 見溶洞孔深（ m） 充填情況 起 至 高 度 總高度 F3 0 ZK25 無充填 1 ZK33 棕紅色粘土 6 ZK86 棕紅色粘土 12 ZK122 充填差 16 ZK126 無充填 F1 2 ZK35 棕黃色粘土 3 ZK57 無充填 北 東 1 ZK77 無充填 北 西 4 ZK101 無充填 ZK60 估計 400 兩次處理事故掉鉆桿 800 多m 33 斷層 與構(gòu)造破碎 帶突水 吳莊礦 區(qū) 奧陶系灰?guī)r 裂隙巖溶集中 發(fā)育深度 在 ～ 之間 ，平均厚度 ； 超過此深度， 灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育及 富水性 則主要受構(gòu)造控制 。這些溶洞大多與斷層含水帶相互連通，含水量豐富，對礦床開采存在著很大的安全隱患，需要引起足夠重視，并采取相應(yīng)措施加以防范。 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 ，大多為空腹溶洞 ， 且 規(guī)模較大。 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 。這些裂隙 溶洞均位于地下水面以下， 儲 水 量大，連通性好。 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 。尤其是用粘土和報 廢巖心封堵的 部分 見礦鉆孔 隔水效果就更 差。除此之外， 對 沒有見礦 的 鉆孔 及 保留的 水位 長期觀測孔均未進(jìn)行封孔。現(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，以便今后采礦時加以防范。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，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。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。 除此之外， 在 標(biāo)高 380m 的 Ⅳ 號礦體 中，施工 外環(huán)水平探水孔時，進(jìn)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(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。 經(jīng) 過 水位觀測， 出水點(diǎn)與西部相距 620m 的 ZK29孔水位聯(lián)系密切，該孔 在 標(biāo)高 至 處 見有 的溶洞 。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。 但 其間 30 的導(dǎo)水通道至今一直未能查清 。 經(jīng)過 水位 觀測， 該 突 水點(diǎn)與 南西方向 相距 1100m 的 ZK39 孔水力聯(lián)系密切 。 2020 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 時出 水量約 2m3/h，隨 著 坑道 繼續(xù) 向南掘進(jìn) ， 水量不斷增加 。 0204060801001201401601802001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 （月份）降雨量024681012141618 排水量降雨量排水量（m m ）（m3/min） 圖 4— 1 礦坑排水量與 大氣 降水量 關(guān)系 對 比 柱狀 圖 礦 區(qū) 水 害 形 成機(jī)理 礦坑突水概況 吳莊鐵礦自建井開 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 。另外，由于地下水在含水層中的運(yùn)動速度比較緩慢，一般情況下，礦坑排水量最大的月份 會 比最大降水量出現(xiàn) 的 月份 滯后 1—2 29 個月的時間 。 2020—2020 年 期間， 礦坑最大排水量為 1780m3/h（ 2020 年 6 月份）。 礦坑平均排水量 ： 2020 年為 1485m3/h， 2020 年為 1130m3/h， 由于 2020 年 12 月到 2020 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(jìn)行了封堵， 2020 年的礦坑排水量減少為 867m3/h。 430m 水倉 中 的 水使 用型號 d45060 揚(yáng)程 540m、 出水量 450m3/h 的水泵，功率 1050kw 的電機(jī) 六臺，經(jīng) 兩條 Ф377mm 的管道排至地面。 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 。 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。 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。 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。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。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。 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 。 27 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 。 淺部含水帶 裂隙 巖溶潛水 礦床開采時，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 F F3 斷層帶 及 其它含水帶間接流入礦坑。 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；可將二者視為相對隔水層。 礦床充水因素 分析 吳莊 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。m)，滲透系數(shù) 。m)，滲透系數(shù) ；侵入 石炭系中的閃長玢巖，鉆孔單位涌水量 (s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)勘探時有 近 100 多個 鉆 孔揭露 26 該層，但無一孔穿透。 屬 于 隔水層。地下水礦化度 ，水溫 22℃ ， 水 化學(xué)類型 為HCO3—Ca 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 深部巖石新鮮堅(jiān)硬，裂隙不發(fā)育， 基本無 水。淺部風(fēng)化帶裂隙多被粘土充填，含水甚微。m)， 屬于 相對隔水層?；?guī)r致密塊狀，巖溶 、 裂隙不發(fā)育， 透水性差， 富 水性弱 。 總體來看， 該 含水層的富水性 相對 較弱。 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 。 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 閃長玢巖 ，頂?shù)装彘g距 左右 ； 其中灰?guī)r是最