地质工程专业毕业论文浅谈如何做好富水矿区的防治水工作.doc

《地质工程专业毕业论文浅谈如何做好富水矿区的防治水工作.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地质工程专业毕业论文浅谈如何做好富水矿区的防治水工作.doc（24页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、xxxxx 大 学 毕业设计（论文） 浅谈如何做好富水矿区的防治水工作浅谈如何做好富水矿区的防治水工作 年 级: 2011 级 学 号: 姓 名: xxxxxxxxxxx 专 业:xxxxxxxxxxxxxxxxxx 指导老师: xxxxxxxxx 二一三年十月三日 第 I 页 摘 要 近年来，我国矿山安全生产形势保持了总体稳定发展的态势，并取得了的较好 的效果。但是安全生产形势依然十分严峻，作为矿井主要灾害的突水事故仍时有发 生。如何做好富水矿区的防治水工作，已经成为众多矿山企业亟待解决的重要课题。 笔者所在的矿山是一家具有悠久历史的国有中型采矿企业，曾下辖五个采矿场。目 前，主要有两个地下

2、开采矿井，其中一个吴庄铁矿铁矿矿石质量上乘，矿体规模较 大，但由于周围围岩多发育为奥陶系灰岩，富含岩溶水，且导水断层十分发育，水 文地质条件较为复杂。在开拓过程中，一度发生严重突水事故，最大涌水量达 1000m3/h。接下来，本人对该矿山的水文地质情况进行了认真细致的整理，并加以 分析研究，提出了一些具体的防治水措施，主要分为两个方面：一是水患治理采取 “先查后治、上下结合、地表疏导防渗、地下帷幕截流”的技术路线。即在查清矿区 水文地质条件的基础上，采用地上和地下相结合的方式进行综合治理；地面上减少 地表水体的入渗补给，地下裂隙岩溶发育带通过帷幕注浆，封堵地下水径流通道， 最大限度地阻截进入矿

3、坑的地下水径流；二是坚持“有掘必探，先探后掘”防突水 原则，制定严格的防突水制度，多措并举，杜绝重大出水事故的发生。 关键词：安全生产； 水文地质； 防治水； 帷幕注浆； 超前探水； 第 II 页 目 录 摘 要 I 目 录.II 一 绪 论1 1.1 本论文的背景和意义1 二 概 况2 2.1 自然地理概况2 2.1.1 地形地貌特征.2 2.1.2 气候.2 2.1.3 水文.2 2.2 矿区地质概况3 2.2.1 地层.3 2.2.2 岩浆岩及围岩蚀变.4 2.2.3 矿区地质构造.4 2.3 矿区水文地质条件5 2.3.1 矿区地下水类型及其赋存特征.5 2.3.2 岩溶水径流带分布及

4、发育规律.7 2.3.3 地下水的补给、径流与排泄条件.8 三 矿床水文地质条件10 3.1 含水层10 3.1.1 奥陶系碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层.10 3.1.2 石炭系太原组碳酸盐岩夹碎屑岩类岩溶裂隙含水层.13 3.2 隔水层.13 3.2.1 石炭系本溪组.13 3.2.2 二叠系.13 3.2.3 铁矿层.14 3.2.4 岩浆岩.14 3.2.5 第四系.14 四 结 论15 4.1 水患治理的主要措施： 15 4.1.1 水患治理的主要技术方法.15 4.1.2 水患治理的工程布置.16 第 III 页 4.2 预防突水的主要措施 17 参考文献19 致 谢.20 第 1 页

5、一 绪 论 1.1 本论文的背景和意义 笔者所在的矿山企业始建于 1949 年，是一家具有悠久历史的国有企业。自建矿 以来至 1998 年因企业改制停产时，累计生产铁矿石 2000 余万吨。2000 年以后恢复 生产后，开采了利国镇北矿区，经过几年的开采，镇北矿区储量已大幅减少，为保 持企业持续发展，于 2002 年开始建设吴庄矿区，作为企业的接续矿区。吴庄铁矿采 用井下巷道方式开采，由于充水含水层富水性强，导水断层发育，致使矿坑在 2006 年发生了重大突水事故，最大涌水量达 1000m3/h，后经多方努力对出水点进行了封 堵，但排水成本成倍增加，并存在严重的安全隐患，矿山开采越来越困难。为

6、了保 障矿山安全生产、充分开采地下铁矿资源、降低矿山开采成本、保护地下水资源， 笔者结合现有地质资料对矿区的水文地质情况进行了充分了解和细致研究，提出了 采用帷幕注浆、井下封堵、超前探水等多种措施，预防和防止重大突水事故的发生， 并取得了较为显著的效果。目前，矿山最大涌水量已经减少至 200m3/h，并根据井下 坑探及超前探水实验显示，在矿区开采范围内，未发现大的突水隐患，基本保障了 矿井安全。 第 2 页 二 概 况 2.1 自然地理概况 2.1.1 地形地貌特征 吴庄铁矿位于徐淮剥蚀堆积平原。地表起伏不大，自郝家庄向北经吴庄村至小 楼子村，分布着一条不太明显的近南北向垄岗，地面标高 384

7、2m，构成该区的地 表分水岭；分水岭以东地表水向尹家河方向汇流，以西向微山湖方向汇流。 矿区南部的大成山一带为低山丘陵区，由数十个山丘组成，走向北东 75，绵 延 10 余 km，山体标高 50200m，由寒武纪、奥陶纪地层组成。 2.1.2 气候 气候类型属于暖温带半湿润季风气候，四季分明，长年多东南风。春季气温升 高快，蒸发强，常出现春旱；夏季降水集中，多出现暴雨，造成夏涝；秋季天气多 晴，雨水偏少；冬季雨水稀少，多西北风。多年平均降水量 869.9mm，最大年降水 量 1279.0mm，最小年降水量 515.2mm；年内降水量多集中在 68 月份，其间的降 水量占全年的 59%；最大月降

8、水量 464.3mm，最大日降水量 125.0mm。 多年平均气温 14.4，历史最高气温 43.3，最低气温-18.9。年平均风速 3m/s 左右，相对湿度 60%左右，年平均无霜日 200220d，全年日照时数约 2400 小 时，历年土层最大冻结深度 0.24m。年蒸发量 1000mm 左右。 2.1.3 水文 2.1.3.1 微山湖 微山湖位于矿区西部，相距 3.3 公里，是邻近区域最大的地表水体。该湖与昭 阳湖、独山湖、南阳湖相互连通，合称为南四湖，总流域面积 31700km2，总库容约 13 亿 m3。其中微山湖流域面积 9900 km2，库容 2.5 亿 m3，正常湖水位标高 3

9、133m，最高水位 36.84m（1957 年） 。目前微山湖与昭阳湖之间修筑了东西向大 坝及两座节制闸，湖水位受到了人工作用的控制。 微山湖与吴庄铁矿之间分布着一条宽度 500750m 的条带状奥陶系灰岩，一般 隐伏于第四系亚粘土和钙质结核亚粘土之下，覆盖层厚度 110m；在矿区西部，灰 岩则直接延伸至湖底之下，湖水与岩溶水之间存在着一定程度的水力联系。 第 3 页 2.1.3.2 伊家河 西起韩庄，经矿区东北部流至台儿庄入运河，全长 42.5km，河床宽 30m，正常 水位标高 31m 左右。河床底部为不透水的二叠系砂页岩，距矿体最近距离 1.2km， 与矿区地下水无直接的水力联系。 此外

10、，在吴庄矿区范围内，无大中型自然河流分布，但人工挖掘的灌溉渠道较 多，纵横交错，尤其是义和庄北侧开挖的灌溉渠道，常年有水，且底部直接与奥陶 系灰岩接触，水体对矿区地下水具有直接的渗漏补给作用。 2.2 矿区地质概况 2.2.1 地层 按照华东地区区域地层表划分，该区域地层属于华北地层区鲁西地层分 区徐州至宿县地层小区。在矿区分布的地层主要有寒武系、奥陶系、石炭系、二 叠系和第四系。各地层主要岩性。 （如：表 2.1） 表 2.1 矿区地层简表 地 层 时 代 厚 度 （m） 代 号地层名称主 要 岩 性 第四系110Q亚粘土及钙质结核亚粘土 上统250P2s石盒子组 杂色粘土岩、页岩为主，间夹

11、 砂页岩二叠系 下统108P1s山西组页岩及砂岩互层 上统175C3t太原组灰岩，碳质页岩，砂岩互层 石炭系 中统2040C2b本溪组灰岩，铁质页岩及铝土页岩 7097O2c晁所组白云岩及钙质白云岩 中统 200O2m马家沟组豹皮灰岩及白云质灰岩 70115O1d大泉组白云岩夹灰岩、泥质白云岩 360O1z寨山组灰岩或白云岩夹钙质白云岩 奥陶系 下统 714O1j贾汪组 泥质白云岩、泥质灰岩，钙质 白云岩 1702253f凤山组豹皮灰岩、白云岩 603c长山组薄层灰岩与竹叶状灰岩互层上统 603g崮山组薄层灰岩夹鲕状灰岩 寒武系 中统2103z张夏组灰岩、鲕状灰岩 第 4 页 矿区地层总体走向

12、近 EW 向，倾向 NW。在矿区北部走向由 NNE 向转为 NW 向，倾向 NE。地层倾角：矿区南部 40左右，中部较平缓，为 1020，北部 26 左右。 2.2.2 岩浆岩及围岩蚀变 矿区所见岩浆岩是一套以中性为主，伴有中酸性、酸性偏碱性的岩浆杂岩体， 属于燕山期岩浆活动的产物，主要岩性为角闪闪长玢岩、闪长玢岩、石英闪长斑岩 及脉岩类。分布位置主要在矿区的东部和北部地区，它们在相似的条件下，表现为 多次侵入活动，形成了较完整的同源岩浆演化旋回体系，侵入到奥陶系、石炭系和 二叠系三个地层层位当中。从以前资料分析，这些侵入岩体在奥陶纪地层中大致呈 东西方向延伸，受 EW 向基底断层构造与 NE

13、NNE 向断层构造复合部位的控制。 矿区内围岩蚀变较发育，主要产生在矿体下部，蚀变宽度由几 m 到十几 m，有 的达 20 多 m（ZK76 孔） ；矿体顶板蚀变较弱，几 cm 到几十 cm，很少超过 1m。由 于蚀变作用，岩石多粘性土化、透水性差、强度降低，导致矿体附近的围岩稳固性 变差，在高压水头的作用下，易沿接触带发生突水事故。 2.2.3 矿区地质构造 矿区处于徐州复背斜 NNENE 向构造带东北部倾伏端与近 EW 向基底断层控 制的郑集利国煤田两组构造复合部位。褶皱多表现为开阔的短轴背斜及向斜。区 内断层构造发育，主要有近 EW 向及 NE 向两组（一般前者早于后者） ，其次为 NN

14、E 向和 NW 向断层。这些断层都具有不同程度的继承性和复活性运动的特点。 奥陶系灰岩和闪长玢岩（或闪长斑岩）的节理裂隙最为发育，共有两组：一组 走向 90110，倾向 NNE 或向南；另一组走向 3455，倾向 SWW 或向东，倾 角 70左右，部分近于直立。 吴庄矿区的褶皱主要为利国到吴庄附近的 EW 向短轴背斜，轴部由奥陶系组成。 北翼主要分布中、上石炭系和二叠系；南翼为一对应的小向斜，轴部由中、上石炭 系组成，向斜两翼均为奥陶系；背斜倾伏端亦为石炭系环绕。该背斜在蔡山、义和 庄之间被断层分成东西二部分，其中义和庄吴庄部分构成吴庄矿区背斜构造的主 体。 矿区内断层主要为近 EW 向的张扭

15、性正断层，使地层形成阶梯状下落，旁侧岩 石破碎，小错动发育。如 F1、F2、F3、F5 断层及 NW 向、NE 向的构造破碎带等， 这些断层带及构造带为地下水的赋存和运移提供了空间。 吴庄矿区地质构造及地层分布情况。 （如 图 2.1） 第 5 页 图 2.1 吴庄矿区地质简图 2.3 矿区水文地质条件 2.3.1 矿区地下水类型及其赋存特征 根据含水介质的岩性特征及地下水的赋存条件，矿区地下水可划分为松散岩类 孔隙水，碎屑岩类孔隙裂隙水，岩浆岩类裂隙水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水四种主要 类型。现分述如下： 2.3.1.1 松散岩类孔隙水 赋存于第四系松散堆积物的孔隙中。矿区第四系分布广泛，岩性主

16、要由亚粘土 和钙质结核亚粘土组成，厚度 110m，由于无砂层发育，富水性弱，水文地质意义 不大。 2.3.1.2 碎屑岩类孔隙裂隙水 主要赋存于矿区北部和东部区段的二叠系砂岩、砂质页岩的裂隙中。在地表浅 部岩石风化裂隙发育，易于接受补给，相对富水；矿区北侧的原红卫煤矿，在深度 第 6 页 55m 的风化带中采煤时，坑道长 370m，排水量 240m3/d。风化带以下的岩石相对完 整、新鲜、致密，裂隙不发育，富水性弱。 2.3.1.3 岩浆岩类裂隙水 主要分布在利国镇东垄子、西垄子、蔡山、义和庄和吴庄等地段，赋存于闪长 玢岩、闪长斑岩、花岗斑岩及石英闪长斑岩等岩石的风化与构造裂隙中。在裸露区 5

17、0m 以浅，岩石风化裂隙、构造裂隙较发育，易接受大气降水补给，形成裂隙潜水。 在矿床范围内，地下水赋存于矿床下部及石炭系中侵入岩体的构造裂隙中，赋水空 间发育差，富水性弱，钻孔单位涌水量小于 0.04L/(sm)。 2.3.1.4 碳酸盐岩类裂隙岩溶水 主要赋存于碳酸盐岩类岩石的构造裂隙及溶蚀孔洞中，根据含水介质的岩性特 征、组合关系以及地下水赋存环境的差异又可以将其大致划分为以下两种类型。 1. 碳酸盐岩类岩溶裂隙水 主要赋存在寒武系石灰岩、白云岩及石炭系灰岩、砂岩及页岩互层介质的裂隙 之中。分布区域主要在矿区南部的丘陵区，以及矿区的北部、东部地区，在矿区南 部及西南部呈条带状分布，含水岩层

18、宽度在 200400m 之间。 寒武系岩层分布在南部丘陵地带，并多裸露于地表，浅部裂隙岩溶较为发育， 易于接受降水入渗补给，富水性相对较好；但随着深度增加，岩石裂隙岩溶发育程 度逐渐变差，富水性减弱。据以往勘察资料：张夏组灰岩分布区钻孔单位涌水量一 般在 14L/(sm)左右；崮山、长山和凤山组灰岩、白云岩分布区钻孔出水量相对较小， 单位涌水量一般小于 0.2L/(sm)；地下水类型以 HCO3Ca 型或 HCO3CaMg 型 为主。 石炭系岩层分布范围较为广泛，在矿区北、东、南和西南部方向均有分布，除 局部地段出露以外，大多隐伏于第四系松散岩层之下。受岩性组成及组合关系的影 响，岩层裂隙岩溶

19、发育程度差，富水性弱，钻孔单位涌水量一般小于 0.04L/(sm)。 对区域地下水的循环运动来说，石炭系岩层具有相对隔水作用。 2. 碳酸盐岩类裂隙岩溶水 该类地下水是矿区地下水的最主要类型，含水介质由奥陶系晁所组、马家沟组、 大泉组、贾汪组灰岩、白云岩及白云质灰岩等岩性组成，分布在矿区的南部、西部 及西南部的大部分区段，厚度较大。由于受到褶皱、岩浆岩侵入及多条断层构造影 响，岩层裂隙岩溶发育程度较高，并分布有多条断层及构造破碎带，为地下水提供 了良好的赋存与运移空间，在矿区南部和西部形成岩溶水富集区，含水层富水性中 等强，局部地段富水性极强。 第 7 页 碳酸盐岩类裂隙岩溶水水质优良，矿化度

20、在 0.30.5g/L 之间，水化学类型以 HCO3Ca 型及 HCO3CaMg 型为主。 2.3.2 岩溶水径流带分布及发育规律 碳酸盐岩类地层岩溶裂隙发育具有显著的不均一性，含水层中地下水的渗流运 动主要受裂隙岩溶发育程度及其连通性的影响，储存在溶蚀孔洞及裂隙中的地下水 沿着网络状溶隙运动逐渐往岩溶裂隙发育程度较高的、大的导水通道当中运移，而 当其具备较强的输导能力时，便形成地下水径流带。一般情况下，碳酸盐岩地区的 张性断层带及不同类型地层岩性接触处的岩溶发育带往往会形成岩溶水的富集区与 径流通道，起着运移和排泄地下水的作用。就吴庄矿区来说，规模稍大的岩溶水径 流带主要存在两种类型，即断层

21、型和接触型。分述如下： 2.3.2.1 断层型岩溶水径流带 断层型岩溶水径流带是岩层受到断层构造的影响而碎裂、破坏，为地下水的储 存和运移提供了空间环境，在地下水的循环、移动过程中又不断对岩石产生溶蚀作 用，岩溶空间不断扩大，旁侧区域含水层中的地下水不断向此汇集，并在其内部流 动而形成。 矿区内规模较大的断层型岩溶水径流带主要沿 F1、F3 断层和矿区东部的 NE 向 破碎带以及厂区西侧的 NW 向破碎带分布。这几条径流带内部裂隙岩溶发育程度较 高、地下水接受补给的条件较好，富水性及导水能力较强；尤其 F1 和 F3 断层带延 伸距离远、沟通的岩溶含水层范围大，而且又能汇集南部丘陵地区的地下水

22、，对矿 床开采具有非常大的安全威胁。 2.3.2.2 接触型岩溶水径流带 地下水在径流过程中，遇到弱透水层或不透水层的阻挡，地下水水位抬升，并 在可溶性岩层中富集和循环运移，形成岩溶水径流带。本矿区分布有地层型和岩体 型两种类型的接触型岩溶水径流带。 1. 地层接触型：在该类型径流带位于矿区北侧，呈东西向条带状展布，南部碳 酸盐岩层中的岩溶水在向北流动过程中，在此处受到煤系地层阻挡，使地下水在接 触带南侧的碳酸盐岩层中运移并不断对其进行溶蚀而形成导水通道。 2. 岩体接触型：岩体接触型岩溶水径流带，是燕山期岩浆岩侵入奥陶系地层中， 导致南部山区岩溶地下水径流至岩体受到阻挡富集、储蓄在岩体前缘的

23、碳酸盐岩层 中并沿接触带循环运动而形成。岩溶水在接触带处以泉的形式排泄于地表形成利国 第 8 页 的珍珠泉，但由于矿坑排水该泉现已经干枯。位于岩体接触带的铜山县炼铁厂供水 井出水量 2860m3/d，原利国磨山矿井排水量达到 3.18 万 m3/d。说明该径流带岩溶含 水层裂隙岩溶发育较好，地下水补给来源丰富。 2.3.3 地下水的补给、径流与排泄条件 2.3.3.1 地下水的补给条件 矿区地下水补给来源主要有两种途径：一是大气降水及农田灌溉水入渗补给， 二是南部及西部地区岩溶水的侧向径流补给；其中以大气降水、农田灌溉水的入渗 补给占主要地位。 1. 大气降水及农田灌溉水入渗补给 吴庄矿区灰岩

24、埋藏浅，地表沟谷发育，降水渗入第四系以后又在重力作用下继 续下渗，进入下伏灰岩裂隙岩溶含水层中，据以往勘察成果，矿区大气降水入渗补 给系数约为 0.22。在每次较大规模的降水过后，地下水水位都会出现不同程度的快 速回升现象，说明矿区岩溶含水层的开放性较好，接受补给的能力较强。 此外，矿区范围内灌溉渠道纵横交错，水稻种植面积占整个农田面积的 60%以 上，在集中灌溉期间，稻田区的地下水位具有明显的回升现象，表明灌溉水回渗对 地下水补给也具有重要作用。 2. 地下水侧向径流补给 矿区地下水的侧向补给来源主要有南部残丘地带岩溶水的径流和矿区西部马山 一带灰岩隐伏区岩溶水的径流。 吴庄矿区南部残丘地带

25、灰岩大面积裸露地表，大气降水可沿地表裂隙岩溶直接 入渗进入裂隙岩溶含水层中。然后一部分往西流至铁路附近改为沿北东向断层带和 岩体与灰岩的接触带流动；另一部分则顺岩层倾向北流，经过石炭系下面的灰岩裂 隙、岩溶发育带向矿区径流，补给矿区地下水。其中在吴庄铁矿勘探时，矿床东侧 的 ZK17 号钻孔中抽水时，影响半径一直扩展至南部由石炭系组成的向斜南翼，此 处的 ZK2 号观测孔水位下降了 1.74m。 在矿区西部马山一带，隐伏灰岩裂隙岩溶发育，富水性强极强，自然条件下矿 区地下水水位高于该区水位，矿区岩溶水经过此处向微山湖区排泄；而在矿区持续 大量排水的影响下，该区岩溶水出现了反向流动的现象，从西往

26、东越过 F20 号断层 对矿区地下水产生补给。 2.3.3.2 地下水的径流与排泄条件 在天然条件下，该区域地下水由南部丘陵地区向北部径流，而后转向西北往微 第 9 页 山湖方向排泄，而在运移过程中受到弱透水岩层和岩浆岩的阻挡，又在低洼处或岩 体接触带以泉的形式溢出地表。 自利国铁矿开采以及韩庄电厂供水水源地建成以来，由于矿坑疏干排水和韩庄 电厂供水，改变了该区地下水的天然流场特征。虽然目前韩庄电厂供水井均已停止 开采，但由于吴庄铁矿和利国铁矿矿坑排水，地下水流场仍然受到严重的干扰影响； 以吴庄矿井为中心的水位降落漏斗，已经成为该区岩溶水的汇集与排泄场所，使南 部和西部的地下水均向矿区方向径流

27、，通过矿区疏干排水进行排泄。 另外，矿区东部和北部地区的几处煤矿排水，也对本区地下水的径流与排泄具 有一定的影响作用。 第 10 页 三 矿床水文地质条件 吴庄铁矿矿体主要产于奥陶系寨山组大理岩、结晶灰岩、白云质大理岩、钙质 和泥质白云岩与蚀变的闪长斑岩之间，根据岩层的富水性特征，可将其划分为含水 层与隔水层两种不同类型。 3.1 含水层 矿区含水层类型主要为碳酸盐岩类裂隙、岩溶含水层，组成岩性为奥陶系灰岩、 白云岩及石炭系的灰岩。 3.1.1 奥陶系碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层 奥陶系各组段碳酸盐岩岩性虽有不同，但各组之间并无实际意义的隔水层存在， 只是富水性有些差异。因此，不再单独分开阐述。

28、奥陶系含水层岩性主要由深灰色结晶灰岩、大理岩、灰色厚层状灰岩、豹皮状 灰岩及白云岩组成，构成矿体的顶板，总厚度 628 米；主要分布在 F1 断层以南，呈 浅隐伏状态，在 F1 断层以北则埋藏于石炭系地层之下，埋藏深度较大。浅埋区灰岩 由于长期遭受风化剥蚀，裂隙岩溶发育普遍，岩溶水赋存条件较好。埋藏区及隐伏 区深部的灰岩，裂隙岩溶发育程度主要受构造控制，与浅隐伏灰岩相比，裂隙岩溶 发育程度相对变差，富水性减弱。矿区奥陶系灰岩裂隙岩溶发育状况。 （如：表 3.1） 含水层富水性特征：该类含水层的富水性与其岩溶发育强度密切相关，一般是 岩溶发育、充填物较少的地段富水性强，反之富水性弱。而在水平和垂

29、直方向上又 存在较大差异，并且具有明显的分区分带性。根据灰岩埋藏条件、富水性强弱可将 矿区奥陶系碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层划分为以下几个主要的富水区带：浅部裂隙 岩溶潜水中强含水带，深部完整灰岩裂隙承压弱含水带，F1 断层裂隙岩溶承压中等 含水带，北西向构造裂隙岩溶承压中等含水带，F3 断层裂隙岩溶承压强含水带，北 东向构造破碎裂隙岩溶承压强含水带等。分述如下： 1. 浅部裂隙岩溶潜水中强含水带（简称浅部中强含水带） 分布在吴庄矿床中部以南区域，呈面状展布，含水层发育深度 14.2178.79m（ZK83 孔） ，平均厚度 52.57m，富水中等到强，但具有明显的不均 一性；在风井以东勘探时施工

30、 14 个钻孔，有 12 个钻孔发现漏水，钻孔单位涌水量 0.692.19L/(sm)，渗透系数 1.293.60m/d；而风井以西施工的 21 个钻孔，仅有 7 个钻孔漏水，钻孔单位涌水量 0.1162.024 L/(sm)，渗透系数 0.283.68m/d。该含 水（层）带具有较好的开放性，岩溶水具有潜水性质，可接受大气降水及农田灌溉 第 11 页 水的补给。 表 3.1 奥陶系灰岩裂隙岩溶发育状况统计表 控制钻孔（个）钻孔分带统计钻孔 项 含 水 目 带 名 称 钻 孔 总 数 遇岩 溶现 象钻 孔 遇裂 隙溶 洞钻 孔 总厚度 （m） 遇裂 隙溶 洞累 计高 度 （m） 钻孔 遇裂 隙

31、溶 洞最 大高 度 （m） 钻孔遇 裂隙溶 洞最低 标高 （m） 遇裂 隙溶 洞能 见率 （%） 岩溶 率 （%） 浅部带3535111711.3027.637.6931.431.61 F3 断 层 3535111711.3027.638.78-419.6629.411.62 北东 向破 碎带 17135883.3314.323.34-299.3360.001.51 F1 断 层 553380.865.771.50-412.3016.670.46 北西 向构 造带 302451363.506.311.00-446.4750.002.98 深部带 深部 完整 灰岩 带 22163.701.904

32、.300.007 2. 深部完整灰岩裂隙承压弱含水带（简称深部弱含水带） 分布在浅部含水带以下或埋藏于煤系地层之下，埋深较大，裂隙岩溶发育差， 岩石完整性较好，富水性弱。该带埋藏标高 23.93748.81m，一般多在标高-20m 以 下，厚度 116.80570.12m，上与浅部含水带及石炭系岩层相连，下与岩浆岩或矿体 接触。据以往抽水试验资料，钻孔单位涌水量 0.00070.064 L/(sm)，渗透系数 0.0006530.143m/d。 3. F1 断层裂隙岩溶承压中等含水带（简称 F1 中等含水带） 该带西起 ZK120 孔，经过主矿体上部在 ZK33 孔南与北东向构造破碎带岩溶裂

33、隙含水带相交，向东延伸至 ZK29 孔出矿区。初步推测断层带长 5000m 左右，向北 倾，倾角 70，宽度 15.7831.47m，呈楔形在深部尖灭于火成岩和矿体之上，平面 第 12 页 投影宽度 105250m，埋深在-400 米以上；钻孔单位涌水量 0.03180.934L/(sm)， 渗透系数 0.1139.76m/d。地下水为承压水，水头高度 2080m，矿化度 0.2760.326g/L，水温 16.819.8，水化学类型为 HCO3Ca 型。该含水带在苏 庄及其南部一带与矿体直接接触，矿床开采时，其中的地下水将会直接涌入矿坑中。 4. 北西向构造裂隙岩溶承压中等含水带（简称北西向

34、中等含水带） 分布于 ZK83 孔与 ZK101 孔之间，向南东方向延伸，推测长度大于 250m，宽 度 20 米，倾向北西，倾角 75左右，破碎带中方解石脉较为发育，并胶结破碎的岩 石。埋藏标高 4.5-487m，上部与浅部含水带相通，含水较丰富，钻孔单位涌水量 0.807L/(sm)，渗透系数 15.23m/d，可接受浅部含水带潜水补给，地下水动态变化和 水化学类型与浅部含水带基本一致，与北东向构造破碎带含水带和 F1 断层含水带水 力联系微弱，如位于 F1 含水带的 ZK102 孔抽水时，该带内的 ZK83 孔、ZK101 孔 地下水位均未受到影响。 5. F3 断层裂隙岩溶承压中强含水

35、带（简称 F3 中强含水带） 位于矿体北侧，走向东西，向北倾斜，产状东陡西缓，东段 80左右，西段 60 左右，带宽 1040m，埋藏标高-3.50-500m，东端控制到 ZK25 孔，西端延伸穿过 津浦铁路至电 2 孔。推测断层带长度大于 2500m，平面投影宽度 84244m。地下水 主要赋存在标高-2.78-430m 的奥陶系灰岩破碎带中，前期勘探时在该含水带中施 工的钻孔有 80%以上严重漏水，钻孔单位涌水量 0.9802.481L/(sm)，渗透系数 5.5513.72m/d。而埋藏在石炭系下部、标高-430m 以下的奥陶系灰岩破碎带富水性 则大大减弱，如 ZK74 孔、ZK86 孔

36、分别在标高-497m 和-642m 深度遇到 F3 断层的 角砾岩，均未出现漏水现象。地下水在含水带内连通性好，钻孔抽水结束后，水位 恢复特别快，停抽不到一分钟，就可恢复到原来的静止水位。地下水矿化度 0.20.3g/L，水温 1722.5，水化学类型为 HCO3Ca 型。该带在西部义和庄一 带与浅部岩溶含水带直接连通，水力联系密切，吴庄铁矿排水降落漏斗扩展到西部 时，曾在义和庄北部灌渠中见到水体下渗形成漩涡；矿区勘探期间，韩庄电厂电 2 号供水井抽水时，相距 1800m 的矿床内 ZK103 孔水位下降 1.03m。 该含水带与北东向含水带、F1 含水带、北西向含水带之间分布的灰岩裂隙岩溶

37、发育较差，致使其与其它各带之间的水力联系比较弱。例如：在该带中的 ZK25 孔 抽水，位于北东向含水带中的 ZK33 孔水位未受到影响；本带中 ZK96 孔抽水，F1 断层含水带中的 ZK102 孔、北西向含水带中的 ZK83 孔水位也未受到影响。该带地 下水位常年比北东向含水带水位低 23m，比 F1 含水带、北西向含水带地下水位低 12m。在苏庄东部该含水带直接切割矿体，矿床开采时该带中地下水可以直接涌 入坑道，应加以防范。 第 13 页 6. 北东向构造破碎裂隙岩溶中强含水带（简称北东向中强含水带） 位于矿体东南部，倾向西北，倾角 75左右，宽度 923m，长 800m，水平投 影宽度

38、74.69111.64m，埋藏标高-21.58-442.32m，北端在 ZK33 孔以北尖灭，向 西可控制到 ZK92 孔。该构造带内方解石脉非常发育并胶结角砾状灰岩碎块，岩溶 裂隙发育，透水性良好，含水丰富，在该带施工的钻孔 80%以上漏水。钻孔单位涌 水量 0.3882.858L/(sm)，渗透系数 0.9213.670m/d。ZK17 大口径孔抽水时，对 ZK33 孔、ZK9 孔、ZK5 孔水位均有明显的影响，各孔地下水位分别下降了 6.58m、6.35m、6.31m，说明该带内部地下水的连通性较好。带内地下水矿化度 0.3g/L，水温 17.722.8，水化学类型为 HCO3Ca 或

39、HCO3Ca、Mg 型。该含 水带位于矿体之上，局部地段与矿体接触，矿床开采时应注意冒顶突水威胁。 3.1.2 石炭系太原组碳酸盐岩夹碎屑岩类岩溶裂隙含水层 组成岩性主要为太原组的砂岩、页岩和灰岩，内部顺层穿插数层巨厚的闪长玢 岩，顶底板间距 263.19m 左右；其中灰岩是最主要的含水岩层，在浅部 2050m 的 风化带，裂隙、岩溶发育相对较好，富水性相对较强，在 ZK23 孔、ZK39 孔、 ZK42 孔和 ZK70 孔施工过程中均见到发育较普遍的蜂窝状、网格状溶蚀现象，并且 几个钻孔全部漏水。矿区勘探期间 ZK23 孔抽水试验时，奥陶系浅部含水带的 ZK102 孔、F1 断层带的 ZK7

40、2 孔水位分别下降了 1.06m 和 1.24m，说明本含水层与 这两个含水带之间存在着较直接的水力联系。 而埋藏深度较大、尤其是位于侵入岩体下部的灰岩，钻孔岩芯完整，裂隙岩溶 不发育，施工期间的 59 个钻孔穿过此层时，均未出现明显的漏水现象，富水性比较 弱。 石炭系太原组岩溶裂隙含水层富水规律：浅部风化带富水性大于深部岩层的富 水性；接受奥陶系浅部含水带补给的地段富水性较好，但范围较为局限。总体来看， 该含水层的富水性相对较弱。 3.2 隔水层 3.2.1 石炭系本溪组 岩性主要为铝土页岩、铁质页岩及灰岩，厚度 2040m，沿短轴背斜南、北翼 和东部倾伏端成条带状分布，东端出露宽度 509

41、0m，南翼 SK2 孔以西宽度 170230m（包括部分太原组地层） ，北翼出露宽度 2080m。灰岩致密块状，岩溶、 裂隙不发育，透水性差，富水性弱。据西安电力设计院在北翼大丰煤矿附近 SK2 孔 抽水资料，水位降深 46.04m，钻孔单孔涌水量 0.003L/(sm)，属于相对隔水层。 第 14 页 3.2.2 二叠系 地层岩性由灰黑色炭质页岩、灰黄色粗砂岩、砂页岩、杂色砂质页岩组成，厚 度 360m，分布在矿床北部和东部，与石炭系整合接触。浅部风化带裂隙多被粘土充 填，含水甚微。矿床北部原红卫煤矿于 55m 浅部采煤时，坑道排水量 240m3/d。深 部岩石新鲜坚硬，裂隙不发育，基本无水

42、。因此，与矿床区的其它岩溶含水层相比， 可视为相对隔水层。 3.2.3 铁矿层 产于灰岩与岩浆岩侵入体的接触带，埋藏标高-264-520m，最大厚度 86.70m，矿芯完整，致密坚硬，节理裂隙不发育，据钻孔抽水试验资料，单位涌水 量 0.00649L/(sm)，渗透系数 0.00715m/d，富水性极差。地下水矿化度 0.3g/L，水温 22，水化学类型为 HCO3CaMg 型。属于隔水层。 3.2.4 岩浆岩 岩性主要为闪长斑岩、闪长玢岩、花岗斑岩，矿区范围内多埋藏在奥陶系灰岩 之下，或穿插于石炭系地层中。位于矿体之下的侵入岩体大而厚，分布面积可达 3km2，矿区勘探时有近 100 多个钻孔

43、揭露该层，但无一孔穿透。侵入奥陶系分布区 的岩体，岩石完整致密，富水性极差，钻孔单孔涌水量 0.0064L/(sm)，渗透系数 0.0715m/d；侵入石炭系中的闪长玢岩，钻孔单位涌水量 0.0398L/(sm)，渗透系数 0.0536m/d；矿层下部的花岗斑岩钻孔单位涌水量 0.000901L/(sm)，渗透系数 0.00154m/d。因此矿区的岩浆岩侵入体透水、富水性极差，为良好的隔水层 3.2.5 第四系 在矿区广泛分布，主要为亚粘土，含有钙质结核，厚度 110m；覆盖于其它时 代较老的地层之上，具有一定透水性，但无含水层发育。 第 15 页 四 结 论 综上所述，可以看出吴庄矿区分布着

44、较大面积的奥陶系灰岩，其裂隙岩溶发育 具有显著的不均一性特征，致使地下水的储存也存在着明显的差异。矿区岩溶地下 水主要储存于奥陶系灰岩浅部含水带、F1、F3 断层含水带及北东向、北西向构造破 碎含水带中。灰岩浅部含水带埋藏较浅，开放性好，可直接接受降水与地表水体的 渗入补给；断层带和构造带岩石破碎、胶结疏松，在地下水的长期循环运移过程中， 不断被溶蚀、侵蚀，形成了许多大小不等的溶洞、溶隙，为地下水提供了良好的储 存空间；这些含水带裂隙岩溶发育，富水性中等或强，储存有丰富的地下水，为矿 床开采过程中矿坑突水提供了大量水源。同时，吴庄矿区矿坑突水途径主要为接触 或切割矿体的几条富含地下水的断层与构

45、造带。它们虽生成时间不同，有成矿前后 之别，但均具有不同程度的继承性和复活性特点，并使地层形成阶梯状下降，构造 带拓宽，旁侧岩石破碎严重，小错动发育。其内部不但储存有丰富的地下水，而且 多数相互连通，其中大部分还直接与矿体接触，为地下水流入矿坑提供了导水通道。 在矿床开采过程中，巷道若临近或穿过这些断层或构造含水带时，就有可能会发生 突水事故。因此，为了保障矿井安全生产，防止重大突水事故发生，针对该矿区较 为复杂的水文地质情况，笔者提出了治理与预防相结合的具体措施，取得了较为显 著的效果。 4.1 水患治理的主要措施： 水患治理采取“先查后治、上下结合、地表疏导防渗、地下帷幕截流”的技术路 线

46、。即在查清矿区水文地质条件的基础上，采用地上和地下相结合的方式进行综合 治理；地面上减少地表水体的入渗补给，地下裂隙岩溶发育带通过帷幕注浆，封堵 地下水径流通道，最大限度地阻截进入矿坑的地下水径流。 4.1.1 水患治理的主要技术方法 1. 水文地质调查：主要采用观察描述、调查了解、地下水位观测、排水量与开 采量统计、河水流量观测等手段完成。目的是查明矿区地表环境特征、大气降水对 地下水的入渗补给条件及地表水体的排放、径流、入渗情况，尤其是地表水体对地 下水的入渗补给作用及矿区地下水的流场状况。另外，还包括铁矿矿坑排水量、多 年开采过程中出现的突水情况及矿区地下水的开采量等。为分析研究矿区地下

47、水的 第 16 页 循环运动特征及入渗补给机理，加深对矿区水文地质条件的认识，制定科学的治理 方案及合理布置各项工作量奠定基础。 2. 水文地质物探：主要采用地面电法中的联合剖面法和电测深法来进行断层及 含水层、带的探测工作。目的是进一步查明和验证矿区断层与含水层、带的范围及 具体分布位置，确定不同含水层、带裂隙岩溶的发育状况。为治理工程布置及工作 安排提供充分的资料依据。 3. 地质、水文地质钻探：此项工作主要是进行水文地质勘探孔、帷幕注浆钻孔 及堵水效果检查孔的施工。水文地质勘探孔主要是用于了解含水层、带裂隙岩溶的 发育状况及富水性特征，验证物探工作质量及解译成果的可靠性，同时也作为分析

48、相应含水层、带与矿床之间地下水水力联系以及注浆堵水效果检查的水位动态观测 孔。帷幕注浆钻孔主要是用来向地下灌注水泥浆液，建设帷幕截水墙。堵水效果检 查孔则主要是用于检查地下帷幕墙的工程质量情况。 水文地质勘探孔采用 SPS600 型水文水井钻机施工，开孔口径 273mm，终孔 口径 170mm，钻孔位置与深度根据以往资料及本次地面物探解译成果确定，岩芯采 取率：完整岩石大于 70%，破碎岩石大于 40%。 帷幕注浆钻孔采用 XB1000A 或 XY5 型岩芯钻机施工，开孔口径 146mm， 终孔口径 110mm；钻孔位置布设在导水断层及主要含水层、带，即与矿床区地下水 水力联系密切的地段或地带

49、。岩芯采取率大于 75%。 注浆效果检查孔布置在两个注浆孔中间位置以及帷幕体的边缘部位，布孔数量 为注浆孔的 15%，施工工艺方法与帷幕注浆孔相同。 水文地质勘探孔和帷幕注浆孔、检查孔均采取回转方式钻进，全程取芯。在钻 进过程中，详细记录回次进尺、取出的岩芯长度、掉钻、漏水及冲洗液大量漏失位 置，并对取出岩芯裂隙岩溶发育深度、发育状况进行比较全面的描述。每钻进 50m、变径及终孔，均进行钻孔深度校正与偏斜度测量，发现问题及时纠正。 4.帷幕注浆及效果检查：采用 XPD90E 型注浆泵将预先配制搅拌好的水泥浆 通过钻杆压入钻孔中的裂隙岩溶发育段，形成地下帷幕墙，堵截流向矿坑的地下水 径流。 帷幕注浆效果检验以坑下放水试验为主要手段，辅以施工检查孔，采用双重手 段检查。一是在坑下施工放水（疏干）钻孔和水位（水压）观测孔，进行坑下放水 试验，并同时在原先施工的水文地质勘探孔中进行地下水位观测，利用放水量和水 位（水压）变化间的相关关系计算验证帷幕注浆堵水效果和工程质量。二是采用检 查孔，通过钻探采