地下金屬礦山井下帷幕注漿實(shí)施計(jì)劃方案

1、 . . . 地下金屬礦山井下帷幕注漿實(shí)施方案前言*鐵礦位于*市西南12公理，該礦為中型隱伏接觸交代型的矽卡礦床?，F(xiàn)設(shè)計(jì)開采為西部礦體，礦體主要賦存于-195m-305m標(biāo)高間，從8線到10線，礦化帶走向長(zhǎng)210m，水平厚度為10120m。礦體上下盤圍巖是巖、閃長(zhǎng)巖和矽卡巖，巖為礦床主要充水巖層，其巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，礦坑涌水量大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，特別是礦體與圍巖接觸帶是地下水主要逕流通道，加上其穩(wěn)固性差，遇水膨脹和軟化，極易產(chǎn)生塌落冒頂，嚴(yán)重影響了井下的的正常生產(chǎn)和安全作業(yè)。*鐵礦年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為50萬噸，現(xiàn)年生產(chǎn)量為30萬噸，由于受到地下水害等多方面因素的影響，采礦能力無法達(dá)到設(shè)計(jì)要

2、求。*鐵礦從試投產(chǎn)開始，礦山防治水指導(dǎo)思想主要是以疏干排水為主，防探堵水為輔的措施。由于*礦地下水靜、動(dòng)儲(chǔ)量都較大，采用疏干排水的防治水方案不僅不能達(dá)到疏干的目的，還可能導(dǎo)致地面出現(xiàn)塌陷、水資源破壞等地質(zhì)環(huán)境問題，而且存在突水的威脅，尤其是高昂的排水費(fèi)用（現(xiàn)在1千萬元左右/年，每噸礦石排水成本達(dá)25m3水的費(fèi)用），進(jìn)而影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益以與可持續(xù)發(fā)展。因此，必須開展防治水技術(shù)研究，對(duì)礦區(qū)水文、工程地質(zhì)條件尤其是礦床圍巖水文、工程地質(zhì)特征進(jìn)行調(diào)查研究，通過理論分析與比較，制定有效、經(jīng)濟(jì)、合理的防治水技術(shù)方案。為了避免災(zāi)難性的水患發(fā)生，達(dá)到高效安全采礦生產(chǎn)的目的，魯中治金礦業(yè)集團(tuán)公司于

3、2006年7月與我院簽訂協(xié)議，合作開展*鐵礦綜合防治水技術(shù)研究。經(jīng)過一段時(shí)間的前期工作，并經(jīng)雙方反復(fù)論證，確定*鐵礦采用井下礦體圍巖帷幕注漿的防治水方案，其注漿孔布置擬采用縱橫交錯(cuò)形式，分兩期工程實(shí)施，前期工程采用穿脈水平探水鉆孔（按10m×12m網(wǎng)度）注漿，后期工程則在圍巖中布置近礦體傾向的橫向鉆孔進(jìn)行加密注漿。1區(qū)域地質(zhì)概況1.1地形地貌礦區(qū)位于*市西南牛泉鎮(zhèn)，交通十分方便。地貌為剝蝕丘陵區(qū)，礦區(qū)位于*斷陷盆地南部，礦山帚狀構(gòu)造的收斂部位與礦山背斜西南巖體之侵沒端。礦區(qū)地形南高北低，最高400m，北部最低標(biāo)高160m，屬汶河級(jí)地貌。汶河為本區(qū)主干河流，發(fā)源于盆地東部，由東婉蜒西下

4、，縱慣全區(qū)。是大氣降水與地表水匯聚、排泄通道，其洪峰流量達(dá)2920m3/s（1966年7月15日）。另外，方下河、嘶馬河、匯河、顏莊河、塔子河、石河等，枝狀溪流也較發(fā)育，皆為季節(jié)性河流。區(qū)年平均降雨量為759.7mm（19631977年），降雨量多集中在79月，占年降雨量的71%，最大降雨量1369.6mm（1964年），最小降雨量為490.9mm（1965年）。盆地區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造嚴(yán)格受魯中緯向構(gòu)造與魯西旋卷構(gòu)造的控制。魯中緯向構(gòu)造促使盆地主要構(gòu)造線、地層走向呈近東西向展布；盆地與弧形斷裂則魯西系旋卷構(gòu)造的產(chǎn)物。1.2構(gòu)造中部區(qū)域性緯向構(gòu)造體系中有一條東西向斷裂構(gòu)造和魯西旋卷構(gòu)造前緣?。??。┛?/p>

5、制了*盆地的生成。構(gòu)造盆地為一完整的水文地質(zhì)單元。本區(qū)構(gòu)造形跡以斷裂為主，褶皺次之。主要構(gòu)造有：東西向斷裂、弧形斷裂、帚狀構(gòu)造。（1）東西向斷裂：石門官莊塔子斷裂，斷層走向呈近東西向展布，與其傾向之共同點(diǎn)：皆為舒緩波狀。斷裂通過之處，局部地段造成陡坎，高差可達(dá)10米以上，造成地層缺失，其垂直斷距400米以上。地表所見斷面一般傾向北，傾角6585度，局部地段斷面直立，甚至反向向南傾斜。該斷裂為先后壓。它是東西向構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。魯西系旋扭運(yùn)動(dòng)使之復(fù)活，發(fā)生了第三期以壓扭為主的沖斷。因此它是一條具扭性的壓性斷裂帶。（2）弧形斷裂：*弧形斷裂是魯西系旋扭構(gòu)造的產(chǎn)物，斷距較大，規(guī)?？捎^。西自，經(jīng)由盆地北

6、、東緣的銅冶店、鐵銅溝、延伸至沂蒙山區(qū)以遠(yuǎn)，其斷距在千米以上。它由外兩弧形斷裂組成，口鎮(zhèn)顏莊斷裂為其弧，兩者皆屬壓扭性質(zhì)。在弧形斷裂旁側(cè)，分布有與主斷裂性質(zhì)一樣的、展布方向一致的逆沖斷層，形成瓦式構(gòu)造。（3）帚狀構(gòu)造：礦山帚狀構(gòu)造為*弧形斷裂二次旋卷構(gòu)造。它由礦山背斜、八里溝向斜等壓必結(jié)構(gòu)面組成，其向SW收斂、NE撒開。礦山背斜：位于盆地東部、*市北西。背斜中部凸起呈殘丘，其軸向?yàn)镾W-NNE向，北端略有偏NNW之趨勢(shì)，全長(zhǎng)89公里，寬約5公里，核部為燕山期閃長(zhǎng)巖，兩翼為中奧系、石炭、二迭系地層。為中部略向南凸的弧形背斜。兩翼中奧系灰?guī)r傾角較陡，約在40度以上，與閃長(zhǎng)巖接觸交代，是成礦之有利部

7、位。八里溝向斜：于背斜之東南，市南側(cè)，核部為侏羅系地層，兩翼為二迭、石炭、奧系地層。其上有第三第四系地層覆蓋。向斜軸SW-NE向展布，并逐漸偏NNE向，軸長(zhǎng)10公里，寬6公里，其西南端，向斜翹起、封閉。1.3巖漿巖在本區(qū)，中生代燕山晚期巖漿活動(dòng)最強(qiáng)烈，形成中偏基性的閃長(zhǎng)巖體，分布在盆地不同的構(gòu)造部位。其中礦山、角峪、鐵銅溝、金牛山巖體具一定規(guī)模，為區(qū)四大巖體，而礦山巖體又居首位，為主要成礦母巖體。礦山巖體：侵入于礦山弧形背斜核部。出露于礦山、莊、孟家峪一帶，面積約8平方公里。南北兩端隱伏于奧系地層之下。西南部可與角峪巖體相連，北部可與金牛山巖體相連。隱伏面積在100平方公里以上。巖體走向與礦山

8、背斜走向相吻合，其形態(tài)，推測(cè)為巨大而復(fù)雜的巖蓋。巖體主要侵入中奧統(tǒng)，北部地段有侵入石炭二迭系地層中，多與圍巖順層接觸，少呈斜切或穿插。2礦區(qū)水文、工程地質(zhì)條件*鐵礦礦區(qū)可作為一相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)小單元。該單元以F5斷裂為界，北與谷家臺(tái)小單元相接，東以F3斷裂為界，與業(yè)莊小單元相接，南以塔子石門官莊斷裂為界，與南部山區(qū)相接。汶河由礦區(qū)北部流過，石河由南而北流經(jīng)礦區(qū)西部匯入汶河， 為季節(jié)性河流，雨季排洪，旱季涓涓細(xì)流，直至干涸。詳見礦區(qū)水文地質(zhì)圖2-1。2.1地層研究區(qū)分布影響礦井充水因素的地層主要有第四系、第三系、奧系與巖漿巖侵入巖體。因巖性、分布位置、埋藏條件與其含水性和透水性等不同特征，它們

9、對(duì)礦井充水所起的作用和影響的程度差異性很大。（1）第四系（Q）屬于沖積層、沖洪積層，巖性主要為砂質(zhì)粘土、砂、礫石，因此是一個(gè)強(qiáng)含水層和透水層。其最小厚度為3.05m(孔CK114)，最大厚度為23.0m(孔CK84)，平均厚度為13.47m。第四系的水位埋深14m，滲透系數(shù)為50300m/d，單位涌水量q=112L/s.m。水質(zhì)類型為型，礦化都為0.2g/L。第四系的潛水位嚴(yán)格受到降水量的控制，潛水位隨季節(jié)變化大。潛水面的形態(tài)與區(qū)地形基本一致，南高北低，東高西低，總的趨勢(shì)是由南東向北西逕流，而后泄入汶河。 （2）第三系（E2-3g）在區(qū)域上第三系紅砂巖自塔子石門官莊斷裂以北開始出現(xiàn)，向北逐漸加

10、厚，礦床地段厚度為150250m，其沉積厚度與分布嚴(yán)格受古地形與地質(zhì)構(gòu)造控制。因此，有的地段較薄或缺失，致使中奧系灰?guī)r與第四系砂礫石層接觸，構(gòu)成了所謂的“天窗”，如牛王泉“天窗”，杜官莊“天窗”；有的地方由于古剝蝕作用強(qiáng)烈，第三系沉積顯著變厚，如F1斷裂量側(cè)第三系沉積厚度居礦區(qū)首位，達(dá)360m。礦區(qū)第三系為管莊組地層，巖性主要為紅色粘土巖、粘土質(zhì)砂巖、粘土質(zhì)砂礫巖。底部為礫巖和礫石，含水性較弱，可視為隔水層。其最小厚度為5.71m(孔CK21)，最大厚度為284.92m(孔CK118)，平均厚度為106m。第三系厚度分布總體特征為：厚度分布均勻變化，規(guī)律性較好，由東北向西南，地層厚度逐漸減小，

11、以至為零，反映了單斜構(gòu)造特征。因?yàn)榈谌祻搅鞑煌〞?，其水力承壓性好，所以地下水為承壓水。第三系滲透系數(shù)為0.00032m/d，單位涌水量q=0.000173L/s.m，含水性弱，可視為良好的隔水巖層。（3）奧系（O）在礦區(qū)，所見灰?guī)r、巖為中奧統(tǒng)馬家溝組第四、第五、第六段，由于古地形的控制作用，由南至北，灰?guī)r、巖深度逐步增大而其厚度則逐漸變薄。第四段（O2m4）為厚層灰色純灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r，為磁鐵礦成礦主要層位。第五段(O2m5)為灰黃色薄層白云質(zhì)灰?guī)r，灰色中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r底部為角礫狀灰?guī)r。第六段(O2m6)為灰色、厚層豹皮狀灰?guī)r、純灰?guī)r、含白云質(zhì)灰?guī)r。根據(jù)巖溶、裂隙的發(fā)育程度

12、，將可以將整個(gè)*鐵礦礦區(qū)劃分為三個(gè)塊段：東塊段， -12-18線與杜官莊缺口；中塊段，F(xiàn)1斷層-1l線：西塊段，F(xiàn)1斷層15線。據(jù)鉆孔揭露，三個(gè)塊段灰?guī)r、巖頂?shù)装迓裆顦?biāo)高，依次為：東塊段，137.39-242.91m；中塊段155.15-198.62m：西塊段176.20-388.11m。由于F 1斷層構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與沿?cái)嗔褞兾g作用之結(jié)果，使得中塊段較兩側(cè)凹陷，灰?guī)r、巖頂板埋深在其在走向上呈一馬鞍形。（4）礦山巖體由杜官莊以東傾伏于中奧系灰?guī)r之下，但因古剝蝕作用，以與侵入過程中的起伏變化，因而于西尚莊與紀(jì)家莊以北，巖體伏于第三系紅砂巖之下，巖體在礦床地段呈鋸齒狀或舌狀侵入，礦區(qū)有兩層1030米的閃

13、長(zhǎng)玢巖脈順層侵入。構(gòu)成了礦體較為穩(wěn)定的底板。巖體僅在風(fēng)化殼或局部構(gòu)造裂隙中含有微弱裂隙水，單位涌水量為0.10.8L/s.m，滲透系數(shù)0.050.1m/d，水質(zhì)為SO42- 型，礦化度1g/L以上，為礦區(qū)灰?guī)r、巖含水層中的良好隔水巖體。2.2構(gòu)造斷裂與其控水性礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂、褶皺十分發(fā)育，主要有東西向構(gòu)造帶、北北東向斷裂F2、F3、F4和F1與新東西向斷裂F5等，其地下水的運(yùn)動(dòng)大都受構(gòu)造斷裂的控制。 （1）F4（牛泉茂盛堂）斷裂：構(gòu)造形跡在茂盛堂村南出露，村北被第四系、第三系覆蓋，推斷該斷裂向北延伸至牛泉村南，ZK37孔于孔深228.8239.87m見有構(gòu)造角礫巖，為該斷裂面延伸的依據(jù)。斷

14、裂走向近南北和展布傾向東，斷裂兩側(cè)地層不一，顯示斷裂東側(cè)地層相對(duì)向北推移，西側(cè)向南移動(dòng)之特點(diǎn)。該斷層在南部不具阻水性，這已為礦區(qū)大口徑抽水所證實(shí)，但往北則漸顯阻水性，已被N3和N5孔之間的水頭和水溫所證實(shí)。（2）F2、F3（候家溝東）斷裂帶：F2斷裂大都被第三系與第四系覆蓋，僅在局部地段出露，構(gòu)造形跡清楚，壓扭性特征明顯。其走向?yàn)镹200300E，傾向在南段為北西，北段為南東，傾角740800，推斷斷距80米左右。位于F2斷裂以東，有一條或幾條與F2大致平行、性質(zhì)一樣的斷裂如F3，而F2的規(guī)模與活動(dòng)強(qiáng)度較大。該組斷裂具隔水性質(zhì)，是阻擋南部灰?guī)r地下水側(cè)向進(jìn)入礦區(qū)的東部屏障，但在斷裂的西南、東北兩

15、端的滅尖處，分別與F1斷層、F5斷層相交帶具有兩個(gè)缺口，其中東北端的缺口是外圍地下水進(jìn)入礦區(qū)的重要逕流通道，而西南端的缺口由于F1斷層相對(duì)隔水性質(zhì)，其進(jìn)入礦區(qū)的水量相對(duì)有限。（3）F1斷裂：斷裂位于礦區(qū)的正負(fù)線之間，斷層走向N140W、傾向南西，推斷斷距80米左右。其表現(xiàn)是：由于斷層的作用，F(xiàn)1斷裂東盤奧系中統(tǒng)馬家溝組第四段灰?guī)r與西盤第五段灰?guī)r沿走向接觸；沿?cái)嗔炎呦蛏?，古剝蝕作用較強(qiáng)，第三系沉積厚度較斷裂兩側(cè)有明顯的增厚，灰?guī)r相對(duì)變薄，從而造成了斷裂兩側(cè)水文地質(zhì)條件有明顯差異的兩個(gè)塊段，即礦區(qū)的東西兩塊段。根據(jù)礦區(qū)抽水試驗(yàn)的觀測(cè)孔數(shù)據(jù)分析，F(xiàn)1斷層具相對(duì)隔水的性質(zhì)。但在斷層的南側(cè)深部，也見其導(dǎo)

16、水性，由于深部巖溶發(fā)育程度較低，其導(dǎo)水性能也較差，也是礦區(qū)東西兩塊段地下水聯(lián)系的逕流通道。（4）F5（牛王泉杜官莊）斷裂：斷裂位于礦區(qū)北部，西由牛王泉，東至杜官莊。斷裂的東段地面略有顯示，向西隱伏于第三系、第四系之下。該斷裂活動(dòng)較為強(qiáng)烈，切割了第三系、奧系與燕山期閃長(zhǎng)巖體。斷裂走向近東西，傾向南，傾角80左右，斷裂東段斷距約200米，向西斷距變小，為100米左右。F5斷層具有導(dǎo)水與阻水的兩重性，但在斷層的東西兩端具有兩個(gè)缺口，是礦區(qū)地下水與外圍地下水聯(lián)系的通道。2.3巖（灰?guī)r）巖溶發(fā)育分布規(guī)律（1）巖溶發(fā)育程度礦區(qū)巖溶裂隙十分發(fā)育。巖溶裂隙大多為性裂隙，寬度一般為23mm，大者可達(dá)10cm多，

17、裂隙壁上被溶蝕得坎坷不平，并有方解石晶簇附著于壁上，晶形完好，晶面光滑，半透明，裂隙大部分被充填或部分充填，充填物主要為粘土與巖屑。溶孔也普遍發(fā)育，但分布不太均一，以東塊段最多，西塊段次之，中塊段很少見；溶孔大小較懸殊，小者只有黃豆般大小，大者直徑達(dá)78cm；溶孔大部分被粘土充填，孔壁上常見次生方解石晶簇叢生，少數(shù)溶孔無充填物，并見有近期地下水活動(dòng)的明顯跡象。溶洞在礦區(qū)不甚發(fā)育，只在25個(gè)鉆孔中見有35個(gè)溶洞，且以小型溶洞為主，大部分洞高不足1米，單個(gè)溶洞最高達(dá)10.57米。溶洞較發(fā)育段位于整個(gè)巖含水層之中段，即-50-150米水平。巖溶最發(fā)育的東塊段，其巖溶率為0.65%，西塊段為0.27%

18、，中塊段為0.15%?？偟目磥恚V區(qū)巖溶發(fā)育程度不高。（2）巖溶發(fā)育分規(guī)律巖溶發(fā)育受各種因素的共同作用，由于各個(gè)地段具體條件不同，巖溶發(fā)育程度因地而異?？偟膩碚f，有以下規(guī)律性：從平面上看，東塊段巖溶裂隙、溶洞較發(fā)育，西塊段次之，中塊段最差，靠近巖體的部位較發(fā)育，遠(yuǎn)離巖體則較差，位于構(gòu)造裂隙帶附近部位較發(fā)育，其它地方則較差。從垂向上看，東塊段整個(gè)巖巖溶裂隙、溶洞都較發(fā)育（最發(fā)育段在-130米水平之上），其余兩塊段都是自上而下逐步遞減?？傮w來說，礦區(qū)巖溶的發(fā)育程度自上而下為遞減的趨勢(shì)。（3）巖溶發(fā)育的控制因素巖溶發(fā)育受多種因素控制，在某一地段，一種因素可能起主導(dǎo)作用，在另一地段，這種因素可能退居次

19、要地位。綜合礦區(qū)巖溶發(fā)育的規(guī)律，控制巖溶發(fā)育的主要因素有：巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖漿巖體的侵入、蝕變作用、巖（灰?guī)r）的埋藏藏深度與厚度。巖石性質(zhì)：東塊段揭露的四段巖的巖溶率（0.65%）高于西塊段五塊段巖的巖溶率（0.27%）；在四塊段的見溶洞為26個(gè)，總高為50.06米，其余9個(gè)溶洞在五段，總高為10.34米。以上說明，在礦區(qū)巖性對(duì)巖溶發(fā)育起到了控制作用。地質(zhì)構(gòu)造：在F4斷層附近的ZK7、ZK10孔，巖溶裂隙、溶洞發(fā)育；在石門官莊塔子斷裂和F4斷層的相交處，巖溶裂隙十分發(fā)育，是外圍地下水進(jìn)入礦區(qū)的主要通道。巖漿巖體的侵入、蝕變作用：靠近巖體的巖，結(jié)晶顆粒大，巖芯采取率一般較低，也較破碎，地下水

20、對(duì)它的溶蝕作用更容易。因此，沿著巖與巖體的接觸帶部位，巖溶裂隙較發(fā)育，同時(shí)也是地下水逕流的通道。巖的埋藏條件：巖埋藏越淺，地下水對(duì)其的的溶蝕作用越強(qiáng)烈，愈往深部這種作用逐漸減弱，因而淺部的巖溶裂隙發(fā)育程度較深部高。從礦區(qū)三個(gè)塊段的巖埋藏與巖溶發(fā)育的相互關(guān)系也說明這點(diǎn)。（4）巖溶發(fā)育下限礦區(qū)各塊段巖溶發(fā)育下限為：東塊段，-250米；西塊段，-340米；中塊段，-180米?？梢钥闯?，全礦區(qū)巖溶發(fā)育下限，幾乎是整個(gè)巖段。2.4巖（灰?guī)r）含水層的富水性巖（灰?guī)r）含水層的巖溶裂隙、溶孔、溶洞是地下水的賦存場(chǎng)所與逕流通道，因此，其巖溶發(fā)育的程度，決定了其富水性?？偟膩碚f，本礦區(qū)巖溶發(fā)育程度相對(duì)不高，多數(shù)抽

21、水鉆孔，水量較小，水位降深較大，而停抽后水位恢復(fù)緩慢，其富水性次于臨近的谷家臺(tái)、業(yè)莊鐵礦區(qū)。巖溶發(fā)育的不均一性在本區(qū)較明顯，即有平面非均質(zhì)，又有垂向非均質(zhì)。因而巖含水層的富水性也是因地而異，巖溶較發(fā)育的地段，水量較豐富，反之，水量則較貧乏。巖含水層的富水性在平面上表現(xiàn)為東塊段較強(qiáng)、西塊段次之，中塊段較差，三個(gè)塊段的單位涌水量分別為26L/s.m、13 L/s.m和0.20.6 L/s.m；在垂向上由于淺部巖溶較深部發(fā)育，但淺部充填較嚴(yán)重，所以其富水段一般位于整個(gè)巖含水層的中部、中上部，少數(shù)地段位于下部或中下部。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，由于礦區(qū)隱伏褶皺構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，局部地段的富水段不但在巖，而且延伸到底部

22、的閃長(zhǎng)巖。巖含水層的富水段的下限在東西兩塊段相差較大，東塊段的富水段下限為-200米，西塊段的富水段的下限一般為-340米。25邊界條件礦區(qū)位于礦山帚狀構(gòu)造的收斂部位，為應(yīng)力集中和釋放的場(chǎng)所，區(qū)域性塔子石門官莊斷裂橫穿礦區(qū)，構(gòu)造活動(dòng)頻繁，形跡復(fù)雜。由于構(gòu)造的切割、錯(cuò)動(dòng)，造就了礦區(qū)特定的外邊界條件。2.5.1南部邊界 東西向塔子石門官莊斷裂，位于盆地南部主要補(bǔ)給區(qū)前緣，它對(duì)整個(gè)補(bǔ)給區(qū)地下水的運(yùn)動(dòng)起到了明顯的控制作用，其北側(cè)為中奧系純灰?guī)r，南側(cè)為下奧系白云質(zhì)灰?guī)r，再往南為大片裸露的寒武系灰?guī)r。從東西向斷裂帶本身的擠壓性，閃長(zhǎng)巖沿?cái)嗔褞У拇闋钋秩?，斷裂兩?cè)水頭的明顯差異來看，該斷裂具有明顯的阻水作

23、用。但在東西向斷裂與F4斷裂的切接復(fù)合部位，斷裂南北兩側(cè)的水頭差值相對(duì)更小，而位于南梨溝村南，斷裂南北兩側(cè)為奧灰?guī)r，CK151與機(jī)12孔相距610米，水頭差值不明顯；南部基巖山區(qū)地下水，通過這一地段，補(bǔ)給盆地，補(bǔ)給礦區(qū)。業(yè)莊礦坑道放水試驗(yàn)明顯反映了這一情況。2.5.2東部邊界F2、F3斷裂與西五斗東、西兩斷裂很可能為首尾重接復(fù)合關(guān)系，兩組斷裂力學(xué)性質(zhì)為壓扭性，斷裂兩側(cè)都為奧灰?guī)r，含水層上下錯(cuò)動(dòng)不大。從業(yè)莊鐵礦放水試驗(yàn)和礦區(qū)大口徑抽水試驗(yàn)的水位觀測(cè)孔資料表明，該斷裂有明顯的阻水作用，但在局部見該斷裂具有導(dǎo)水性能，也是礦區(qū)灰?guī)r含水層接受區(qū)域側(cè)向補(bǔ)給的主要進(jìn)水邊界，特別是在該斷裂的東北端，是外圍地下

24、水進(jìn)入礦區(qū)的重要逕流通道。2.5.3北部邊界F5斷裂在喜山期活動(dòng)較為強(qiáng)烈，產(chǎn)生了較大的斷距，斷裂在此段具有明顯的阻水性，形成了南北兩側(cè)相對(duì)獨(dú)立的兩個(gè)水文地質(zhì)單元。但在斷裂的東段（杜官莊地段），兩側(cè)灰?guī)r含水層銜接厚度約2030米，西段（牛王泉地段）的銜接厚度約100米，這兩段是產(chǎn)生斷裂南北兩側(cè)水力聯(lián)系的兩個(gè)導(dǎo)水缺口。因此，F(xiàn)5斷裂具有阻水與導(dǎo)水的兩重性，構(gòu)成了礦區(qū)北部的弱透水邊界。2.5.4西部邊界礦區(qū)西部，奧灰?guī)r大都伏于第三系與中、上石炭系之下，僅在石門官莊泉坡一帶地面成帶狀有所裸露，從泉坡往西即與汶河沖洪積砂礫石層相接，構(gòu)成了泉坡“天窗”。在自然狀態(tài)下，為本區(qū)的泄水區(qū)，沿該方向具有一定的過水

25、能力，但與南部比較，并非主要來水方向。雖然F4斷裂是導(dǎo)水?dāng)鄬?，但由于沒有很好的補(bǔ)給源，而且奧灰?guī)r在此方向上傾的深度較小，滲透性能顯著降低，水質(zhì)變壞（SO4型），礦化度增高（13克/L），對(duì)礦床充水的威脅不大。特別強(qiáng)調(diào)的是在F4斷裂的南端與東西向大斷裂相交處有一缺口，巖巖溶裂隙較發(fā)育，地下水豐富，是南部灰?guī)r地下水進(jìn)入礦區(qū)的主要逕流通道，從西塊段西部礦體各個(gè)分段水平施工的探水鉆孔揭露涌水情況得到了證實(shí)。2.6地下水動(dòng)態(tài)變化特征2.6.1周期性變化根據(jù)地水位長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料,地下水位顯現(xiàn)出周期性變化特征,2004年1月至2006年10月,出現(xiàn)三次低水位值時(shí)間段和三次高水位時(shí)間段。從低水位開始到高水位

26、出現(xiàn)大約需要半年時(shí)間，即礦區(qū)地下水變化周期約為6個(gè)月，地下水位變化與大氣降雨關(guān)系密切。詳見*礦礦井涌水量與降雨量、地面水文觀測(cè)孔水位關(guān)系曲線圖（圖2-2）。2.6.2降落漏斗的影響圍與形態(tài)目前，礦區(qū)實(shí)際排水量為20000m3/d左右。根據(jù)礦區(qū)地下水長(zhǎng)期觀孔資料，礦區(qū)地下水位受大氣降水影響較明顯，高水位出現(xiàn)于雨季，低水位出現(xiàn)于枯水期或旱季，高水位與低水位時(shí)間變化周期約6個(gè)月，區(qū)地下水位一年最大變化幅度74.3m，最大波幅為11.00m。從2005年3月開始至今，礦坑每天的排水量都是20000m3/d左右，但水文觀測(cè)孔的水位都在正常圍波動(dòng)，礦區(qū)地下水位并沒有因?yàn)殚L(zhǎng)期排水而下降，實(shí)際上其排水量大致等

27、于礦區(qū)地下水的補(bǔ)給量，地下水補(bǔ)給與礦坑排水基本處在一動(dòng)態(tài)平衡過程中。依據(jù)地下水位觀資料圈定的地下水位等值線圖可以看出，降落漏斗平面形態(tài)橢圓形，其中以CK99、LX1、LX2和礦坑集中出水點(diǎn)四個(gè)觀測(cè)孔點(diǎn)為基準(zhǔn)，以CK99孔為邊界，以礦坑集中出水點(diǎn)為最低水位，形成一走向近北東450南西向，水力坡度為0.23，長(zhǎng)軸長(zhǎng)約2000m、短軸長(zhǎng)約1000m的橢圓形降落漏斗，降落漏斗的長(zhǎng)軸方向代表了地下水的來水方向，即：西部礦體礦床充水主要來自北東、西南方向。2.7地下水的補(bǔ)給、逕流和排泄礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、逕流、排泄，嚴(yán)格受區(qū)域水文地質(zhì)條件與礦區(qū)邊界條件所控制。 在自然狀態(tài)下，礦區(qū)地下水的補(bǔ)給，從宏觀上看，以

28、區(qū)域南部灰?guī)r地下水側(cè)向補(bǔ)給為主，地下水運(yùn)動(dòng)總的趨勢(shì)是由南向北，由東向西。南部奧灰?guī)r裸露區(qū)地下水，主要通過八里溝向斜翹起端進(jìn)入?yún)^(qū)，其中一部分由礦區(qū)東部邊界的南段進(jìn)入礦區(qū)，而主要量是進(jìn)入泉河地段以泉的形式進(jìn)行排泄，余量又通過礦區(qū)東部邊界之北段和杜官莊缺口至杜官莊“天窗”以潛流的形式泄入汶河。詳見*礦礦區(qū)等水位線動(dòng)態(tài)觀測(cè)平面圖2-2。南部寒武系灰?guī)r裸露區(qū)地下水，通過東西向斷裂帶進(jìn)入礦區(qū)（其中茂盛堂在地段是相對(duì)較強(qiáng)的滲透段）。這一方向上的補(bǔ)給量進(jìn)入礦區(qū)之后，其主量由南而北至牛王泉進(jìn)行排泄，部分量沿接觸帶折向東，它與礦區(qū)東南方向上的來量匯流，至杜官莊“天窗”排泄。寒武系分布區(qū)的側(cè)向來量，是礦區(qū)地下水的主

29、要來水方向。另外，沿東西向斷裂北側(cè)灰?guī)r零星出露地段，大氣降水與地表集水將直接滲透補(bǔ)給礦區(qū)、石河滲漏段與西尚莊水庫。從礦區(qū)極強(qiáng)強(qiáng)富水性的含水巖組的平面分布與空間組合關(guān)系分析認(rèn)為，未來礦山礦床的充水水源，主要來自中奧系馬家溝組（Q2m2、Q2m4、Q2m6）純灰?guī)r裂隙巖溶水、礦巖接觸帶水，次為中等富水性（Q2m5）裂隙水與構(gòu)造帶水。礦床之外的極強(qiáng)強(qiáng)含水巖組主要通過分布在礦區(qū)四周的幾個(gè)“缺口”補(bǔ)給礦區(qū)地下。因強(qiáng)含水巖組（層）受中等弱富水的巖組層相隔，垂向滲透速度小于水平方向，因此，礦區(qū)地下水主要以水平方向補(bǔ)給為主。礦區(qū)地下水補(bǔ)給來自南部，出口在西北部的西尚莊，地下水相對(duì)較強(qiáng)的逕流帶主要位于礦區(qū)的西南

30、部、西部，以與東北部。需要強(qiáng)調(diào)的是，隨著礦井的長(zhǎng)期排水，礦區(qū)地下水動(dòng)態(tài)平衡被破壞，原來的地下水逕流通道和排泄部位，都可能轉(zhuǎn)變成礦床充水新的逕流通道和補(bǔ)給來源。2.8 礦坑涌水量預(yù)測(cè)2.8.1對(duì)以往礦井涌水量預(yù)測(cè)的分析1978年9月，省地質(zhì)局第一地質(zhì)隊(duì)提交的省*鐵礦西尚莊礦區(qū)水文地質(zhì)勘探報(bào)告中，利用數(shù)值法中的有限單元法進(jìn)行計(jì)算，預(yù)計(jì)了整個(gè)礦區(qū)開采時(shí)的坑道水量，認(rèn)為西礦區(qū)的0、號(hào)礦體最低疏干水平-300m標(biāo)高，相應(yīng)疏干145天，疏干水量50000m3/d，“穩(wěn)定”水量(歷年最大降雨量豐水期)33922m3/d。從目前礦坑的涌水量來看，其預(yù)測(cè)的水量是符合實(shí)際的，但由于-305m水平至-255m水平的

31、采準(zhǔn)工程未實(shí)施，以后礦坑涌水量可能有增大的趨勢(shì)。利用有限單元法進(jìn)行計(jì)算礦坑涌水量預(yù)測(cè)的精度決定于預(yù)測(cè)的前提條件是否存在，預(yù)測(cè)方案是否合理，礦區(qū)參數(shù)是否準(zhǔn)確，邊界條件處理、垂向補(bǔ)給的處理是否合理等。下面就這幾方面的影響評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)的精確程度。（1）假定北部的谷家臺(tái)礦區(qū)，東部的業(yè)莊礦區(qū)處于疏干開采狀態(tài)。業(yè)莊礦區(qū)從2001年以來，一直采用井下帷幕注漿的防治水施工方法，堵水率近100%，防治水工程已基本完工；礦山只是為了滿足生產(chǎn)和生活用水的需要，人為鉆孔引水，其排水量一直維持在25003000m3/d，而且這二年中，該礦引水鉆孔的涌水量明顯減少，不得不補(bǔ)打引水鉆孔來保持出水量。同時(shí)，谷家臺(tái)從98年淹井至2

32、005年初恢復(fù)，礦坑幾乎沒有進(jìn)行排水，現(xiàn)在排水量為30004000m3/d，而且該礦以后也是采用井下帷幕注漿的防治水方法，其排水量也是有限的。因此，這個(gè)假設(shè)的前提條件不存在。（2）預(yù)測(cè)方案，按照東塊段先開采疏干，西塊段后開采疏干的方案進(jìn)行預(yù)測(cè)。而實(shí)際情況正好相反，并且東塊段的巖溶裂隙、溶洞較西塊段更為發(fā)育，而對(duì)西塊段預(yù)測(cè)疏干水量為50000 m3/d，是在東塊段疏干到-150m水平而進(jìn)行的。因此，這假設(shè)條件也是不成立的。（3）對(duì)于礦區(qū)的參數(shù)、邊界條件和垂向補(bǔ)給等的處理是否合理，科大<<水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)>>已作了分析，在此不再重復(fù)。2.8.2采用類比法進(jìn)行礦坑涌水量預(yù)測(cè)*

33、鐵礦與業(yè)莊鐵礦、谷家臺(tái)鐵礦同屬*盆地，為一大的水文地質(zhì)單元，都為隱伏接觸交代型的矽卡礦床，礦床充水巖層為灰?guī)r（巖）含水層，巖溶裂隙、溶洞較發(fā)育，地下水靜動(dòng)儲(chǔ)量較充足，為大水礦山，水文地質(zhì)條件都屬?gòu)?fù)雜類型。雖然三個(gè)礦山可劃分相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)小單元，但從業(yè)莊放水試驗(yàn)來看，*礦與業(yè)莊、谷家臺(tái)礦的地下水有一定的水力聯(lián)系。因此，通過業(yè)莊礦和谷家臺(tái)礦的礦坑涌水量預(yù)測(cè)進(jìn)行類比*礦的礦坑涌水量，相對(duì)而言是比較真實(shí)的、可靠的和合理的。業(yè)莊鐵礦通過長(zhǎng)時(shí)間大流量的疏干放水試驗(yàn)，由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)經(jīng)有限元、電網(wǎng)模型法預(yù)測(cè)礦坑-64m水平的涌水量為12萬m3/d左右。谷家臺(tái)礦在98年發(fā)生了“712”事件，井下遭遇大突水，

34、最大瞬時(shí)突水量達(dá)3.8萬m3h，其礦坑涌水量預(yù)測(cè)應(yīng)在15萬m3/d以上。由于業(yè)莊、谷家臺(tái)礦是巖溶管道流充水的礦床，溶洞、巖溶裂隙發(fā)育，而*礦從目前來看是屬于巖溶裂隙充水的礦床，溶洞不甚發(fā)育，巖溶裂隙較發(fā)育，礦床充水都是來自南部灰?guī)r地下水的補(bǔ)給。通過從巖溶溶洞裂隙發(fā)育程度、灰?guī)r含水層的厚度、滲透系數(shù)、單位涌水量、靜水壓、地下水靜動(dòng)量、補(bǔ)給方向等方面進(jìn)行對(duì)比，我們認(rèn)為*礦西部礦體在疏干到-305m水平時(shí)的最大礦坑涌水量為5萬m3/d，是比較符合實(shí)際的。 礦坑涌水量的計(jì)算預(yù)測(cè)是否準(zhǔn)確與對(duì)礦區(qū)、礦床水文地質(zhì)條件的正確認(rèn)識(shí)程度有關(guān)，與設(shè)定的模型、公式、參數(shù)等諸多因素有關(guān)，而且這些因素又是相輔相成的。*礦

35、西部礦體礦坑正常涌水量可按33922m3/d考慮，突發(fā)災(zāi)害性涌水量可按5萬m3/d考慮。綜合上述，礦區(qū)南部、東部、北部三面被弱透水邊界環(huán)繞，可作為一相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。礦體頂板為巖含水層，巖溶裂隙、溶孔較發(fā)育，地下水動(dòng)靜儲(chǔ)量較充足，含水層富水性極強(qiáng)強(qiáng)，其補(bǔ)給性較好，地下水具有較高的水頭壓力，礦山排水疏干有產(chǎn)生大面積地面塌陷、沉降的可能，水文地質(zhì)邊界復(fù)雜，礦坑涌水量預(yù)測(cè)達(dá)到5萬米3/日，其礦區(qū)水文地質(zhì)條件為復(fù)雜類型。3西部礦體礦床頂板圍巖水文、工程地質(zhì)特征31西部礦體的圍巖情況西部礦體是指*礦西塊段的I-2號(hào)礦體，其分布在勘探線8#至10#之間，長(zhǎng)度約230m，走向?yàn)镹E400左右，垂向上分

36、布在-200m至-350m之間，垂高在100m以上，該礦體形狀為“胃狀”，中部水平最大厚度達(dá)100 多m，該礦體的周邊幾乎全部被巖含水層所包圍，只有少量部位與閃長(zhǎng)巖或矽卡巖相連，但上盤巖的厚度只有數(shù)米至20米左右，再外是規(guī)模大的閃長(zhǎng)巖隔水巖體，底板巖厚度在50m圍變化，巖溶裂隙普遍發(fā)育，在-305m水平采準(zhǔn)工程施工過程中應(yīng)預(yù)防底板突水的可能。32西部礦體采準(zhǔn)工程中的涌水情況現(xiàn)西部礦體的主體開拓工程從-205m水平至-305m水平已基本到位，并在-205m水平至-255m水平回采了幾個(gè)礦房，在西部礦體采準(zhǔn)工程中的涌水情況詳見下表3-1，概括起來礦坑涌水有以下特點(diǎn)：（1）上盤礦巖接觸帶涌水：3#穿

37、脈線的上盤礦巖接觸帶揭露后涌水最大達(dá)270m3/h，并伴隨泥石流涌出；-205m水平上盤11#、12#礦房冒落帶涌水達(dá)300 m3/h左右，以與-205m水平上盤14#礦房冒落帶瞬時(shí)涌水達(dá)80 m3/h左右；在采準(zhǔn)工程揭露上盤礦巖接觸帶附近時(shí)，基本上都能見到少量涌水或滲水，在接觸帶和巖中施工的巷道基本都是潮濕、滴水和涌水的狀態(tài)；在對(duì)上盤頂板巖含水層施工的探水注漿鉆孔情況來看，巖溶裂隙發(fā)育，含水豐富，鉆孔見水率高，單孔涌水量大（最大為100 m3/h）；從出水點(diǎn)分布情況來看，水點(diǎn)有成帶狀或線狀分布的特點(diǎn)；并且，由于圍巖的工程地質(zhì)條件較差，遇水有軟化膨脹的特點(diǎn)，出水點(diǎn)的水量常有突然變小或變大的現(xiàn)象

38、 。 （2）下盤礦巖接觸帶涌水：礦房下盤圍巖大多為巖，夾有少量閃長(zhǎng)巖或矽卡巖，在-205m至-255m分段水平的下盤運(yùn)輸巷都在巖，巷道大多是潮濕、滲水和涌水的狀態(tài)；在-255m水平下盤運(yùn)輸巷8#勘探線以東見有冒落涌水點(diǎn)，涌水量為270 m3/h左右；在-305m水平原下盤運(yùn)輸巷見有冒落涌水點(diǎn)，涌水量為270 m3/h，導(dǎo)致巷道改道掘進(jìn)；在-305m水平下盤運(yùn)輸巷、3#、4#和5#穿脈巷掘進(jìn)過程中，下盤礦巖接觸帶巖溶裂隙十分發(fā)育，含水豐富，鉆孔見水率高，單孔涌水量大（100 m3/h）；由于礦體底板是巖，在-305m水平下盤運(yùn)輸巷掘進(jìn)過程中底板涌水，涌水量為80 m3/h。（3）其它地段涌水：3

39、#人行設(shè)備斜井附近與-255水平的12112礦塊上盤礦房電耗道見溶洞，有少量滲水；礦房-243鑿巖巷道見三個(gè)較大溶洞，未見水；在主井附近閃長(zhǎng)巖多處見裂隙涌水，最大涌水量一般小于20m3/h。33礦體頂板圍巖構(gòu)造巖溶裂隙發(fā)育特征根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)勘探報(bào)告和現(xiàn)有的巷道鉆孔資料分析，礦床頂?shù)装鍘r含水層巖溶裂隙發(fā)育，含水豐富，是直接威脅礦床安全開采的充水巖層，其巖溶裂隙發(fā)育分布規(guī)律為：垂直方向在-200m和-300m二個(gè)水平較其它水平更發(fā)育，主要由于在-200m水平附近，巖水平厚度突然變薄，被閃長(zhǎng)巖和礦體侵入，而在-300m水平，礦體突然變薄，被巖和閃長(zhǎng)巖侵入，都是構(gòu)造多級(jí)活動(dòng)導(dǎo)致該接觸帶巖石破碎、裂隙

40、發(fā)育，形成一條富水性強(qiáng)、導(dǎo)水性好的地下水主逕流通道；在水平方向上，在礦體下盤礦巖接觸帶、礦床西南和西側(cè)，以與礦體上盤礦巖接觸帶，巖溶裂隙十分發(fā)育，富水性強(qiáng)，導(dǎo)水性好，礦坑絕大部分的涌水點(diǎn)都分布于此，是礦區(qū)地下水進(jìn)入礦坑的主要逕流通道，也是礦床防治水的重點(diǎn)地帶。特別是在-200m和-300m水平左右，是礦體的頂、底板，礦體頂、底板巖通常有閃長(zhǎng)玢巖、矽卡巖等穿插，巖脈附近的巖較破碎，巖脈本身具有松軟、易風(fēng)化、穩(wěn)固性差的工程地質(zhì)特征，易發(fā)生冒頂塌方，并伴隨泥石流和突大水的危險(xiǎn)。礦巖上下盤接觸帶是巖含水層中的地下水進(jìn)入礦床的主要逕流通道，礦巖上、下盤接觸帶的走向大致是近北北向或近東西方向。從巷道揭露和

41、探水鉆孔取芯的情況分析，礦體頂板巖含水層構(gòu)造裂隙的走向大致為北東300左右，傾角為700左右，傾向西北。在-255m水平至-205m水平下盤運(yùn)輸巷的西南端掌子面探水鉆孔注漿施工過程中情況表明，北向的巖溶構(gòu)造裂隙發(fā)育，含水十分豐富，水力聯(lián)系好。并且，從歷年的礦坑排水量與地表水位觀測(cè)孔動(dòng)態(tài)關(guān)系而繪制的降落漏斗曲線圖可知，在西部礦體形成了長(zhǎng)軸方向?yàn)楸睎|南西、短軸方向?yàn)楸蔽髂蠔|的疏干降落漏斗曲線圖，也進(jìn)一步說明了礦區(qū)外圍地下水進(jìn)入礦床的主要逕流方向是北東南西向，其構(gòu)造巖溶裂隙的走向也應(yīng)是以北東南西向?yàn)橹鳌?4頂板圍巖地下水分布規(guī)律礦體頂板地下水主要是沿構(gòu)造巖溶裂隙和接觸帶分布，根據(jù)大量的資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

42、分析，礦體頂板地下水有以下分布規(guī)律。 （1）地下水分布在礦體與閃長(zhǎng)巖、矽卡巖的接觸帶附近，一般來說，水量較小，水點(diǎn)較分散，但由于風(fēng)化的閃長(zhǎng)巖和矽卡巖有遇水軟化的特點(diǎn)，易發(fā)生冒落片幫的現(xiàn)象，應(yīng)與時(shí)進(jìn)行支護(hù)，對(duì)采準(zhǔn)工程威脅不大。（2）地下水分布在礦體與巖、閃長(zhǎng)巖或矽卡巖的接觸帶附近，開始時(shí)，水量較小，隨著地下水的沖刷和閃長(zhǎng)巖或矽卡巖的軟化膨脹，巖含水層中的巖溶裂隙水直接進(jìn)入礦坑，導(dǎo)致涌水量突增，并伴隨著泥石流，如-205m水平上盤11#、12#礦房冒落帶涌水（300 m3/h）涌泥，-255m水平3#穿脈巷涌水（300 m3/h）涌泥，-305m水平原下盤運(yùn)輸巷涌水（200 m3/h）涌泥，都是這

43、種情況。其造成后果較為嚴(yán)重，對(duì)礦山的正常安全生產(chǎn)有很大的影響，現(xiàn)在礦坑大的出水點(diǎn)都是如此。（3）地下水分布在礦體與巖的接觸帶附近，是外圍地下水通過巖含水層中的構(gòu)造巖溶裂隙進(jìn)入礦坑中主要逕流通道，含水豐富，靜動(dòng)儲(chǔ)量較大，水壓較高，涌水量大，如各個(gè)分段水平的下盤運(yùn)輸巷的西南端探水鉆孔涌水（目前單孔最大涌水量為100 m3/h），-305m水平下盤礦巖接觸帶超前探水鉆孔涌水，以與-205m水平11#、12#礦房頂板巖中探水注漿鉆孔涌水，其造成的后果最為嚴(yán)重，對(duì)礦山安全生產(chǎn)最為不利，甚至產(chǎn)生突水淹井的可能，是防治水工程的重中之重。35水力聯(lián)系通過在-205m水平11#、12#礦房冒落帶各個(gè)出水鉆孔（點(diǎn)

44、）的關(guān)（放）水試驗(yàn)，和在-205m水平至-255m水平下盤運(yùn)輸巷的西南端探水鉆孔的群孔關(guān)（放）水試驗(yàn)，以與在-305m水平下盤運(yùn)輸巷掘進(jìn)過程中涌水等試驗(yàn)資料分析，礦床的各含水帶有以下的水力聯(lián)系特征。（1）礦體上盤接觸帶含水帶與礦體頂板巖含水層的地下水水力聯(lián)系較為密切，但由于閃長(zhǎng)巖、矽卡巖具有隔水作用，只要確保其穩(wěn)定或與時(shí)支護(hù)，巖中的地下水是不易進(jìn)入礦坑的。-205m水平12#、14#礦房冒落涌水涌泥和-255m水平3#穿脈巷冒落涌水涌泥都是人為破壞其穩(wěn)定性，導(dǎo)致巖中的巖溶裂隙水進(jìn)入礦坑的。（2）各水平分段下盤運(yùn)輸巷的西南端巖含水帶與礦體上盤接觸含水帶的地下水水力聯(lián)系不明顯。在-205m水平至-

45、255m水平下盤運(yùn)輸巷的西南端探水鉆孔的群孔關(guān)（放）水試驗(yàn)過程中，冒落帶與探水鉆孔的涌水未見變小，但個(gè)別鉆孔的水變混，這一點(diǎn)還需進(jìn)一步證實(shí)。（3）各水平分段下盤運(yùn)輸巷的西南端巖含水帶與礦體下盤接觸含水帶的地下水水力聯(lián)系較為密切，通過對(duì)其探水鉆孔注漿堵水，下盤運(yùn)輸巷的一些出水小裂隙大都被封堵。(4)礦體頂板巖含水層與各水平分段下盤運(yùn)輸巷的西南端巖含水帶的地下水水力聯(lián)系情況不清楚，從-205m水平各出水孔（點(diǎn)）情況分析，北東南西方向的構(gòu)造巖溶裂隙較發(fā)育，含水豐富，而這兩含水帶實(shí)際上是同一含水層，只是在局部水力聯(lián)系不是很順暢。隨著防治水工程的開展，定能發(fā)現(xiàn)其水力聯(lián)系程度。總體來說，西部礦體礦坑各出水

46、點(diǎn)的來源是頂板巖含水層中的巖溶裂隙水，主要構(gòu)造導(dǎo)水裂隙的走向是北東南西向，各出水孔（點(diǎn)）都與之有關(guān)，有著或多或少的水力聯(lián)系。36頂板圍巖富水性分區(qū)從井下各出水點(diǎn)和已施工的探水注漿鉆孔的情況分析可知：西部礦體礦床按涌水量大小可劃為三個(gè)區(qū)。（1）強(qiáng)富水區(qū)（單孔涌水量50 m3/h以上）主要有三塊地段：一是-205m水平上盤接觸帶附近，二是-305m水平下盤接觸帶附近，三是各分段水平的西南端。（2）次富水區(qū)（單孔涌水量2050 m3/h）主要有各個(gè)分段水平的上、下盤接觸帶，各分段水平的西側(cè)和各分段水平的南側(cè)。（3）弱含水區(qū)（單孔涌水量20 m3/h以下）其它地段為弱含水區(qū)。37頂板圍巖工程地質(zhì)特征（

47、1）閃長(zhǎng)巖()閃長(zhǎng)巖是礦區(qū)巖漿巖之一。產(chǎn)狀向北、西、南方向傾斜。閃長(zhǎng)巖、矽卡巖化閃長(zhǎng)巖、蝕變閃長(zhǎng)巖未受風(fēng)化的閃長(zhǎng)巖屬較堅(jiān)硬類巖石，抗壓強(qiáng)度R=60.753109.43Mpa，裂隙少發(fā)育, 巖體堅(jiān)固性完整性較好,巷道不需支護(hù)施工，建成的巷道穩(wěn)定性較好，尚未出現(xiàn)帽頂跨幫現(xiàn)象，輝石閃長(zhǎng)巖與含黑云輝長(zhǎng)巖等脈巖，分布有限，對(duì)巷道的穩(wěn)定性影響程度小。高嶺土化蝕變較強(qiáng)的閃長(zhǎng)巖巖，巖體破碎，巖石松軟呈土狀，工程強(qiáng)度極低，主要分布于礦體頂板，厚度不穩(wěn)定，無規(guī)律性，該類巖石構(gòu)成的礦體頂板穩(wěn)定差，易生井巷冒頂事故。（2）矽卡巖帶矽卡巖往往與巖接觸，形成矽卡巖帶，該帶厚度與產(chǎn)狀極不穩(wěn)定，矽卡巖帶羽狀節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石

48、較礦碎，巖石松軟。巖石工程強(qiáng)度低，在該類巖石中掘進(jìn)或采礦應(yīng)采取支護(hù)開采或采取防措施。（3）巖巖是礦體主要圍巖之一，R=44.45133.9Mpa，該巖石工程強(qiáng)度較高，井巷壁穩(wěn)定。礦巖接觸帶大多為風(fēng)化的閃長(zhǎng)巖和矽卡巖，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，且有遇水軟化膨脹的特點(diǎn)，總體來看，礦體頂板圍巖的工程地質(zhì)條件差。4頂板帷幕注漿方案的確定41礦區(qū)帷幕注漿堵水國(guó)外現(xiàn)狀 我國(guó)幅員遼闊，灰?guī)r分布廣，巖溶礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜，單純采用疏干降壓方法，不僅排水費(fèi)用高，而且易引發(fā)地面塌陷、地下水資源枯竭等嚴(yán)重環(huán)境問題，如水口山鉛鋅礦、凡口礦、泗頂鉛鋅鐵礦等，為此，我國(guó)礦山防治水工作者借鑒水電大壩灌漿經(jīng)驗(yàn)開發(fā)出礦區(qū)注漿帷幕堵水

49、技術(shù)。經(jīng)過近40年實(shí)踐、發(fā)展，我國(guó)礦區(qū)帷幕注漿堵水技術(shù)已步入實(shí)用階段，日臻成熟。目前我國(guó)對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害已引起高度重視，可以說，帷幕注漿堵水技術(shù)必將成為大水礦山防治水的首選技術(shù)。 國(guó)外的礦區(qū)注漿帷幕多為第四系表土層中的淺截帷幕，且大部分是用鉆銑法或鏟挖法施工的地下防滲墻，與我國(guó)的深大帷幕比較，自不可同日而語?？梢哉f，從礦區(qū)帷幕的應(yīng)用圍、帷幕規(guī)模，以與所獲得的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益等方面來衡量，我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的礦區(qū)帷幕注漿堵水技術(shù)均處于世界領(lǐng)先水平。 目前礦區(qū)地面注漿帷幕國(guó)外已有近20個(gè)工程實(shí)例，而井下頂板注漿帷幕則罕見報(bào)道，兩者在堵水率與安全性方面，均有明顯區(qū)別，前者距采區(qū)有一定距離，不受采礦工程所影響，

50、要求有一定的堵水率即可，而且幕有完善的排水系統(tǒng)，不存在突水淹井的威脅；而后者緊貼礦體，要求堵水率高達(dá)90%以上，并且不被采礦活動(dòng)（爆破、沉降等）所破壞，同時(shí)確保不發(fā)生突水淹井事故，因此其技術(shù)難度可想而知。 井下頂板帷幕注漿作為大水礦山防治水的一種新技術(shù)，在我國(guó)已開始進(jìn)行試驗(yàn)研究，采用該技術(shù)有一定的適用條件，主要有：礦體相對(duì)集中、頂（底）板為富水層，涌水量較大，如采取疏干方法易引起地面塌陷、地下水資源枯竭等環(huán)保問題，甚至使礦山因排水負(fù)擔(dān)過重而難以為繼。*業(yè)莊鐵礦是采用井下帷幕注漿的第一個(gè)礦山，井下帷幕注漿工程已基本完工，其堵水率高達(dá)100%，堵水效果十分好，現(xiàn)正在回采護(hù)頂?shù)V柱，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效

51、益。42頂板帷幕注漿的必要性與可能性 *鐵礦為大水巖溶礦床，日最大涌水量達(dá)5萬方，是2003年正式試投產(chǎn)的中型礦山。這幾年礦山主要是采用以疏干排水為主、局部注漿為輔的防治水方法。經(jīng)過近四年的排水，礦區(qū)的地下水位變化幅度較小，特別是近兩年正常排水（排水量為2萬m3/d）后，水文觀測(cè)孔的水位卻沒有變化，礦坑的排水基本上等于其動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量，靜儲(chǔ)量沒有消耗。如果要把地下水降到安全采礦的要求，必順加大排水能力，其結(jié)果必然使礦區(qū)地下水位下降，形成圍較大的降落漏斗。因此采取疏干排水為主的防治水方案，必將破壞礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境，消耗地下水資源，引發(fā)工農(nóng)矛盾并大幅增加礦山排水負(fù)擔(dān)，致使礦床無法開采。如采取地面帷幕注漿防

52、治水方案，由于巖含水層埋藏較深，礦床進(jìn)水通道多而寬闊，其結(jié)果勢(shì)必導(dǎo)致工程投資高昂，且堵水效果不好，從而無法保證采礦安全生產(chǎn)，并存在突水隱患。因此，研究既能保護(hù)礦區(qū)地下水資源，又能保證安全高效開采礦床的防治水方案已勢(shì)在必行。要滿足上述目的，只有在礦體頂板形成一定厚度的連續(xù)人工隔水層，這樣井下頂板帷幕注漿將是*鐵礦必然的選擇。43礦山具備頂板帷幕注漿的條件*鐵礦雖然是投產(chǎn)不久的新建礦山，但進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘探，有比較豐富的地質(zhì)資料，對(duì)分析研究礦區(qū)礦床水文、工程地質(zhì)條件，制定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的防治水方案有很大的幫助。西部礦體相對(duì)集中，頂板巖含水層為礦床充水巖層，巖溶發(fā)育分布有一定的規(guī)律，其富水區(qū)主

53、要分布在礦床的西部和礦巖上下盤接觸帶，地下水水力聯(lián)系較密切，為實(shí)施井下帷幕注漿，保證其堵水效果，已具備了井下帷幕注漿的技術(shù)要求；同時(shí)，在西部礦體各分段水平已實(shí)施了大部分的運(yùn)輸大巷和穿脈巷道，為布置探水注漿鉆孔和加密注漿鉆孔的實(shí)施具備了條件。目前，礦山已制定了詳細(xì)的防突水預(yù)案，具備了日排水量5萬多m3的能力，為確保礦山安全開采，提供了強(qiáng)有力的保障；并且在與地下水害的斗爭(zhēng)中，培養(yǎng)了一支設(shè)備配置較好、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較豐富、能解決實(shí)際問題的防治水隊(duì)伍，為掌握更先進(jìn)的治理方法奠定了基礎(chǔ)。44頂板帷幕注漿技術(shù)路線 本項(xiàng)防治水科研工作的主要任務(wù)是如何在井下建造高堵水率的頂板注漿帷幕，且在其保護(hù)下安全高效地將礦體解

54、放出來。為達(dá)到堵水率高且安全可靠的目的，首先應(yīng)分析前期勘探鉆孔的水文工程地質(zhì)資料與巷道鉆孔揭露的情況，并進(jìn)行必要的探水注漿鉆孔工作，從宏觀上掌握礦體頂板的水文地質(zhì)特征，然后分析對(duì)比后確定適宜的頂板帷幕注漿方案。頂板注漿帷幕阻水能力介于地面注漿帷幕與大壩注漿帷幕之間，應(yīng)采用雙排孔布置或縮小孔距的加密注漿方式，根據(jù)*鐵礦實(shí)際情況，可采用縮小孔距、縱橫交錯(cuò)布孔的加密注漿方式，鉆孔綜合控制網(wǎng)度大致在5m×6m左右，可滿足帷幕堵水率要求。因此為了在礦體頂板形成由縱橫交錯(cuò)鉆孔控制的加密注漿網(wǎng)絡(luò)，頂板帷幕注漿應(yīng)分兩階段實(shí)施，即前期工程、后期工程。 （1）前期工程：首先繼續(xù)保持對(duì)地表水文觀測(cè)孔按原來

55、的密度進(jìn)行水位觀測(cè)，并在適當(dāng)位置增加12個(gè)水位觀測(cè)孔，逐漸完善礦區(qū)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)。同時(shí)制定安全技術(shù)措施和相關(guān)的技術(shù)規(guī)程，確保井下有足夠的排水能力，保證井下應(yīng)急疏散系統(tǒng)的正常使用。結(jié)合礦山的現(xiàn)狀，對(duì)西部礦體-255m水平以下的開拓工程采用超前探水注漿方法，查明礦巖的邊界、巖巖溶裂隙發(fā)育與富水性等情況，并確保巷道掘進(jìn)過程中的安全。同時(shí)在西部礦床的西部、南部與頂部實(shí)施礦體的近水平法向探水注漿孔（網(wǎng)度為10m*12m），開展井下頂板群孔關(guān)（放）水試驗(yàn)與注漿工作，有條件時(shí)進(jìn)行井下群孔注漿，充分弄清礦體頂板水文、工程地質(zhì)特征，達(dá)到基本封堵地下水主逕流通道的目的，為后期工程打好基礎(chǔ)。 （2）后期工程：前期

56、工程完成后，根據(jù)水平探水注漿鉆孔揭露的資料和研究分析，在巖巖溶較發(fā)育的地段、地下水相對(duì)豐富的區(qū)段、地下水進(jìn)入礦坑的主逕流帶以與一些可能存在的含水盲區(qū)進(jìn)行加密探水注漿工程，其鉆孔方向與前期的水平探水注漿鉆孔的方向在空間上大致垂直，主要是封堵平行于穿脈水平探水鉆孔方向的導(dǎo)水裂隙，最終在礦體頂板形成有一定厚度的人工注漿蓋層（井下防滲帷幕）。帷幕形成后，對(duì)其堵水效果進(jìn)行檢測(cè)，如達(dá)到安全采礦要求，即可進(jìn)行對(duì)礦房的開采，在采準(zhǔn)與崩礦過程中，如出現(xiàn)涌水，仍應(yīng)采用直接堵漏法進(jìn)行封堵，以確保帷幕長(zhǎng)期安全使用。 頂板帷幕注漿作為大水礦山防治水的一種新技術(shù)，應(yīng)解決如下關(guān)鍵技術(shù)：·頂板（注漿蓋層）突水機(jī)理&

57、#183;注漿帷幕厚度的確定·頂板群孔關(guān)（放）水試驗(yàn)·頂板群孔注漿技術(shù)·頂板加密注漿技術(shù)·注漿帷幕效果檢測(cè)45頂板帷幕注漿方案的確定*鐵礦是巖溶大水礦山，原來采用以疏干排水為主、局部堵水的防治水方法。要把礦區(qū)地下水位疏干到安全采礦的水平，在現(xiàn)有的條件下是無法實(shí)現(xiàn)的；同時(shí)，在局部地段采用探水鉆孔注漿方法，雖然能暫時(shí)解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的涌水問題，但沒有把地下水趕到安全采礦的圍之外，如-205m水平12#、14#號(hào)礦房出現(xiàn)頂板冒落涌水，就是這個(gè)原因。從*礦多次與科研院校合作研究的項(xiàng)目來看，其重點(diǎn)主要是針對(duì)礦區(qū)的水文地質(zhì)條件的研究，對(duì)礦床水文、工程地質(zhì)特征的研究

58、很少。礦床頂板帷幕注漿是以堵水為主，排水為輔的防治水方法，其研究的重點(diǎn)是頂板巖含水層構(gòu)造巖溶裂隙發(fā)育分布規(guī)律、地下水運(yùn)動(dòng)分布規(guī)律、水力聯(lián)系、富水性、地下水主要逕流通道等水文、工程地質(zhì)特征；通過布置設(shè)計(jì)穿脈水平探水鉆孔注漿工程和頂板加密注漿工程，揭露查清其水文地質(zhì)特征，并進(jìn)行縱橫交錯(cuò)的鉆孔注漿，最終在礦床頂板形成一定厚度的注漿蓋層（井下注漿帷幕），為礦山的安全高效開采提供技術(shù)保障。4.5.1穿脈水平探水鉆孔注漿工程穿脈水平探水鉆孔注漿工程是礦床井下圍巖帷幕注漿的前期工程。在認(rèn)識(shí)、分析、研究現(xiàn)有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)*礦的采礦生產(chǎn)現(xiàn)狀與防治水工程實(shí)施的情況，按照一定的網(wǎng)度設(shè)計(jì)布置沿穿脈巷道方向的水平探水注漿鉆孔，其目的作用主要是：（1）通過鉆孔揭露的地質(zhì)情況，確定各個(gè)水平分段礦體、礦巖的地質(zhì)邊界；（2）基本查清巖含水層的巖溶裂隙發(fā)育情況，構(gòu)造裂隙的產(chǎn)狀、規(guī)模、性質(zhì)等，以與地下水賦存程度