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1、. . .1. 绪 论X铁矿集团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，致使矿坑存在巨大突水隐患，排水成本成倍增加，矿山开采越来越困难。为了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，拟开展矿区水害的综合治理研究工作。（1）项目名称：X铁矿集团吴庄铁矿水文地质灾害综合治理与地下水资源保护可行性研究（2）研究治理范围： （3）项目类型：技改续作项目（4）起止时间： （5）承担单位： （6）法定代表人： （7）通讯地址： 1.1目的任务及工作范围1.1.1目的任务本次工作的目的是：进一步查明吴庄铁矿矿区水文地质条件，分析论证矿床充水因素及矿坑水害治理的可行性
2、，圈定导水断层构造及地下水径流带位置，拟定初步的堵治水方案，为矿区水文地质灾害综合治理与地下水资源保护提供科学依据。主要任务为：（1）进一步查明矿区水文地质条件及矿床充水含水层中地下水的赋存、补给及运移特征； （2）查明矿坑突水来源及其导入通道，分析突水机理、论证矿坑水害治理的可行性； （3）拟定初步的堵治水方案，提出地下水资源保护措施。1.1.2 研究工作区范围 矿区水害治理可行性研究范围，西起F20断层，东至ZK29号孔西侧，北以苏庄为界，南至ZK39孔北，面积约4.80km2。1.2 地质与水文地质工作研究程度自上世纪五十年代以来，地质、煤炭、冶金、电力等部门为了不同的工作目的，先后在该
3、区域开展过多次地质、水文地质及矿产地质勘查研究工作，20062008年我矿又在矿区西部开展了部分导水断层的封堵试验工作，为本次可行性研究提供了较为充分的资料依据。以往开展的主要地质工作分述如下。1.2.1 地质工作1.2.1.1区域地质调查上世纪六十年代初期，江苏省地质局区调队和第五地质大队先后在该区开展了1：20万和1：5万的区域地质测量工作，其中江苏省地质局第五地质大队在1978年提交了1：5万贾汪幅区域地质调查报告。该报告对区域地层、地质构造及矿产资源分布等方面进行了较为详细的论述，成为该区早期最为系统的地质资料。1.2.1.2 矿产普查与勘探上世纪七十年代，江苏省地质局第五地质大队先后
4、在该区开展了吴庄铁矿矿区地质勘探及吴庄铁矿义和庄矿体详查工作，于1975年11月和1978年6月分别提交了江苏省利国吴庄铁矿地质勘探报告和江苏省利国吴庄铁矿义和庄矿体详查地质报告。上述报告对矿区地层岩性及地质构造均进行了较详细叙述，对矿区水文地质条件进行了较深入分析，论述了矿区含水层裂隙岩溶发育规律、构造含水带的富水性特征以及矿床充水因素和地下水的补给、径流、排泄条件，采用多种方法预测了矿坑的涌水量。1.2.2 水文地质工作1.2.2.1 厂、矿供水上世纪五十年代，为解决微山县韩庄电厂供水问题，西安电力设计院在该区进行了供水水文地质普查工作，并在矿区西部施工了2眼水文地质勘探钻孔和6眼供水井，
5、建成了电厂供水水源地，自水源地开采以来积累了详细的开采量系列资料。1.2.2.2 水文地质19791980年，X利国铁矿勘探队开展了吴庄矿区副井工程地质水文地质勘察，布置了部分物探工作，施工了5个水文地质勘探钻孔，进行了钻孔分层抽水试验及地下水流速、流向的测定；查明了副井区段的水文地质条件、预测了井筒浅部、深部含水段的涌水量；提交了X利国铁矿吴庄矿区副井工程地质水文地质勘察报告。19811983年，江苏省地质局第二水文地质工程地质大队开展了济徐淮（江苏省域）岩溶水文地质、工程地质调查评价工作，于1983年7月提交了济徐淮（江苏省域）岩溶水文地质、工程地质综合评价报告，该报告对区域水文地质、工程
6、地质条件进行了较为系统的评价和分析、论述。此外，1998年10月，江苏省地矿局、江苏省煤田地质公司、华东有色勘探公司合作编制完成的中国北方岩溶地下水资源及大水矿区岩溶水预测、利用与管理研究（江苏省X地区），也对矿区的水文地质条件和岩溶水资源状况进行了较全面的阐述。但从以往各项勘查、研究工作来看，区域水文地质工作仅是涉及矿区范围，基本未投入实际性的工作；矿区勘探则主要查明了矿体的分布状况，水文地质试验等工作方法明显不足；导致矿区水文地质条件、尤其是矿区地下水与区域地下水的水力联系未能详细查明。所以本次可行性研究将需要布置部分水文地质工作来解决这一问题，以进一步增加治理方案的科学性、合理性，取得更
7、好的防治效果。1.3 矿区及企业概况1.3.1 矿区地理位置吴庄铁矿为X铁矿集团有限公司的下属企业，位于江苏省X市铜山县利国镇境内，矿床采区位于利国镇吴庄村南部，北距山东省微山县韩庄镇5km，西临微山湖，面积约4.80km。矿区西部有京沪铁路和104国道通过，东侧有京福高速公路穿越，京杭大运河和韩庄运河分别从矿区南部和北部经过；水陆交通发达、交通条件十分便利。见图11。图11 吴庄矿区交通位置图1.3.2 矿区自然条件吴庄矿区处在微山湖东南部的湖积平原与剥蚀残丘的交接地带，地形开阔、起伏不大；区内除有少量人工开挖的沟渠外，无较大自然河流经过。矿区工农业较为发达。工业以铁、煤采选、冶炼及水泥建材
8、制品为主，农业以种植小麦、水稻、玉米为主。电力资源丰富，基础条件良好。1.3.3 企业概况X铁矿集团有限公司是以原利国铁矿为基础改制成立的国有中型矿山企业，隶属于X市国资委。 自1949年利国铁矿恢复建设以来至1998年停产时，累计生产铁矿石2000万t。2000年以后恢复生产，开始开采利国镇北矿区，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，又开始建设吴庄矿区，作为企业的接续矿区。截至2008年底，X铁矿集团已拥有固定资产原值8388.7万元，资产净值7342.7万元，在职职工2507人，其中吴庄铁矿职工800人。吴庄铁矿开采方式：采用井下巷道开拓、房柱法及全面留矿法采矿、竖
9、井提升矿石。1.3.4 矿山生产现状X铁矿集团有限公司为采选联合企业，坑内采出矿石运至选矿厂进行分选，设计采选原矿规模为50万t/a，主要开采高炉平炉富矿。1976年建设了选矿厂二期工程：细破碎、磨矿、浮选、磁选、精矿脱水等项目，年处理原矿36.64万t，处理露天采场的贫铁矿石。1998年因西马坑露天采场出现渗水，不能维持正常生产，采场被迫关闭，选厂也相继停产。2000年新建了镇北矿区坑下采场，采矿能力为30万t/a。目前选矿厂矿石主要由镇北矿区供应。随着镇北矿区储量逐渐减少，X铁矿集团开始建设吴庄矿区，作为镇北矿区的接续矿山，设计原矿开采能力50万t/a，矿石送往现有选矿厂分选；现有选矿厂经
10、过扩产改造后原矿处理能力扩大到60万t/a，同时加工处理镇北和吴庄两个矿区的矿石。2008年处理镇北矿区矿石26万t，原生磁铁矿与赤褐菱铁矿比为9：1，处理吴庄矿区矿石约20万t；产铁精矿镇北矿区14.42万t（TFe65%），吴庄矿区11.475万吨t（TFe65.59%）；实现销售收入31508.50万元，利税10050万元。1.4 资源技改条件吴庄铁矿属于接触交代型的中型富铁矿床，矿石产于侵入岩体与围岩接触带及层间破碎带复合构造中，类型为含铜钴硫化矿的铁矿石，在回收铁的同时，还可综合回收铜钴等其它金属。根据江苏省地质局第五地质队1975年11月提交的江苏省利国吴庄铁矿地质勘探报告，矿床地
11、质储量C1+C2级1524.15万t，平均品位49.56%；主要由、号四个矿体组成。矿石开采方式为地下开采，竖井提升。现已完成矿井的基建工作，总投资1.2亿元。目前影响矿区开采的环境因素主要是矿坑突水。由于围岩裂隙岩溶发育，富水性强，并且分布多条导水断层，导致开采过程中巷道内涌水量不断增大，排水成本成倍增加，并随时威胁着井下设备正常运行和矿工的生命安全。在进一步查明矿床充水因素及突水来源、导水通道的基础上，制定技术可行、经济合理的综合治理方案，通过帷幕注浆堵截地下水径流，减少向矿坑中的流入，降低排水成本，保障井下生产安全。并同时解放出部分防水矿柱资源量，提高矿石回采率，使有限的铁矿资源得到充分
12、的开发利用。1.5 可行性研究依据本次可行性研究的主要依据有：（1）江苏省地质局第五地质大队1975年11月提交的江苏省利国吴庄铁矿地质勘探报告；（2）山东省鲁南地质工程勘察院2006年9月提交的江苏省X市铁矿集团吴庄铁矿水文地质物探成果总结报告；（3）山东省鲁南地质工程勘察院2006年9月提交的江苏省X市铁矿集团吴庄铁矿矿区水文地质调查报告；（4）X铁矿集团有限公司吴庄铁矿井下巷道开采、排水生产记录等资料。1.6 项目实施的必要性X铁矿集团吴庄铁矿目前采用井下巷道方式开采，由于矿体围岩裂隙岩溶发育、富水性强，并且分布多条导水性的断层，致使在开采过程中，巷道中地下水涌入量不断增大，并多次出现突
13、水灾害。其中在标高-430m中段主溜井巷道左帮出现的突水点突水量780m3/h，在标高-380m水平东二巷岩溶水顺灰岩层间裂隙突入水量80m3/h，在标高-380m号矿体中施工外环水平探水孔时遇到溶洞发生突水，涌水量200300 m3/h。 矿坑突水不但造成了矿层开采困难、排水成本成倍增加，而且也存在着巨大的安全隐患，大量的地下水白白排入河道，也是一种资源浪费。开展矿区水文地质灾害综合治理与地下水资源保护可行性研究工作，进一步查明矿区断层构造的控水特征及矿床充水来源，制定合理的封堵水方案，通过工程措施减轻或消除安全隐患，对于最大限度地开发利用地下铁矿资源、保障矿区采掘工人的生命安全、实现企业可
14、持续发展及有效保护地下水资源，均具有非常重要的社会、经济、安全、资源及环境效益。2. 矿区地质及水文地质条件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3842m，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；
15、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3133m，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。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
