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1、 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第II页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 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第V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
2、。目前，主要有两个地下开采矿井，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
3、进入矿坑的地下水径流；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17页 目 录摘 要I目 录II一 绪 论11.1 本论文的背景和意义1二 概 况22.1 自然地理概况22.1.1 地形地貌特征22.1.2 气候22.1.3 水文22.2 矿区地质概况32.2.1 地层32.2.2 岩浆岩及围岩蚀变42.2.3 矿区地质构造42.3 矿区水文地质条件52.3.1 矿区地下水类型及其赋存特征52.3.2 岩溶水径流带分布及发育规律72.3.3 地下水的补给、径流与排泄条件8三
4、 矿床水文地质条件103.1 含水层103.1.1 奥陶系碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层103.1.2 石炭系太原组碳酸盐岩夹碎屑岩类岩溶裂隙含水层133.2 隔水层133.2.1 石炭系本溪组133.2.2 二叠系133.2.3 铁矿层143.2.4 岩浆岩143.2.5 第四系14四 结 论154.1水患治理的主要措施：154.1.1 水患治理的主要技术方法154.1.2 水患治理的工程布置164.2预防突水的主要措施17参考文献19致 谢20一 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
5、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，
6、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。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
7、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。
8、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
9、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，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
10、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二叠系上统250P2s石盒子组杂色粘土岩、页岩为主，间夹砂页岩下统108P1s山西组页岩及砂岩互层石炭系上统175C3t太原组灰岩，碳质页岩，砂岩互层中统2040C2b本溪组灰岩，铁质页岩及铝土页岩奥陶系中统7097O2c晁所组白云岩及钙质白云岩200O2m马家沟组豹皮灰岩及白云质灰岩下统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714O1j贾汪组泥质白云岩、泥质灰岩，钙质白云岩寒武系上统1702253f凤山组豹皮灰岩
11、、白云岩603c长山组薄层灰岩与竹叶状灰岩互层603g崮山组薄层灰岩夹鲕状灰岩中统2103z张夏组灰岩、鲕状灰岩矿区地层总体走向近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
12、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NENNE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
13、早于后者），其次为NNE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向的张扭性正断层，使地层形成阶梯
14、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）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
