吴庄铁矿水害治理可研究报告

吴庄铁矿水害治理可研究报告内容摘要：

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。 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 18 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 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。 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，从西往东越过 F20 号 断层 对矿区地下水产生补给。 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，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。 19 地下水化学特征 矿区 地下水水质良好，无色、无嗅、无味、透明 ，水温 16—17℃。 矿化度 － ， 总硬度 382mg/L， pH 值 ， 水化学类型为HCO3—Ca 或 HCO3—CaMg 型。 与矿区勘探期间的水质分析成果相比，除总硬度和矿化度两项化学组分的含量略有升高外，其它化学组分 含量基本稳定，多年变化不大。 20 3. 矿床水文地质条件 含水层与隔水层 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。 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。 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。 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见表 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 21 表 3— 1 奥陶系灰岩裂隙 岩溶 发育 状况 统计表 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～ （ ZK83 孔），平均厚度 ， 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 14 个钻孔，有 12 个钻孔发 现 漏水，钻孔单位涌水量 ～ (sm)，渗透系数 ～；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 ～ L/(sm)，渗透系数 ～。 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 水 的 补给。 （ 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 ～， 一般 多 在标高 20m 以下 ， 厚度 ～ ， 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 试项 含 水 带 目 名 称 控制钻孔（个） 钻孔分带 统计 钻孔遇裂隙溶洞最大高度（ m） 钻孔遇裂隙溶洞最低标高（ m） 钻孔 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） 遇裂隙溶洞能见率（ %） 岩溶率（ %） 浅部带 35 35 11 深部 带 F3 断层带 17 13 5 北东向破 碎带 5 5 3 F1 断层带 30 24 5 北西向构 造带 2 2 1 深 部完整 灰岩带 93 少数 4 22 验 资料 ，钻孔单位涌水量 ～ L/(sm)，渗透系数 ～。 （ 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 70176。 ，宽度 ～ ，呈楔形 在 深部尖灭 于 火成岩和矿体之上，平面投影宽度 105～ 250m， 埋 深在 400 米以上 ； 钻孔单位涌水量 ～ (sm)，渗透系数～。 地下水 为承压水，水 头 高度 20～ 80m， 矿化度 ～，水温 ～ ℃ ， 水化学类型为 HCO3—Ca 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 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 75176。 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 ～ 487m，上部与浅部含水带相通，含水 较 丰富，钻孔单位涌水量 (sm)，渗透系数， 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 80176。 左右，西段 60176。 左右， 带 宽 10～ 40m，埋藏标高 ～ 500m，东端 23 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 84～ 244m。 地下水主要赋存在标高 ～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 ～ (sm)，渗透系数 ～。 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 ～ ，水温17～ ℃ ， 水化学类型为 HCO3—Ca 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。 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 2～ 3m，比 F1 含水带 、 北西向含水带地下水位低 1～2m。 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。 （ 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 75176。 左右，宽度 9～ 23m，长 24 800m， 水平投影宽度 ～ ，埋藏标高 ～ ，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 ～(sm)，渗透系数 ～。 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 、 、 ，说明该带内部地下水的连通性较好。 带内 地下水 矿化度 ，水温 ～ ℃ ， 水化学类型为 HCO3—Ca或 HCO3—Ca、 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。 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 左右 ； 其中灰岩是最 主要的含水岩层 ， 在 浅部 20～ 50m 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 ZK72 孔水位分别下降了 和 ，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。