吉峰東溝電石灰巖礦山露天開采技術條件淺析

孫澤晨

（中國建筑材料工業地質勘查中心內蒙古總隊，內蒙古 呼和浩特 010010）

【采選技術】

吉峰東溝電石灰巖礦山露天開采技術條件淺析

孫澤晨

（中國建筑材料工業地質勘查中心內蒙古總隊，內蒙古 呼和浩特 010010）

本文淺析鄂倫春自治旗吉峰東溝電石灰巖礦山水文地質、工程地質、環境地質特征，以及礦坑的涌水量計算；礦層頂、底板及礦體的巖體穩定性分析；開采時存在的環境地質問題等，定量評價該礦區的開采技術條件。

涌水量；RQD值；邊坡角；防治措施；電石灰巖

1 礦區水文地質

1.1 地形地貌

礦區位于大興安嶺東坡，屬中低山區，海拔標高635～800m，相對高差165m左右。區內地形起伏較大，切割強烈，地形總體趨勢北西高，南東低，南東坡腳與吉文河一支流東溝河河谷相連。地形坡度一般在20～30°之間，局部可達60°左右。四周地勢較為平坦部位溝谷流水作用強烈，沉積沖洪積砂礫石層，為侵蝕堆積地形。礦區所處位置為國家天然林區重點保護區，附近無其他污染源，植被茂盛，環境優美。

1.2 水文氣象

該區植物茂盛，地表水系發育，區內有一條河流為吉文河，吉文河水源由地勢較高的地下潛水流出地表匯聚而成，自西向東流入海拉爾河。工作區屬于大陸性季風氣候，年最高氣溫35℃，最低氣溫-38℃。多年平均降水量499mm，多年平均蒸發量1 032mm，蒸發量為降雨量的2.1倍。

1.3 水文地質單元

礦區所處水文地質單元為地下水徑流、排泄區。在侵蝕基準面以上的巖溶、裂隙大多為透水不含水巖層，而在侵蝕基準面以上60m及侵蝕基準面以下，均富存有豐富的地下水，水質良好，水化學類型為HCO3-Ca·Mg型水，礦化度M≤lg/L。

1.4 地下水補給、徑流、排泄條件

松散巖層孔隙水主要接受大氣降水補給，基巖裂隙水以地下水徑流側向補給為主。由于基巖山區地形起伏變化大，致使基巖風化帶裂隙潛水補、徑、排等與地形有密切關系，它們沒有統一的徑流系統，一般從補給區到排泄區歷程較長，多以地下徑流形式流出山區，補給相鄰的含水層。

河谷平原及沖積平原地帶，除接受大氣降水直接補給外，還接受基巖風化裂隙水的補給，河流及其支流為地下水的排泄通道，其徑流、排泄條件良好。

地下水的排泄方式除向地表水轉化外，第四系松散巖層孔隙水通過植物蒸騰作用也是重要的排泄方式。

1.5 地表水與地下水的關系

吉文河位于礦區北側，水位標高在586.80m，最高洪水位2.30m。河兩側的砂礫石潛水含水層主要靠吉文河側向徑流補給，巖溶、裂隙水主要接受大氣降水補給，其次由于基巖山區地形起伏變化大，地質構造復雜，地表水沿破碎帶補給地下水，在溝谷地帶地下水又以泉水形式排出地表，形成一個較完整的徑流系統。一般從補給區到排泄區歷程較短。礦區水文地質特征見下頁圖。

1.6 礦坑涌水量估算

礦山開采過程中采用自然排泄及抽水的方式排出礦坑內的積水，該積水主要源于大氣降水直接入滲與含水層的側向補給。根據當地近幾年降雨資料統計結果，歷年日平均降雨量4.99mm，則礦區內降雨總量Q雨=4.78×103m3/d。

潛水含水層的側向補給用“大井法”計算，公式如下：

式中：Q涌——潛水含水層的涌水量(m3/d)； rw——礦坑系統引用半徑(m)，rw=0.564

SW——水位降深(m)；

礦區水文地質簡圖

K ——滲透系數(m/d)；

H ——潛水位到礦坑最低開采標高的距離(m)。

各參數取值見表1。

表1 參數取值

由上式計算可得：

Q涌=3.79×103m3/d；

Q總=Q雨+Q涌=8.57×103m3/d。

1.7 礦區供水水源

礦區北側吉文河兩岸發育有一、二級階地，巖性為砂土、砂礫石層等，下部有弱透水層阻隔，構成了良好的貯水空間，接受大氣降水及側向基巖裂隙水的徑流補給，水量較豐富。是區內較理想的供水水源，通過初步勘察，可滿足礦山用水需要。

1.8 水文地質勘探類型劃分

礦區內含水層充水介質以巖溶、裂隙為主，富水性較強。水文地質勘探類型屬于以層狀巖類為主、含水層為巖溶、裂隙充水、水文地質條件中等的礦床，即第二類。

2 工程地質

2.1 巖(土)體質量評價

(1) 松散腐殖土及殘破積物：覆蓋于礦體之上，厚度0～4m。RQD值0～23%，巖體質量極劣。巖體質量系數(Z )為0～0.07，碎裂結構，巖體極壞。巖體質量指標(M)為0～0.03，巖體類型Ⅴ，質量壞。根據以上三種方法得出該層巖體質量極劣，是露天開采的主要剝離物，孔隙和垂直節理發育，遇水極易變形或坍塌，巖芯松散。

(2) 結晶灰巖：變晶結構，中厚層塊狀構造。是本次勘查的目的層，平均RQD值81.91%，巖體質量好。巖石抗壓強度84.807MPa、抗拉強度4.38MPa、內摩擦系數1.68、凝聚力0.96MPa，巖體質量系數(Z )為0.22，層狀結構，巖體一般。巖體質量指標(M )為9.27，巖體類型Ⅰ級，巖體質量優。根據以上三種方法得出該層巖體質量屬中等至優之間。節理裂隙、風化裂隙等Ⅳ、Ⅴ級結構面控制著巖體的完整與穩定性，是露天開采的優勢結構面。屬堅硬巖類，巖芯完整堅硬。

(3) 滑石片巖：巖石呈灰黑色，具鱗片變晶結構、片狀構造，為礦體圍巖。平均RQD值43.16%，巖體質量劣，巖體完整性較差。巖體質量系數(Z )為0.14，層狀結構，巖體質量壞。巖體質量指標(M )為5.75，巖體類型Ⅰ級，巖體質量優。根據以上三種方法得出該層巖體質量屬中等，巖體呈中厚層狀構造，結構面主要為層理、層面等構成。屬堅硬巖類，遇水易軟化，巖芯破碎，完整性較差。

(4) 凝灰巖：巖石顏色為暗綠色，具變余(含角礫)凝灰結構，致密塊狀構造。為礦體西北部圍巖，巖體呈層狀構造，平均RQD值73.04%，巖體質量中等。巖體質量系數(Z )為0.23，層狀結構，巖體一般。巖體質量指標(M )為9.74，巖體類型Ⅰ級，巖體質量優。根據以上三種方法得出該層巖體質量良，結構面主要由層理、層面等構成，屬堅硬巖類，巖芯完整堅硬。

(5) 蛇紋巖及閃長玢巖：巖石顏色為暗綠色，具變余(含角礫)凝灰結構，致密塊狀構造。為礦體夾層， RQD值0～20%，巖體質量極劣。巖體質量系數(Z)為0.06，碎裂結構，巖體極壞。巖體質量指標(M)為0～0.026，巖體類型Ⅴ級，巖體質量壞。根據以上三種方法得出該層巖體質量劣。巖體結構類型為松散

土狀，是露天開采的主要剝離物。巖芯呈碎塊狀，遇水極易軟化，是礦體開采的軟弱夾層。

2.2 邊坡穩定性評價

(1) 自然邊坡及人工邊坡現狀。

總體地貌形態為低山丘陵區，自然邊坡角小于30°，邊坡較穩定，滑動的可能性不大，但局部有崩塌現象。礦區內有3個采石廠，具有多個人工邊坡，經調查邊坡高約10～30m，寬約30～70m，坡角80～90°，坡面平整，呈直線型，比較穩定，局部垂直節理發育，有崩塌的可能。

(2) 邊坡角的確定。

根據礦區的工程地質條件，采用工程地質類比法和經驗數據方法確定采礦場的邊坡角(見表2)。

表2 采礦場邊坡角的確定

邊坡角確定原則：實地調查采場邊坡角約60～80°，邊坡較穩定。結合經驗數據法及本礦區巖石力學試驗成果確定邊坡角。

最終邊坡角確定：建議中段坡高＜10m，直線型邊坡，最終邊坡角＜55°；中段坡高＞10m，二級階梯型坡面，最終邊坡角＜45°。

(3) 露天邊坡穩定性評價。

根據礦區地形地貌及礦體、圍巖產狀，該大理巖露天采礦，應由東向西臺階式開采，即工作幫邊坡傾向東，兩個端幫邊坡分別傾向北、南。露采邊坡工作幫與弱軟夾層、巖層等結構面反向外斜，結構面交線(可能滑動面)與邊坡反向斜交，且內斜，傾角小于邊坡角，屬于較穩定結構。說明邊坡巖體滑動的可能性小。但由于很多節理裂隙無序排列，局部巖體呈碎裂、塊狀結構，采礦過程中有蠕動、變形及崩落的可能性。

2.3 工程地質勘探類型的劃分

綜上所述，礦區工程地質勘查類型屬于層狀、可溶巖類工程地質條件簡單型，即第三～四類，第1型[1]。

3 環境地質

3.1 環境地質現狀

(1) 原生地質環境。

本區位于大興安嶺腹地林區。礦區廣為第四系松散腐殖土覆蓋。原始生態環境未被破壞，植被繁育，沒有滑坡、泥石流等不良物理地質現象。空氣質量好，地表水系較發育，地下水、地表水未受污染，地下水水質總體較好。礦區原生地質環境良好。

(2) 地震。

根據GB18306-2001《中國地震動峰值加速度區劃圖》[2]列出得知，本地區動峰值加速度0.05g，對照裂度為6°。近50年該地區沒有發生過大的地震活動，屬地質活動較穩定地區。

3.2 礦床開采環境地質預測

本區地表植被發育，夏季氣候較濕潤、生態環境良好。礦山開采時有可能造成環境污染問題。

(1) 水質惡化：礦山生產排出的污、廢水及礦渣、固體廢物等經降水淋濾后，不可避免的滲入地下，使地下水水質遭到污染。

(2) 環境污染：礦山生產必將產生大量尾礦和生活垃圾，這些固體物質露天堆放，不僅站用大量的土地資源，而且經風吹、日曬、雨淋后，通過氧化、溶解、擴散等作用，可直接污染空氣、水體、土壤等。其次，生產、運輸過程中不可避免地產生粉塵、噪音等，使空氣污染，環境惡化。

(3) 燒制過程中必將產生大量的CO2氣體，隨意排放，將會產生溫室效應。

(4) 植被破壞：以上環境地質問題有可能導致植被枯死，水土流失以及發生火災等。

(5) 剝離物隨意堆放可引發滑坡、泥石流等人為地質災害的發生。

3.3 防治建議

在合理有序開采當地資源的同時，建議樹立環保思想，保護珍貴的土地資源、水資源及植被資源，做到科學預防，有效治理，最大可能地降低環境地質污染的范圍和程度。建議如下：

(1) 在開采過程中，對露天采坑進行灑水除塵，以防粉塵滿天飛揚，污染空氣；對燒制排出的污、廢水，需經清污分流及防污處理，符合規定后再進行排放，以防污染土壤和地下水。

(2) 對燒制形成的固體廢棄物，應選取合理措施封閉存放，并設置粘土或塑料墊層，以防降水淋濾對地下水的污染。

(3) 對采礦形成的剝離物應選取合理位置填溝造地，加強管理，以防滑坡和泥石流等人為地質災害的發生。

(4) 對燒制過程中產生的大量CO2，應進行有效的回收，即可增加經濟效益，又可減少由于大量排放

CO2而引起的一系列其他環境地質問題。

(5) 保護現有的森林，天氣干燥季節禁止攜帶火源及易燃、易爆物品，生活用火時要謹慎小心，以防發生火災。

(6) 采礦過程中的爆破工作，應由專門技術人員承擔，加強管理，對附近居民及避讓人員的安全距離應大于300m。

3.4 礦區地質環境類型劃分

礦區地質環境質量良好，附近無污染源，開采不易引發地面塌陷、滑坡等不良地質現象，礦區地質環境質量良好，屬于第Ⅰ類。

4 綜述

4.1 礦床開采技術條件類型劃分

就礦床開采技術條件而言，礦床水文地質問題比較突出，而工程地質、環境地質條件比較簡單。遵循水文、工程、環境地質相統一，重點突出的原則，將礦床開采技術條件類型劃分為：開采技術條件簡單的以水文地質問題為主的礦床，即Ⅲ-1型。

4.2 工作建議

(1) 環境地質要采取科學措施，防治結合，綜合利用，以減輕對環境的污染。

(2) 工程地質要注意第四系松散巖層在雨季飽水后形成滑動和崩塌。進一步查明露采邊坡與結構面的組合關系，確定合理的邊坡角。

(3) 水文地質要注意開采地下水位以下礦體時，地下水淹沒礦坑，以及第四系松散巖類在雨季飽水后，孔隙裂隙水順巖層面流入礦坑。

[1]全國礦產儲量委員會.GB12719-91礦區水文地質工程地質勘探規范[S].北京：國家技術監督局，1991.

[2]中國地震局.GB18306-2001中國地震動參數區劃圖[S].北京：國家技術監督局，2001.

TD872.5

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1007-9386(2015)02-0031-04

2014-11-28