廣東省德慶縣某金礦礦床開采技術條件研究

李健平

（廣東省地質局第五地質大隊，廣東 肇慶 526020）

礦區詳細調查勘探階段的水工環地質工作主要是：對礦區進行水文地質調查與測繪、工程地質、環境地質調查工作，實現基本查明礦床的開采技術條件。查明礦床充水的主要含水層，及含水層水文地質參數；對礦體及其頂底板圍巖的物理力學性質進行實驗測試和研究，確定礦體與圍巖巖體質量和主要不良工程地質層位，指出影響礦山安全生產開采的主要水文地質、工程地質和環境地質問題，為礦床初步技術經濟評價、礦山總體建設規劃和礦區勘探設計提供依據[1]。

1 水文地質

本礦區總體上位于區域上水文地質單元的補給區，局部位于排泄區，其中位于調查區中部的山間盆地，屬水文地質單元排泄區；而位于區內西部和東部的丘陵山地，屬水文地質單元的補給區。礦區最低侵蝕基準面位于區內中南部的河流河床一帶，海拔標高約23.00m。

1.1 地下水類型及富水性

礦區地下水類型按賦存埋藏條件可劃分為：松散巖類孔隙水和基巖風化裂隙水兩種，其富水性特征如下：

（1）松散巖類孔隙水。主要分布于礦區的河流和溪溝兩岸，山間盆地一帶局部可見有分布。地下水主要賦存于巖性為含粘土細砂、粗砂和砂質亞粘土的孔隙中，總體屬無壓性。水位埋深0.15m～1.28m，標高23.53m～24.59m，平均標高24.06m。根據本次礦區施工鉆孔揭露松散孔隙含水層底板埋深7.52m～57.65m，標高-14.16m～19.33m，平均標高6.58m，含水層厚0.38m～21.35m，平均厚度11.14m。據ZK1、ZK2抽水試驗結果匯總計算可知：該含水層單位涌水量0.434～1.495L/（s·m），滲透系數1.295～15.411m/d，富水性中等～強。水化學類型為HCO3·SO4-Na·Ca型，pH值5.91～6.16，溶解性總固體0.122～0.128g/L。

（2）基巖風化裂隙水。賦存于震旦系壩里組和海西—印支期花崗巖風化裂隙中，巖性主要為石英千枚巖、中?；旌匣◢弾r，含水層厚度受控于巖石風化裂隙發育程度，其底板與巖石風化底界一致。地下水多為無壓性，地下水水位和含水層頂板埋深0.5m～43.30m，標高12.97m～77.91m，平均標高28.90m，含水層底板埋深12.10m～100.76m，標高-33.04m～58.19m，平均標高5.08m，含水層厚度1.14m～56.65m，平均23.82m。據ZK1和ZK2鉆孔抽水試驗結果匯總計算可得：鉆孔單位涌水量分別為0.043L/(s·m)、0.017L/(s·m）,滲透系數分別為0.479m/d、0.133m/d（見表2），富水性弱。水化學類型為HCO3-Na·Ca型，pH值5.84～6.97，溶解性總固體0.134～0.433g/L。

（3）隔水層。分布于地表淺部的全～強風化巖石、坡殘積土，多呈土狀，孔隙發育，多為粘土礦物充填閉合，透水性差，可視為相對隔水層；分布于地下深部的完整新鮮的基巖以及局部分布的新鮮完整的巖石，裂隙不發育，局部發育的裂隙多呈充填閉合狀態，皆可視為相對隔水層。

2 工程地質

2.1 礦區工程地質巖組劃分

根據野外地質觀察、巖石力學實驗測試等方法，將礦區巖土體劃分為四種巖組，分別為松散巖組、破碎軟巖組、較破碎較軟巖組和較完整較堅硬～堅硬巖組。各巖組特征分述如下：

（1）松散巖組。廣泛分布于礦區的平坦的山頂和坡角上，巖性以砂質粘性土與全風化巖石，呈可～硬塑狀態，散體結構，厚度0.69m～29.39m，平均厚度6.93m，粘聚力（c）13.2kPa～51.0kPa，平均32.1kPa，內摩擦角（φ）3.6°～26.7°，平均14.3°，壓縮系數（av）0.30～0.61MPa-1，平均0.44MPa-1；壓縮模量（Es）3.57MPa～6.02MPa，平均4.51Mpa。

（2）破碎軟巖組。主要分布于調查區巖體上部，主要由強風化花崗巖、強風化糜棱巖等組成，一般呈半巖半土狀，厚度0.83m～29.81m，平均厚度9.46m，巖石飽和單軸抗壓強度（Rc）1.8MPa～3.2MPa，平均2.4MPa，巖石質量指標（RQD）0%～5%，平均2%，巖石質量極劣的，巖體破碎，巖石等級為Ⅴ級，巖體質量指標（M）0.002，巖體質量壞，屬Ⅴ類巖體。

（3）較破碎較軟巖組。廣泛分布于礦區巖體上部，主要由中風化花崗巖、中風化糜棱巖等組成，巖石飽和單軸抗壓強度（Rc）11.7MPa～ 30.4MPa，平均19.55MPa，巖石質量指標（RQD）20%～76%，平均32%，巖石質量劣的，巖體完整性差，巖石等級為Ⅳ級，巖體質量指標（M）0.209，巖體質量中等，屬Ⅲ類巖體。風化裂隙發育。

（4）較完整較堅硬～堅硬巖組。廣泛分布于礦區各個層位，由微風化～新鮮花崗巖、新鮮的糜棱巖等組成，巖石飽和單軸抗壓強度（Rc）48.6MPa～86.8MPa，平均60.83MPa，巖石質量指標（RQD）52%～99%，平均69%，巖石質量中等的，巖體中等完整，巖石等級為Ⅲ級，巖體質量指標（M）1.399，巖體質量良的，屬Ⅱ類巖體。

表1 松散巖類孔隙水含水層滲透系數計算表

表2 裂隙潛水含水層滲透系數計算表

2.2 礦區工程巖體結構面分級及其特征

礦區內分布有變質巖、火山巖，又位于粵桂隆起區廣寧～羅定褶斷帶內，加之受韌性剪切斷裂帶的影響，巖體的原生結構面、構造結構面和次生結構面發育，礦區內結構面可分為Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級三個等級的結構面，各級別結構面特征分述如下：

（1）Ⅱ級結構面。該結構面為礦區的主要斷裂，多為北北東向斷裂主要由F8斷裂總體走向北北東23°，南段16°，北段26°，近似“S”形展布，出露長度大于1000m，可見寬度大于4m，產狀傾向南東東，傾角70°～75°。該結構面對區內金礦化及金異常的分布起控制作用

（2）Ⅲ級結構面。該結構面為礦區內次一級斷裂。在礦區內主要表現為：①南北向斷裂，區內出露較大規模的南北向斷裂，以F6為主，長度大于500m，寬3.6m～10m，延深大于350m，產狀70°～220°∠70°～75°，切割破壞了區內金礦體，為成礦后構造，屬張扭～壓扭性斷裂，性質為逆斷層。②北西向斷裂，主要有F2、F3、F4、F5斷裂，呈北西向斜切工作區，總體走向310°，呈“S”型展布，傾向南西或北東，傾角70°～80°，長度200m～800m，寬度0.95m～8m，屬張扭～壓扭性控礦斷裂，局部形成金礦(化)體。

（3）Ⅳ級結構面。該結構面是礦區內的節理、層理、片理和風化裂隙。礦區內巖石層理、片理主要發育于泥盆系老虎頭組、志留系連灘組、奧陶系蘭甕組、寒武系八村群和震旦系壩里組的變質石英砂巖和石英千枚巖中。地表附近的風化裂隙較發育，對巖體的力學性質影響較大。

2.3 礦體及圍巖穩固性評價

礦體賦存于碎裂的花崗質糜棱巖中，礦體厚度總體為東厚西薄，礦石多為碎裂結構，硅化、黃鐵礦化蝕變強烈，裂隙發育，多為斷層泥充填，遇水易軟化，屬碎裂結構的軟弱巖層，穩固性差，開采時需進行支護。東側礦體分布于糜棱巖帶與F2斷裂交匯部位，頂板為碎裂巖、碎裂巖化巖石，蝕變強，巖質軟弱，裂隙發育，多為泥質充填，遇水易軟化，井巷掘進或開采時可能發生垮幫、冒頂和坑道變形等工程地質問題，因此，開采掘進過程要留意頂底板巖性的改變，一旦發現可能會發生工程地質問題危險時，應及時采取支檔措施（巖石破碎段應采用鋼筋混凝土支護），確保采掘安全。底板為糜棱巖化花崗巖、弱綠泥石化巖石，為半堅硬～堅硬巖石，巖體較完整，穩固性好。

3 礦區環境地質

3.1 區域穩定性評價

礦區處于廣東省肇慶市西南部，據當地多年監測記錄可知，礦區附近區域未發生過強震，本區地震動峰值加速度為0.05g[根據《中國地震動峰值加速度區劃圖》（GB18306-2015）的劃分]，為地震烈度Ⅵ度區，區域地殼穩定，地震對礦山開采一般影響不大。

3.2 巖 （礦）石放射性特征

本次采集的巖（礦）石放射性測定結果可知：圍巖的IRa內照射指數為0.2～0.4，Iγ外照射指數為0.6～0.7，礦體的IRa內照射指數為0.4，Iγ外照射指數0.6，均符合A類裝修裝飾材料標準，礦山開采過程中放射性對工作人員及周邊環境影響不大，礦石和廢石成分較穩定，不易分解出有害物質，礦床開采除粉塵外，一般不會產生環境污染。

通過區域泉點、鉆孔和民窿調查測定，區內地下水水溫為18℃～21℃，屬正常地下水溫，礦區無地熱異常。

3.3 水環境質量評價

礦區水環境質量評價方法為：地表水根據《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）進行評價，鉆孔所采水樣和泉水等地下水采用《地下水環境質量標準》（GB/T14848-2017）進行綜合評價。

（1）地表水。河流和溪溝的水化學類型為HCO3—Ca型，pH值為7.14～8.85，溶解性總固體為0.075～0.078g/L。根據相關水域規劃，礦區水環境質量評價執行Ⅲ類標準，實驗結果表明，所采集的水樣各項指標均符合標準要求，表明礦區所在區域的地表水體水環境質量總體較好。

（2）地下水。鉆孔采集的基巖裂隙水化學樣品，由試驗結果可知：水化學類型為HCO3·SO4-Ca和HCO3—Ca型，pH值7.84～7.93，溶解性總固體含量0.223～0.268g/L，地下水質量為Ⅳ類至Ⅲ類。泉水所采集的水化學樣品，由試驗結果可知：水化學類型為HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca和SO4·HCO3-Ca·Mg型，pH值6.78～8.46，溶解性總固體含量0.039～0.083g/L。地下水質量屬Ⅱ類至Ⅰ類。

3.4 環境地質問題預測

根據礦山所在的地質環境條件，考慮到礦山的開采類型、礦體的規模大小、礦石的組合成分以及礦體頂底板圍巖的力學性質，預測本礦區未來礦山在建設和開采過程中，可能引發坑道坍塌、冒頂及片幫；地面塌陷；老窿突水和礦坑水污染等環境問題。

（1）坑道坍塌、冒頂及片幫。根據礦體形態和賦存特征，未來礦山采用地下坑道開采，區內構造破碎帶較發育，使得礦體和圍巖構造裂隙很發育，并且綠泥石化蝕變作用普遍，因此，在構造裂隙發育部位的巖石破碎，屬于軟弱巖，遇水易軟化，使得巖石穩定性變差，在礦山開采坑道開拓到該層位時，容易出現坑道坍塌、冒頂及片幫等危及礦山安全生產的現象。所以在開采過程中必須采用合理的開采開拓方法，采取有效工程支護措施進行安全防護。

（2）地面塌陷。未來礦山開采會形成的范圍較大地下采空區，如果采空區兩側圍巖受外力擠壓而未進行有效支護，可能引發采空區上部地面發生塌陷，礦山在開采建設時必須引起足夠的重視，在礦山開采時應采取有效的工程措施進行防治，建議可采用充填法進行礦山開采，可有效防治采空區出現地面塌陷。

（3）老窿突水。目前礦區于礦體的上部存在以前民采形成的開采民窿，各民窿均不同程度存在地下采空區的問題，而且多未進行充填，因此在礦山開采區內存在老窿積水的現象，因此在設計建設開采礦山，設計建設地下開采坑道時，對老窿積水的問題必須引起足夠的重視，為有效防止老窿積水對礦山開采造成突水事故等環境問題，可在開采前對老窿進行疏干排水。

（4）礦坑水污染。根據本次于礦區的鉆孔采集的礦床地下水的水樣化學分析結果，根據《地下水環境質量標準》（GB/T14848-2017）劃分，水環境質量為Ⅳ類至Ⅲ類，根據《廣東省水污染物排放限值》（DB44/26-2001），礦坑水的污染物基本控制在允許排放濃度之內，因此礦坑水排放總體當地的水環境影響不大。但礦石、圍巖及夾石由于其含有黃鐵礦、方鉛礦等金屬硫化物，受降雨淋濾及自然氧化作用，較易析出重金屬對其下游的地表水體將可能造成污染。

4 結論

通過本次礦區水文地質測繪、鉆孔簡易水文觀測、水文地質編錄、工程地質編錄、鉆孔抽（放）水試驗、地下水、地表水動態觀測、巖（土）樣及水樣采集并試驗等工作，基本查明了礦床的開采技術條件：礦床內地表水體較發育；主礦體位于當地侵蝕基準面以下，為基巖裂隙水直接充水礦床，富水性弱，礦床內發育構造破碎帶富水性弱，但礦床上部的松散巖類孔隙潛水、風化裂隙潛水和地表河水會對礦床形成間接充水，地下水補給范圍大，水文地質邊界較復雜；礦床水文地質條件屬中等。礦體主要賦存于糜棱巖帶和構造破碎帶中，圍巖為花崗巖和糜棱巖，礦床上部巖石風化較強烈，風化層較厚且厚度變化大，構造裂隙發育地段的巖石較破碎，多屬于軟弱完整性差巖石，坑道開拓通過該部位時較易造成坍塌、掉塊及片幫等。礦床中下部的微風化巖石及新鮮的基巖，以半堅硬完整性中等巖組～堅硬完整巖組為主，穩固性較好。綜合礦床工程地質條件屬中等。礦區區域地殼穩定，原生地表水和地下水水質較好，但礦山開采對周邊地質環境會產生一定的影響，開采時可能出現老窿突水問題，并且礦區地表潛在發生地面塌陷、礦坑水污染地表水等礦山環境地質問題。綜合礦區環境地質質量中等。

綜上所述：礦床水文地質條件中等，礦床工程地質條件中等，礦區環境地質質量中等，開采技術條件屬于兼有水文地質、工程地質和環境地質復合問題的中等的礦床（Ⅱ-4）。

5 建議

（1）根據收集的民窿資料，礦體東端民采最低標高已達-60.0m，老窿積水較嚴重，對未來開采地下坑道存在充水或突水影響的可能，礦山開采時應予重視，以避免造成突水和淹井事故。

（2）本礦床具中型規模，礦山生產建設需水量大，建議礦山對供水問題進行專門的水文地質勘查工作。

（3）由于礦體大部分位于侵蝕基準面以下，礦山開采坑道主要在當地侵蝕基準面之下開拓，應注意坑道開拓時可能遇到聯通含水層的導水構造破碎帶，預防出現透水和突水問題，必須做好礦坑水的抽排工作。

（4）礦體主要賦存于構造破碎帶中，巖石的構造裂隙發育，巖石破碎，結構較松散，坑道開拓時會造成坍塌、掉塊及片幫等不良工程地質現象，因此未來礦山開采生產時必須系統設計合理的坑道開拓及有效安全的支護措施，以保障采礦坑道的安全。

（5）礦山開采過程中產生的尾礦水和礦坑水，必須進行處理達標后才能排放，對開采過程中產生的廢石（土），應選擇合適排土場堆放，以免影響礦山開采及周邊地質環境。

[1]國家技術監督局,礦區水文地質工程地質勘探規范，1991.