遼寧省桓仁縣窮棒子溝鉬礦床開采技術條件分析

王國君

（遼寧省有色地質勘查總院有限責任公司，沈陽，110013）

窮棒子溝鉬礦床位于遼寧省桓仁滿族自治縣境內，北距桓仁銅鋅礦床5km。礦區位于中生代火山巖區，長白山余脈東南延伸部分，地形總體上北、東部山勢高，西南部地形較低，地形切割強烈，起伏變化較大，溝谷發育，地形較陡。地貌屬于丘陵-低山區。區內最高山峰（影壁山）海拔700.1m，最低侵蝕基準面230m（漏河），礦床開拓底面標高為160m。年均降水量895mm，多集中于七、八月份，年均氣溫6.2℃，屬溫帶大陸性濕潤季風氣候。區內水系發育呈樹干支狀，小溪常年流水，水自北東向南西流，至沙尖子鄉漏河匯入渾江水域。該礦床尚屬待開采階段，本文通過對礦區水文、工程、環境地質條件的分析，查明礦床的充水因素、預測涌水量大小、礦體頂底板穩定性等，為礦山資源開發利用提供參考。

1 礦區地質條件

礦區區域上位于華北克拉通北緣東西向太子河—渾江古凹陷東段，更次一級構造單元是桓仁古凸起與太子河古凹陷的鑲嵌處[1]。

礦區內地層主要為下白堊統小嶺組下段（K1xl1）火山巖，其為一套陸相火山巖及火山碎屑巖建造。主要巖性為角閃安山巖、安山巖、安山質凝灰角礫（熔）巖、安山質巖屑晶屑凝灰巖等。

區內構造發育，鉬礦床受控于火山口環形構造，表現特征地貌為負地形，火山口被次生石英巖化流紋斑巖所充填，其巖石發育有火山角礫狀構造，研究認為是火山震碎作用所致。圍繞流紋斑巖周邊斷裂構造十分發育，在火山口東部發育有弧形酸堿性巖脈，說明該火山口周圍有弧形斷裂構造存在。

礦區巖漿巖分布較少，主要表現為少量酸、堿性脈巖和幾處小規模的正長閃長巖侵入體。

鉬礦體主要受控于火山機構環狀構造裂隙，鉬礦體賦存于次生石英巖流紋斑巖體與安山巖的內外接觸部，產狀為內傾，傾角85°，其形態呈同心環狀分布（圖1）。礦體賦存標高為10～230m，礦床類型為斑巖型。

圖1 窮棒子溝鉬礦床160米中段地質平面圖

2 礦區水文地質條件

2.1 礦區地下水含水層

礦區內主要含水層為第四系沖積松散層孔隙含水層、基巖裂隙含水帶和構造裂隙含水帶。

（1）第四系松散層孔隙含水層

第四系松散層主要分布在窮棒子溝前緣沖溝、河谷兩側，由沖積層、殘積層卵礫石、砂礫、碎石土等組成。礫石成分較雜，粒度不均，多呈圓狀、渾圓狀、棱角狀等，厚度為0.5～8.0m左右。補給主要為大氣降水，為季節性潛水含水層出現。

（2）基巖裂隙含水帶

基巖裂隙含水帶分為火山噴出巖和侵入巖兩類裂隙含水帶。火山噴出巖主要含水巖性由安山巖、安山質凝灰角礫熔巖及玄武巖風化裂隙含水帶及裂隙含水帶組成。侵入巖主要含水巖性有黑云母正長閃長巖、流紋斑巖，脈巖類型有流紋斑巖、石英正長斑巖、閃長玢巖、煌斑巖等。

基巖構造風化裂隙較發育，風化帶厚10～12米。該層構造風化裂隙較發育，但因所處位置較高，天然排水條件較好，不利于地表水及地下水匯集和儲存，因此富水性較差，屬弱含水層。坑道排水觀測資料顯示，出水量為24.28m3/d（0.28L/s），為弱富水性。水質全分析結果為：地下水PH值7.10～7.20，屬弱堿性水；總硬度2.10～2.50mmo/L，屬軟水；礦化度94.20mmo/L，屬淡水；水化學類型為重碳酸硫化鉀鈉鈣鎂型水。從長期抽水資料看（表1），地下水位受季節影響較大，雨季水量增大，接受大氣降水及地表水補給，地下水沿基巖裂隙徑流，遇低洼處以滲流形式排泄，富水性與巖層裂隙發育程度相關。

（3）構造裂隙含水帶

區內構造裂隙較發育，主要分為NE和NW向兩組：①NE向裂隙走向10°～60°、傾向SE～NW、傾角 49°～79°；②NW向裂隙走向280°～355°、傾向SW～NE、傾角 22°～85°。這些裂隙大部分被石英細脈充填，致使裂隙含水率低。測得坑道涌水量為0.015～0.28L/s，日涌水量為1.17～14.58m3/d，單位流量為0.001～0.002L/s.m，以上數據表明該含水層富水性弱。

2.2 隔水層

根據已有坑道觀察，巖石多為干燥，堅硬完整，裂隙節理不發育，是相對的隔水層，局部北東向構造有小的滴水現象，坑內所見含水現象均為構造裂隙中含的少量水。礦床內各礦體及上、下盤圍巖為安山熔巖、次生石英流紋斑巖，巖石中不含水或微含水，屬不透水巖層。定為隔水層。

2.3 地表水特征

礦區內山高，地形切割強烈，起伏變化較大，溝谷地表水系發育，各溝谷的地表水匯入漏河流入渾江水域。根據水文地質調查，各溝水沿松散層巖石接觸部裂隙和殘坡積層流出地表。通過對下降泉的觀測，流量為0.014～0.022L/S，日涌水量為1.21～1.90m3/d，地表水流量隨季節性變化。

表1 窮棒子溝礦區2007年坑道排水流量觀測統計表

地表水主要靠大氣降水補給和少量巖石風化裂隙水匯聚而成，由于受降雨量集中、地形坡度較大等因素影響，降水多形成地表徑流排走，少量滲入地下成為基巖風化裂隙水的補給源。潛水水位隨季節變化明顯，一般降雨后3-5天地下水位開始抬高。潛水排泄途徑為：一是以季節泉的形式排道溝谷低洼處呈溪水流；二是以高水位向低水位排溝谷低洼處匯聚到小溪流到漏河。

礦區內窮棒子溝小溪水量約57.45m3，鉬礦床西部邊緣漏河水域流量約1267.24m3。

由于本礦區巖體厚度較大，開采標高低，地表水對礦床充水影響不大，有少量水通過基巖風化裂隙、成巖裂隙滲透賦存空間及礦井，使坑道涌水量增大，在今后的工作中應加強礦區的水文地質工作。

2.4 礦床充水因素分析

鉬礦體圍巖主要為安山巖、次生石英巖，巖石堅硬完整，裂隙不發育，含水量很小，是相對的隔水層。礦區內構造裂隙含水帶的特點是構造裂隙多屬于閉合裂隙，雖出水點多，但水量不大，未直接與地表水和第四系孔隙潛水溝通，屬弱富水性。根據礦區現狀及地質、水文地質條件等情況認為，構造裂隙水為礦床的直接充水因素。大氣降水對礦床充水影響很大，是礦床的主要充水因素。大氣降水受季節變化明顯，對地下水位影響較大，降雨后水位快速上升，隨后水位逐漸下降。另外，地表水體滲透補給基巖裂隙水也是礦床間接的充水因素。

2.5 礦坑涌水量預測[2]

礦坑涌水量預測利用坑道的實際排水觀測資料，建立對應的方程式來計算設計礦坑的涌水量。本礦區坑道采用1中段進行探采，為160m中段。

本次采用單位涌水量法：

已知160m中段現有礦坑的開采面積為F0=1500m2，水位降深為S0=70.00m（漏河最低基準面），涌水量為Q0=5.00m3/h（現有最大涌水量），求礦坑單位面積單位降深涌水量q0，即：

q0=Q0/F0×S0=5.00/1500×70.00=0.23m3/h·m

設計開采面積為F1=50000m2；水位降深S1=70.00m，時坑道涌水量Q1即：

Q1=Q0×（F1× S1/F0×S0）1/2=5.0 0×（50000.00×70.00/1500.00×70.00）1/2=28.87 m3/h

如160m中段坑道設計開采面積為50000m2，水位降深為70.00m（現有坑道底面標高）時，坑道每小時涌水量為28.87m3/h。枯水季節每小時涌水量為14.0m3/h。

3 礦山工程地質評價及防治措施

3.1 礦山工程地質評價

根據巖石物理力學性質，礦區巖體劃分為第四系松散巖類和堅硬半堅硬巖類。第四系松散巖類多分布于山的前緣沖溝、河谷兩側地帶。堅硬半堅硬巖類分為強風化巖、火山噴出巖、侵入巖，其中強風化巖分布在丘陵邊緣及山坡地帶，工程力學性質差；火山噴出巖、侵入巖均為硬質巖石，巖石較完整，巖石強度較高（表2）。其中，安山巖的層底深度為10～100m，安山質凝灰角礫熔巖、黑云母正長閃長巖、流紋斑巖等的層底深度為100～300m。通過對區內典型鉆孔巖芯RQD質量觀測，以及對相關巖芯段進行巖石物理力學性質室內試驗，系列數據分析表明（表3），區內自上至下巖石總體為較硬質巖或硬質巖，且為厚層塊狀結構，巖石以較完整為主，局部為中等完整，巖石工程地質條件為良好或中等類型。礦體頂底板圍巖為安山巖及次生石英巖，圍巖具較高強度，巖體穩定，工程性質較好。

表2 窮棒子溝礦區典型巖心樣物理力學性質一覽表

表3 窮棒子溝礦區工程巖組層位劃分情況一覽表

3.2 礦床開采地質問題防治措施[3]

礦區出露地層全部為中生代白堊系小嶺組火山巖，鉆探、坑道工程施工表明，巖石強度較高，巖石穩定性好。礦區表層風化巖中節理裂隙發育，在礦山建設開挖過程中形成的不穩定面是產生滑坡的主要因素，在基建施工中要重點對易產生滑坡的區段進行監測，做好防范、排險工作。礦山在井巷開采時，需注意斷層破碎帶坍塌、片幫以及地表水滲漏產生突水現象，采掘時加強井巷支護，采用護壁等有效保護措施，保證采礦的安全進行。

4 環境地質條件

4.1 地震及地質災害評價

根據國家標準《中國地震震動參數區規劃圖》（GB18306-2015），礦區所處本溪地區地震抗震設防烈度為Ⅵ度，地震峰值加速度為0.05g。設計地震分組為第一組，該區尚未發生地震，區域穩定性良好。

礦區位于漏河分支水系上游的分水嶺處，地表植被發育，居民稀少。現狀條件下不具產生滑坡、泥石流、崩塌、陷落等條件，地質災害弱發育。區內暫沒有人工污染源存在，自然環境地質條件優良。

4.2 礦山開采對生態環境的影響

本礦床鉬礦體厚度較大，呈層、脈狀產出，適宜井巷開采的方式。采礦對礦區環境的影響主要表現在礦坑疏干排水造成地面塌陷、泉水枯竭和區域地下水位下降；地面開挖、地下采掘易引起崩塌、滑坡、地面開裂與沉陷等；選礦產生的尾礦、尾水中存在有害化學成份需無害化處理，若處理不當，會污染環境，危害生態[4]。

4.3 減少礦山生態環境不良影響的建議

礦山為擬建設中，選礦廠、尾礦庫、沉淀池、廢石場等應建在合理部位，否則會導致礦區水文和環境地質條件復雜化。 礦山開發利用時應嚴格執行開采技術相關規范，采用先進的采、選礦技術，以最大幅度降低采、選礦過程對環境帶來的影響。同時，應改善坑道通風措施，合理布局防洪系統。礦山開采過程中產生的工業和生活污水以及廢氣、廢渣必須通過物理、化學方法處理達到環保標準后方可排放，并制定嚴格的監管和控制措施，使資源開發與環境保護協調發展。

5 結論

窮棒子溝礦區鉬礦體賦存于當地侵蝕基準面以下，礦體所處巖層富水性弱，鉬礦床以構造裂隙充水為主；礦床頂底板圍巖主要為堅硬巖石，巖體穩定性好，工程地質條件良好；環境地質條件良好，屬簡單類型。基于上述分析研究認為，礦區水文地質、工程地質、環境地質屬于簡單—中等類型，礦床開采條件屬復合問題型（Ⅱ-4），礦山生產過程中需加強對礦區水文地質、工程地質、環境地質的監測。