吉峰東溝電石灰?guī)r礦山露天開采技術(shù)條件淺析

孫澤晨

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

【采選技術(shù)】

吉峰東溝電石灰?guī)r礦山露天開采技術(shù)條件淺析

孫澤晨

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

本文淺析鄂倫春自治旗吉峰東溝電石灰?guī)r礦山水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)特征，以及礦坑的涌水量計(jì)算；礦層頂、底板及礦體的巖體穩(wěn)定性分析；開采時(shí)存在的環(huán)境地質(zhì)問題等，定量評(píng)價(jià)該礦區(qū)的開采技術(shù)條件。

涌水量；RQD值；邊坡角；防治措施；電石灰?guī)r

1 礦區(qū)水文地質(zhì)

1.1 地形地貌

礦區(qū)位于大興安嶺東坡，屬中低山區(qū)，海拔標(biāo)高635～800m，相對高差165m左右。區(qū)內(nèi)地形起伏較大，切割強(qiáng)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(dá)60°左右。四周地勢較為平坦部位溝谷流水作用強(qiáng)烈，沉積沖洪積砂礫石層，為侵蝕堆積地形。礦區(qū)所處位置為國家天然林區(qū)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)，附近無其他污染源，植被茂盛，環(huán)境優(yōu)美。

1.2 水文氣象

該區(qū)植物茂盛，地表水系發(fā)育，區(qū)內(nèi)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(qū)屬于大陸性季風(fēng)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(fā)量1 032mm，蒸發(fā)量為降雨量的2.1倍。

1.3 水文地質(zhì)單元

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

1.4 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

松散巖層孔隙水主要接受大氣降水補(bǔ)給，基巖裂隙水以地下水徑流側(cè)向補(bǔ)給為主。由于基巖山區(qū)地形起伏變化大，致使基巖風(fēng)化帶裂隙潛水補(bǔ)、徑、排等與地形有密切關(guān)系，它們沒有統(tǒng)一的徑流系統(tǒng)，一般從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)歷程較長，多以地下徑流形式流出山區(qū)，補(bǔ)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(bǔ)給外，還接受基巖風(fēng)化裂隙水的補(bǔ)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(zhuǎn)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(guān)系

吉文河位于礦區(qū)北側(cè)，水位標(biāo)高在586.80m，最高洪水位2.30m。河兩側(cè)的砂礫石潛水含水層主要靠吉文河側(cè)向徑流補(bǔ)給，巖溶、裂隙水主要接受大氣降水補(bǔ)給，其次由于基巖山區(qū)地形起伏變化大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地表水沿破碎帶補(bǔ)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(gè)較完整的徑流系統(tǒng)。一般從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)歷程較短。礦區(qū)水文地質(zhì)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(nèi)的積水，該積水主要源于大氣降水直接入滲與含水層的側(cè)向補(bǔ)給。根據(jù)當(dāng)?shù)亟鼛啄杲涤曩Y料統(tǒng)計(jì)結(jié)果，歷年日平均降雨量4.99mm，則礦區(qū)內(nèi)降雨總量Q雨=4.78×103m3/d。

潛水含水層的側(cè)向補(bǔ)給用“大井法”計(jì)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(tǒng)引用半徑(m)，rw=0.564

SW——水位降深(m)；

礦區(qū)水文地質(zhì)簡圖

K ——滲透系數(shù)(m/d)；

H ——潛水位到礦坑最低開采標(biāo)高的距離(m)。

各參數(shù)取值見表1。

表1 參數(shù)取值

由上式計(jì)算可得：

Q涌=3.79×103m3/d；

Q總=Q雨+Q涌=8.57×103m3/d。

1.7 礦區(qū)供水水源

礦區(qū)北側(cè)吉文河兩岸發(fā)育有一、二級(jí)階地，巖性為砂土、砂礫石層等，下部有弱透水層阻隔，構(gòu)成了良好的貯水空間，接受大氣降水及側(cè)向基巖裂隙水的徑流補(bǔ)給，水量較豐富。是區(qū)內(nèi)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(zhì)勘探類型劃分

礦區(qū)內(nèi)含水層充水介質(zhì)以巖溶、裂隙為主，富水性較強(qiáng)。水文地質(zhì)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(zhì)條件中等的礦床，即第二類。

2 工程地質(zhì)

2.1 巖(土)體質(zhì)量評(píng)價(jià)

(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(zhì)量極劣。巖體質(zhì)量系數(shù)(Z )為0～0.07，碎裂結(jié)構(gòu)，巖體極壞。巖體質(zhì)量指標(biāo)(M)為0～0.03，巖體類型Ⅴ，質(zhì)量壞。根據(jù)以上三種方法得出該層巖體質(zhì)量極劣，是露天開采的主要?jiǎng)冸x物，孔隙和垂直節(jié)理發(fā)育，遇水極易變形或坍塌，巖芯松散。

(2) 結(jié)晶灰?guī)r：變晶結(jié)構(gòu)，中厚層塊狀構(gòu)造。是本次勘查的目的層，平均RQD值81.91%，巖體質(zhì)量好。巖石抗壓強(qiáng)度84.807MPa、抗拉強(qiáng)度4.38MPa、內(nèi)摩擦系數(shù)1.68、凝聚力0.96MPa，巖體質(zhì)量系數(shù)(Z )為0.22，層狀結(jié)構(gòu)，巖體一般。巖體質(zhì)量指標(biāo)(M )為9.27，巖體類型Ⅰ級(jí)，巖體質(zhì)量優(yōu)。根據(jù)以上三種方法得出該層巖體質(zhì)量屬中等至優(yōu)之間。節(jié)理裂隙、風(fēng)化裂隙等Ⅳ、Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面控制著巖體的完整與穩(wěn)定性，是露天開采的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面。屬堅(jiān)硬巖類，巖芯完整堅(jiān)硬。

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

(4) 凝灰?guī)r：巖石顏色為暗綠色，具變余(含角礫)凝灰結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。為礦體西北部圍巖，巖體呈層狀構(gòu)造，平均RQD值73.04%，巖體質(zhì)量中等。巖體質(zhì)量系數(shù)(Z )為0.23，層狀結(jié)構(gòu)，巖體一般。巖體質(zhì)量指標(biāo)(M )為9.74，巖體類型Ⅰ級(jí)，巖體質(zhì)量優(yōu)。根據(jù)以上三種方法得出該層巖體質(zhì)量良，結(jié)構(gòu)面主要由層理、層面等構(gòu)成，屬堅(jiān)硬巖類，巖芯完整堅(jiān)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(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。為礦體夾層， RQD值0～20%，巖體質(zhì)量極劣。巖體質(zhì)量系數(shù)(Z)為0.06，碎裂結(jié)構(gòu)，巖體極壞。巖體質(zhì)量指標(biāo)(M)為0～0.026，巖體類型Ⅴ級(jí)，巖體質(zhì)量壞。根據(jù)以上三種方法得出該層巖體質(zhì)量劣。巖體結(jié)構(gòu)類型為松散

土狀，是露天開采的主要?jiǎng)冸x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(wěn)定性評(píng)價(jià)

(1) 自然邊坡及人工邊坡現(xiàn)狀。

總體地貌形態(tài)為低山丘陵區(qū)，自然邊坡角小于30°，邊坡較穩(wěn)定，滑動(dòng)的可能性不大，但局部有崩塌現(xiàn)象。礦區(qū)內(nèi)有3個(gè)采石廠，具有多個(gè)人工邊坡，經(jīng)調(diào)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(wěn)定，局部垂直節(jié)理發(fā)育，有崩塌的可能。

(2) 邊坡角的確定。

根據(jù)礦區(qū)的工程地質(zhì)條件，采用工程地質(zhì)類比法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shí)地調(diào)查采場邊坡角約60～80°，邊坡較穩(wěn)定。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法及本礦區(qū)巖石力學(xué)試驗(yàn)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(jí)階梯型坡面，最終邊坡角＜45°。

(3) 露天邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

根據(jù)礦區(qū)地形地貌及礦體、圍巖產(chǎn)狀，該大理巖露天采礦，應(yīng)由東向西臺(tái)階式開采，即工作幫邊坡傾向東，兩個(gè)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(jié)構(gòu)面反向外斜，結(jié)構(gòu)面交線(可能滑動(dòng)面)與邊坡反向斜交，且內(nèi)斜，傾角小于邊坡角，屬于較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。說明邊坡巖體滑動(dòng)的可能性小。但由于很多節(jié)理裂隙無序排列，局部巖體呈碎裂、塊狀結(jié)構(gòu)，采礦過程中有蠕動(dòng)、變形及崩落的可能性。

2.3 工程地質(zhì)勘探類型的劃分

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

3 環(huán)境地質(zhì)

3.1 環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀

(1) 原生地質(zhì)環(huán)境。

本區(qū)位于大興安嶺腹地林區(qū)。礦區(qū)廣為第四系松散腐殖土覆蓋。原始生態(tài)環(huán)境未被破壞，植被繁育，沒有滑坡、泥石流等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。空氣質(zhì)量好，地表水系較發(fā)育，地下水、地表水未受污染，地下水水質(zhì)總體較好。礦區(qū)原生地質(zhì)環(huán)境良好。

(2) 地震。

根據(jù)GB18306-2001《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》[2]列出得知，本地區(qū)動(dòng)峰值加速度0.05g，對照裂度為6°。近50年該地區(qū)沒有發(fā)生過大的地震活動(dòng)，屬地質(zhì)活動(dòng)較穩(wěn)定地區(qū)。

3.2 礦床開采環(huán)境地質(zhì)預(yù)測

本區(qū)地表植被發(fā)育，夏季氣候較濕潤、生態(tài)環(huán)境良好。礦山開采時(shí)有可能造成環(huán)境污染問題。

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

(2) 環(huán)境污染：礦山生產(chǎn)必將產(chǎn)生大量尾礦和生活垃圾，這些固體物質(zhì)露天堆放，不僅站用大量的土地資源，而且經(jīng)風(fēng)吹、日曬、雨淋后，通過氧化、溶解、擴(kuò)散等作用，可直接污染空氣、水體、土壤等。其次，生產(chǎn)、運(yùn)輸過程中不可避免地產(chǎn)生粉塵、噪音等，使空氣污染，環(huán)境惡化。

(3) 燒制過程中必將產(chǎn)生大量的CO2氣體，隨意排放，將會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)。

(4) 植被破壞：以上環(huán)境地質(zhì)問題有可能導(dǎo)致植被枯死，水土流失以及發(fā)生火災(zāi)等。

(5) 剝離物隨意堆放可引發(fā)滑坡、泥石流等人為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

3.3 防治建議

在合理有序開采當(dāng)?shù)刭Y源的同時(shí)，建議樹立環(huán)保思想，保護(hù)珍貴的土地資源、水資源及植被資源，做到科學(xué)預(yù)防，有效治理，最大可能地降低環(huán)境地質(zhì)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(jìn)行灑水除塵，以防粉塵滿天飛揚(yáng)，污染空氣；對燒制排出的污、廢水，需經(jīng)清污分流及防污處理，符合規(guī)定后再進(jìn)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(yīng)選取合理措施封閉存放，并設(shè)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(yīng)選取合理位置填溝造地，加強(qiáng)管理，以防滑坡和泥石流等人為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

(4) 對燒制過程中產(chǎn)生的大量CO2，應(yīng)進(jìn)行有效的回收，即可增加經(jīng)濟(jì)效益，又可減少由于大量排放

CO2而引起的一系列其他環(huán)境地質(zhì)問題。

(5) 保護(hù)現(xiàn)有的森林，天氣干燥季節(jié)禁止攜帶火源及易燃、易爆物品，生活用火時(shí)要謹(jǐn)慎小心，以防發(fā)生火災(zāi)。

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

3.4 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境類型劃分

礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量良好，附近無污染源，開采不易引發(fā)地面塌陷、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量良好，屬于第Ⅰ類。

4 綜述

4.1 礦床開采技術(shù)條件類型劃分

就礦床開采技術(shù)條件而言，礦床水文地質(zhì)問題比較突出，而工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件比較簡單。遵循水文、工程、環(huán)境地質(zhì)相統(tǒng)一，重點(diǎn)突出的原則，將礦床開采技術(shù)條件類型劃分為：開采技術(shù)條件簡單的以水文地質(zhì)問題為主的礦床，即Ⅲ-1型。

4.2 工作建議

(1) 環(huán)境地質(zhì)要采取科學(xué)措施，防治結(jié)合，綜合利用，以減輕對環(huán)境的污染。

(2) 工程地質(zhì)要注意第四系松散巖層在雨季飽水后形成滑動(dòng)和崩塌。進(jìn)一步查明露采邊坡與結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系，確定合理的邊坡角。

(3) 水文地質(zhì)要注意開采地下水位以下礦體時(shí)，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(chǎn)儲(chǔ)量委員會(huì).GB12719-91礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].北京：國家技術(shù)監(jiān)督局，1991.

[2]中國地震局.GB18306-2001中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖[S].北京：國家技術(shù)監(jiān)督局，2001.

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1007-9386(2015)02-0031-04

2014-11-28