吉林省大栗子外圍銀多金屬礦床開采技術條件

楊鐵軍，孔文博，袁普普

（吉林省有色金屬地質勘查局六0二隊，吉林 白山 134300）

1 區域地質特征

勘查區所處大地構造位置為中朝準地臺（Ⅰ）、遼東臺隆（Ⅱ）、太子河—渾江陷褶斷速（Ⅲ）、鴨綠江凹褶斷速（Ⅳ）中段北緣。

2 礦床開采技術條件

2.1 水文地質

2.1.1 地形地貌、水文及氣象

礦區位于長白山系龍崗山脈中部南東麓，屬低山區，溝谷切割較深，海拔標高為318m～840m，相對高差較大，當地侵蝕基準面標高為318m。區內有三條小河，東溝河、頭道溝小河還有一條無名河(最好起個名)，均為鴨綠江的支流，主要河流為東溝河，由北而南注入鴨綠江。東溝河豐水期流量為1.78L/s，枯水期流量為0.02L/s。其余兩河為季節性河流[1]。本區屬北寒溫帶大陸性季風氣候，大氣降水是區內地下水的主要補給來源，主要集中于6～8月份。年氣溫最高33℃，最低-30℃，年平均5℃。封凍期由11月末至翌年4月，最大凍土深度為1.2m。

2.1.2 含水層

（1）第四系砂、礫石孔隙水含水層。含水層分布于鴨綠江沿岸及礦區東溝河谷中，由砂、礫石組成，礫石磨圓度和分選性較好，含水層厚度為3m～15.45m。據8月份觀測河水流量為0.17L/s～0.093L/s，平均水溫10℃。含水層水化學類型為HCO3-Ca型水，地下水主要排泄于鴨綠江，對礦床開采無影響。

（2）基巖風化裂隙水含水層。該含水層巖性主要是含礫砂巖，風化帶厚度為4.30m～49m，全部鉆孔均無涌水現象，該含水層主要補給來源為大氣降水，受季節性影響；該層地下水主要以潛流形式排泄于溝谷低洼處，最終匯聚成河流入鴨綠江。富水性較差，屬弱富水含水層。

2.1.3 隔水層

風化帶以下未風化的基巖可視為隔水層，主要巖性為千枚巖、大理巖。

2.1.4 地下水補給、徑流和排泄

該區屬低山區，地下水主要由大氣降水補給，本區處于低山深切割區，地下水可以通過斜坡地帶徑流，向兩側斜坡排泄。基巖風化裂隙含水層是區內主要含水層，大氣降水是基巖裂隙水的補給來源，大部分降水沿山坡傾斜方向匯入溝底，只有少部分滲入基巖裂隙[2]。形成基巖風化裂隙水，以泉水的形式排泄于溝谷，蒸發是另一種排泄方式。

2.1.5 礦區構造條件

礦區內構造發育有褶皺構造和斷裂構造，褶皺構造主要為老嶺群大栗子組中的褶皺構造，形成軸向北北東向的大栗子開闊向斜構造。斷裂構造主要為蓋層中的構造，以北東向為主，北東東向斷裂最為發育，其次有北北西向斷裂。F18、F19為區內主干斷裂，F18屬壓扭性斷裂，縱貫全區，走向40°～60°，傾向南東，5號勘探線剖面上鉆孔ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK7孔均揭露到構造破碎帶，ZK1、ZK2兩孔揭露到4條構造破碎帶，ZK5孔揭露破碎帶最厚為87.9m。礦區構造為淺部構造，只發育在青白口系砂巖層中，沒有切割到大栗子組深部礦體，北西西向斷裂F6、F7在區內發育，但規模小，亦發育在區內蓋層中。綜上所述，該區構造條件對礦床開采影響較小。

2.1.6 充水因素分析

區內地下水類型主要為基巖風化裂隙水，大氣降水是基巖裂隙水的補給來源，未來礦井充水主要為基巖風化裂隙水補給，礦區地表有3條小河，在上游排泄基巖風化裂隙水，在下游又補給基巖風化裂隙水[3-6]。其流量隨季節性變化，最終均排泄于鴨綠江中，除此之外，還應注意鴨綠江水，礦區邊界距鴨綠江直線距離500m左右，未來開采過程中要預防有勾通鴨綠江水的隱伏導水斷層存在。

2.1.7 礦坑涌水量估算

計算公式：

式中：Q-預測礦坑涌水量（m3/d）；

Q1-小栗子四區鐵礦礦坑涌水量為資料收集最大涌水量為158（m3/d），正常涌水量為50（m3/d）；

S-預測水位降低為礦區內所有地表鉆孔平均終孔穩定水位標高與礦體最低標高之差1599（m）；

S1-小栗子四區鐵礦水位降深為資料收集330（m）；

F-預計首采區開采面積120000（m2）；

F1-小栗子四區鐵礦開采面積為390936.44（m2）。

計算結果：

地圖應用是地圖理論和地圖技術的主要出口，而案例教學可以作為聯接數字制圖理論與應用的通道，起到促進理論知識吸收、完善課程教學效果的作用.通過在案例教學中設置一些學生感興趣的問題，如美國在中國的什么方位？在具體解答過程中，學生需對所學地圖相關知識進行綜合運用，在這個過程中，地圖知識得到消化吸收，即學生對所學知識進行理解打散、重新組合、形成自己知識體系中的一部分的過程.同時，在案例教學中還要加強多門學科之間的聯系，鼓勵創新性思維，使學生具備寬闊的知識面，快速更新知識.

經計算，該礦區最大涌水量為192.69m3/d,正常涌水量為60.98m3/d。在計算過程中所引用的預測面積是礦體儲量計算的面積，待正式開采時，用實際面積重新計算。

2.1.8 供水方向

本區地下水為基巖風化裂隙水，含水層的富水性較差，地下水補給又具有季節性特征，枯水期內地下水資源有限，滿足不了工業用水的要求。本區主要地表河流為鴨綠江支流東溝河，常年流水，可作為本區供水水源。

2.1.9 礦床水文地質評價

基巖風化裂隙水是未來礦坑充水的間接充水水源，屬弱富水。開采礦石無地表水影響，礦床水文地質條件為簡單類型。

2.2 工程地質

2.2.1 工程地質巖組特征

（1）軟弱巖組。由分布于鴨綠江沿岸及東溝河溝谷中的第四系全新統沖積砂、礫石、殘坡積層、基巖風化帶、構造破碎帶及大栗子組與大羅圈河組接觸帶上泥質膠結的底礫巖層構成，其中山間溝河谷松散巖組對礦床開采無意義，此不贅述。據鉆孔資料可知，基巖風化帶厚4.3m～49m，巖石風化成碎塊狀，巖石質量指標RQD值為90%,巖石等級為極劣的，巖體破碎，巖體結構類型為散體結構，碎裂結構。建井時遇到以上軟弱層需支護。

（2）堅硬巖組。該巖組為未風化礦體及頂底板巖石，呈塊狀構造，以IV極或V級結構面為主，且結構面多為閉合，巖石力學強度高，巖層穩定性好。鐵礦體頂底板圍巖為千枚巖，銀多金屬礦體頂底板巖石為大理巖，千枚巖RQD值一般在95%,大理巖RQD值一般在95%,巖石質量等級以好的為主，巖體較完整，據銀多金屬礦體及頂底板力學性質試驗成果可知，大理巖抗壓強度為37.6MPa～88.1MPa，銀多金屬礦體抗壓強度為73.1MPa，屬堅硬及半堅硬巖石。

2.2.2 井巷穩定性評價

該礦區開采為坑道開采，該區對銀多金屬礦體及礦體頂底板圍巖共進行了3組物理力學試驗，巖(礦)石力學性質見表1。

表1 巖(礦)石力學性質一覽表

由表中可知，礦體頂板圍巖單軸抗壓強度大于60MPa，巖體結構屬于整體結構，未出現構造變形。礦體單軸抗壓強度大于60MPa，巖體結構屬于整體結構，未發現構造變形。礦體底板圍巖單軸抗壓強度均大于30MPa，巖體結構屬于塊狀結構。

本礦區鐵礦體未進行物理力學試驗，但本區與鄰區小栗子四區鐵礦在巖石結構上屬同種類型，在空間上是同一礦體群，小栗子四區勘探中對礦石物理機械性能進行了較多的測試，礦體與圍巖均為堅硬。小栗子四區對礦體的測試結果為：密度為4.43g/cm2，抗壓強度為1725.87kg/cm2，抗拉強度為523.16kg/cm2，抗剪強度，內聚力為191.73kg/cm2，摩擦系數為0.81；圍巖千枚巖結果為：抗壓強度為523.16kg/cm2，抗剪強度，內聚力為116.65kg/cm2，摩擦系數為0.56。鐵礦體賦存在千枚巖中，礦體與圍巖整合接觸，界線明顯，在走向與傾向上反映同步變形。局部礦體與圍巖接觸面，由于物性差異，往往受力變形后，在接觸面處圍巖柔皺強烈，甚至形成小的破碎帶。總的看礦體與圍巖都較堅固，礦體中裂隙不發育，不易發生冒頂，片幫現象。

總體看來，本區內斷裂構造不發育，巖體較完整，礦體及其圍巖巖石力學強度較高，無軟弱夾層存在，礦體傾角中等。

2.2.3 工程地質評價

該區地形地貌簡單，地形有利于自然排水，地層巖性界限清楚，地質構造簡單。巖體質量等級為Ⅰ級；巖體完整程度為完整，巖體結構以整體塊狀為主；巖體為堅硬巖和半堅硬巖。該區巖石強度較高，穩定性較好，不易發生礦山工程地質問題。故該礦床工程地質條件為簡單類型。

2.3 環境地質

2.3.1 區域穩定性

該區在“東北地區烈度區劃圖”上，白山地區抗震設防烈度為Ⅵ度區，地震動峰值加速度值為0.05g，自有地震記載以來，區域內未發生過破壞性地震。據吉林省地震局記錄，僅發生過幾次小于4級的地震，對該區無破壞性影響，故該區屬地震穩定區。

2.3.2 自然地理環境及社會環境

該區位于低山地區，植被茂盛，林地密集，自然環境好，附近無居民居住；該區不屬于文物保護區和自然保護區，無滑坡、泥石流等地質災害發生，開采礦石不會造成山體開裂、巖體崩塌、滑坡、泥石流等人為地質災害和地質環境的污染。該區開采礦床不會影響當地自然地理及社會環境。

對該區鉆孔巖心進行了放射性檢測，檢測結果均在正常值范圍，無放射性元素存在。詳見簡測結果表2。

表2 γ輻射空氣吸收劑量率監測結果表（單位：nGy/h）

本次工作沒有測深孔的溫度，收集了鄰區（小栗子鐵礦四區和東風鐵礦區）不同標高的采礦坑道溫度檢測數據，可以作為本礦將來開發生產利用的依據

坑口向平巷200m處恒溫區域進行測量，常年平均值為4.6℃，測量期間-50m以上采取自然通風方式，-50m中段以下僅測量豎井馬頭門向里約150m處，其中-300m處測得空氣溫度15.5℃，掘進作業面因通風影響溫度將較測量值升高約5℃左右，另外因礦井深部氣壓較地表低40%以上，礦井深部空氣中含氧量較地表低約30%以上，礦井內體感溫度均較溫度計溫度感覺高約10℃左右。

由于只能收集到小栗子鐵礦四區礦體最低開采標高-300m的低溫測量結果，發現每降低100m，溫度會升高2度；而此次工作的礦區，最低開采礦體標高為-1050m，如果按照相鄰礦區進行比擬，則開采至-1050m標高時，溫度可能會達到30.5度。建議礦山在開采時必須加強通風并全天候開啟主扇和局部風機，加強通風，防止作業面溫度升高。

2.3.3 地表水及地下水環境

（1）地表水：礦區范圍內無居民居住，植被、林木發育，不存在污染源，地表水水質良好。

（2）地下水：地下水含水層主要為基巖風化裂隙水，靠大氣降水滲入補給，今后采礦坑道中可視為不含水的巖(礦)石，但應注意礦坑水的排出對地表水造成輕度污染。

2.3.4 礦山生產活動對地質環境影響分析

礦山開采的環境地質問題主要表現為礦坑水的排放對環境的污染及礦山開采會產生局部地面塌陷。建議未來礦山開采多采用充填法開采，尾礦渣多數可用于井下充填，減小對地表植被的破壞，降低對礦山環境及生態系統的影響，降低甚至可以避免引發地表塌陷的可能性。礦山長期疏干排水可能造成地下水質、水量的變化，可能引起局部地下水位的下降。由于礦區周圍無居民居住，所以對周圍居民的生產和生活用水影響小。該區水化學類型為HCO3-Ca型水。PH值6.79～8.26，水質較好。礦坑排水會對地表水產生輕度的污染，還要注意開采時有害組分砷的排放。建議未來礦山開采時，加強對礦坑排水的動態監測，以防污染鴨綠江水。

2.3.5 環境地質條件評價

區域穩定性好，區域未發生過破壞性地震，對礦床開采沒有影響。

礦區水環境質量良好，地下水、地表水水質良好，水化學類型為HCO3-Ca+Mg型水，PH值為6.79～8.26。適用于生活、工業及農業用水要求。總體來看，礦區位于地震穩定的低山地區，無自然地質災害發生。因開采方式為充填式開采，所以礦石不會造成人為地質災害和地質環境的污染。

本礦區礦體埋深較大，鐵礦體最大可采深度標高為-1050m，局部礦體砷、隔、硫含量偏高，這對礦體開采以及采后冶煉均為不利因素，有害成分溶濾到地下水排出坑道若不采取相應措施處理，會嚴重污染地表水，加之隨著開采深度加大，地溫梯度值也在增大，開采到-1050m時，溫度可達40℃左右，這些都會嚴重影響作業人員的身體健康，因此礦區地質環境質量定為中等類型。

表3 水質分析結果表

2.4 礦床開采技術條件評價

綜上所述，該礦床的地形有利于自然排水。含水層富水性弱，附近無大的地表水體影響。礦床水文地質條件為簡單類型。礦體圍巖單一，結構面不發育，井巷穩定性好。工程地質條件為簡單類型。礦床地處地震穩定的低山地區，無原生環境地質問題，地質環境質量為中等類型。因此開采技術條件定為以環境地質問題為主的中等復雜類型礦床(即Ⅱ-3型)。