吉林省磐石市馬鞍山石墨礦開采技術(shù)條件分析

徐春華+苗健++王紅枚++王強

摘 要：馬鞍山石墨礦位于吉林省磐石市，屬于丘陵地區(qū)，礦井以基巖風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水為直接充水水源的水文地質(zhì)條件簡單類型；礦體及圍巖穩(wěn)定性極差，易發(fā)生圍巖坍塌掉塊和頂板冒頂?shù)炔涣脊こ痰刭|(zhì)現(xiàn)象，礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬以軟弱-碎裂巖組為主的復(fù)雜類型；礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量不良；開采技術(shù)條件為以工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)問題為主復(fù)合問題礦床。本文對開采技術(shù)條件進行了分析。

關(guān)鍵詞： 磐石 石墨礦 開采技術(shù)條件

中圖分類號： P619 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（c）-0089-02

1 礦區(qū)自然地理、水文氣象情況

礦區(qū)位于吉林省磐石市355°方位，直距45km，運距50km，行政區(qū)劃隸屬煙筒山鎮(zhèn)。礦區(qū)屬于哈達嶺山脈與大黑山之間的丘陵地區(qū)。地形切割中等，屬Ⅲ級地形。礦區(qū)東側(cè)有飲馬河上游支流，由南向北東流去，其他均為其支流，主要是山間徑流，隨季節(jié)變化明顯。該區(qū)為北寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季變化明顯，冬季長而寒冷，夏季短而炎熱，累年平均降水量717.3mm，每年12月至翌年3月為封凍期，凍土厚1.60～1.70m。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)

2.1 含水層

（1）第四系全新統(tǒng)沖積砂礫石孔隙潛水含水層：分布于礦區(qū)西部及南部，主要由砂、礫石及亞粘土組成，厚度15～30m，水位埋深1～7.4m，富水性較弱。（2）基巖風(fēng)化裂隙水及含水層：該含水層在礦區(qū)內(nèi)大面積分布，主要為三疊系大醬缸組板巖、含礫板巖、絹云母石英巖、炭質(zhì)板巖及粉砂質(zhì)板巖等，本區(qū)石墨礦層賦存此層位，淺部風(fēng)化裂隙發(fā)育，風(fēng)化帶厚度一般30～64.30m。另外，巖石本身裂隙也極為發(fā)育，富水性較弱。

2.2 相對隔水層

礦區(qū)范圍內(nèi)各含水層節(jié)理、裂隙發(fā)育，各含水層間均有水力聯(lián)系，不存在隔水層，但在深部節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖石堅硬，完整性好的地段，可視為相對隔水層。

2.3 構(gòu)造破碎帶水文地質(zhì)特征

（1）構(gòu)造破碎帶裂隙水：礦區(qū)位于區(qū)域上仙人洞向斜的西南端部，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。仙人洞向斜：礦區(qū)主要為一不對稱向斜，石墨礦層賦存于此層位，位于向斜東南端。構(gòu)造破碎帶內(nèi)賦含構(gòu)造破碎帶裂隙水。

（2）基巖構(gòu)造裂隙承壓水含水層：分布于礦區(qū)東部及西部，巖性為板巖、含礫板巖、絹云母石英巖、炭質(zhì)板巖及粉砂質(zhì)板巖等，石墨礦層賦存于此層位，據(jù)鉆孔簡易水文觀測，均有涌水現(xiàn)象發(fā)生，賦含構(gòu)造裂隙承壓水，富水性不均。

2.4 地下水的補給、徑流、排泄條件

本區(qū)屬于丘陵區(qū)，地下水的主要補給來源為大氣降水，本區(qū)地下水排泄方式主要為徑流及蒸發(fā)。第四系沖積層的透水性良好，孔隙潛水與地表水有密切水力聯(lián)系，潛水位一般高于河水位標高，則孔隙潛水補給地表水，除一部分潛水被地表徑流排泄外，主要沿其水流方向向下游運移，最終以地下徑流形式排出區(qū)域以外。

2.5 礦坑充水因素分析

（1）自然因素：根據(jù)礦區(qū)動態(tài)資料，豐水期坑道及泉流量均有顯著增加，地下水位也普遍升高，故大氣降水是坑道的充水影響因素之一。（2）人為因素：未封閉好的鉆孔將地下水直接導(dǎo)入坑道。另外，本區(qū)內(nèi)及其周圍存在廢舊礦井，生產(chǎn)礦井、報廢礦井內(nèi)采空區(qū)及老采空區(qū)預(yù)計有積水。

2.6 礦坑涌水量

（1）礦區(qū)周邊石墨礦及掘進巷道水文地質(zhì)情況：現(xiàn)生產(chǎn)礦井最低開采標高為150m，井筒裂隙發(fā)育，主要含水層在地表以下30～40m，為風(fēng)化裂隙水，礦井最大涌水量為40m3/d，最小涌水量為30m3/d。（2）未來礦井充水因素分析及涌水量預(yù)測：礦區(qū)南部現(xiàn)有礦井的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件與未來礦井的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件相似。采用水文地質(zhì)比擬法預(yù)測未來坑道開采標高至-140m時的礦井涌水量。預(yù)算結(jié)果：Q最大=2494m3/d，Q一般=1871m3/d。該預(yù)算結(jié)果為正常條件下的礦井涌水量，不包括生產(chǎn)條件的改變、人為、遇構(gòu)造帶、導(dǎo)通地表水、采空區(qū)積水、洪水期間、瞬間突水等及其他因素影響。

2.7 水文地質(zhì)條件評價

綜上所述，部分礦體埋藏于當(dāng)?shù)厍治g基準面以下，礦坑主要充水因素為基巖風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水，間接充水水源為第四系孔隙水。同時廢棄（停采）礦山的采空區(qū)積水易成為礦坑主要充水水源。構(gòu)造裂隙水易形成局部富水帶。礦區(qū)的水文地質(zhì)條件的復(fù)雜程度為簡單類型。

3 礦區(qū)工程地質(zhì)條件

根據(jù)礦區(qū)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖石物理力學(xué)性能、巖石風(fēng)化程度及礦區(qū)水文地質(zhì)特征等條件，將礦區(qū)劃分為三個工程地質(zhì)巖組：松散軟弱巖組、碎屑巖組、塊狀組及軟弱破碎帶。

3.1 松散軟弱巖組

主要由第四系全新統(tǒng)沖積砂、礫石及亞粘土組成。在礦區(qū)及外圍均有覆蓋。屬軟弱巖組。

3.2 碎屑巖組

該巖組巖性為板巖、變質(zhì)砂巖、砂礫巖、砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、絹云母石英巖及礦體等。根據(jù)鉆孔水文工程地質(zhì)巖芯編錄，該巖組淺部風(fēng)化帶裂隙發(fā)育，巖芯整體較破碎，呈塊狀，礦體及礦體頂?shù)装鍘r芯均極破碎，導(dǎo)致礦體及礦體圍巖無法取樣，尤其是炭質(zhì)板巖，即使取樣也不能完成巖石物理力學(xué)試驗，穩(wěn)定性差，巖芯完整性極差，為軟弱層。在鉆孔鉆進過程中，部分鉆孔在鉆進過程中出現(xiàn)礦體頂?shù)装甯浇霈F(xiàn)坍塌現(xiàn)象，使鉆孔鉆進困難。根據(jù)巖石RQD值統(tǒng)計結(jié)果表明，礦體及礦體頂?shù)装錜QD值均較低，表明巖石等級為劣的或極劣的，巖石整體破碎，穩(wěn)定性差。試驗結(jié)果表明，炭質(zhì)板巖及含礫板巖烘干單軸抗壓強度值均很低，表明礦體圍巖抗壓強度值均較低，穩(wěn)定性差。巖石屬軟弱巖石。

3.3 軟弱破碎帶

主要為各類巖石的風(fēng)化帶、構(gòu)造破碎帶及軟弱層。該區(qū)巖石風(fēng)化帶及構(gòu)造破碎帶分別含有風(fēng)化裂隙水及構(gòu)造裂隙水，由于地下水作用降低了巖石的膠結(jié)程度，破壞了巖體完整性，導(dǎo)致巖石物理力學(xué)指標的降低。另外，從巖芯編錄看，礦體、礦體圍巖及部分地段巖石膠結(jié)程度差，巖芯呈碎塊狀-松散狀，質(zhì)軟，屬軟弱層，是礦井生產(chǎn)的不利因素，易發(fā)生圍巖坍塌掉塊和頂板冒頂?shù)炔涣脊こ痰刭|(zhì)現(xiàn)象。

3.4 井巷穩(wěn)定性評價

礦體及近礦體近頂?shù)装鍘r芯均極破碎，尤其是炭質(zhì)板巖裂隙發(fā)育、構(gòu)造破碎帶及軟弱夾層等地段，礦體及圍巖穩(wěn)定性極差，易發(fā)生圍巖坍塌掉塊和頂板冒頂?shù)炔涣脊こ痰刭|(zhì)現(xiàn)象。故本區(qū)工程地質(zhì)條件屬以軟弱-碎裂巖組為主的復(fù)雜類型。

4 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)

（1）地震狀況：本區(qū)地震烈度為Ⅵ度，地震動峰位加速度為0.05g，屬于地震穩(wěn)定區(qū)。（2）水體現(xiàn)狀：地表水主要是山間徑流，為HCO3-Ca-Mg型水，水量隨季節(jié)變化明顯，沿溝谷地帶排出礦區(qū)。地下水主要是礦坑水及泉水，根據(jù)水質(zhì)分析報告，水質(zhì)環(huán)境背景值變化不大。（3）采礦產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境問題淺部開采易形成地面塌陷?，F(xiàn)生產(chǎn)礦山已經(jīng)形成大面積塌陷區(qū)。采空區(qū)及老窯積水：本礦區(qū)南部石墨礦于20世紀70年代建井，存在許多廢棄礦井，地下已形成采空區(qū)。石墨礦采出干燥后，粉塵較大，應(yīng)注意加強風(fēng)塵措施，避免造成環(huán)境粉塵污染。綜上所述，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量不良。

5 開采技術(shù)條件小結(jié)

綜上所述，該礦床是以孔隙、裂隙含水層充水為主的水文地質(zhì)條件簡單類型；工程地質(zhì)條件屬以軟弱巖組為主的復(fù)雜類型；地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量不良；其開采技術(shù)條件為以工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)問題為主復(fù)合問題礦床。

參考文獻

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