木耳溪金屬礦開采技術(shù)條件分析評價

周 俊，龍?；?/p>

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊，貴州 清鎮(zhèn) 551400）

木耳溪錳礦行政區(qū)劃隸屬貴州省銅仁市松桃縣孟溪鎮(zhèn)管轄，距松桃縣城公路里程數(shù)約50km，距渝懷鐵路孟溪站約18km，松桃至孟溪鎮(zhèn)有省道S304通過，礦區(qū)有簡易公路及鄉(xiāng)村公路與S304相連，交通條件方便，全區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通信條件好。礦區(qū)地理極值坐標為東經(jīng)108°53′05″～108°55′40″，北緯28°03′22″～28°04′31″，礦區(qū)呈不規(guī)則多邊形，面積6.59km2。礦區(qū)礦石資源量145.12萬噸，其中控制錳礦石資源量為84.41萬噸，推斷錳礦石資源量為60.38萬噸，分布標高為+450m～+690m。礦床開采技術(shù)條件對礦產(chǎn)資源開發(fā)的經(jīng)濟意義影響巨大，礦產(chǎn)勘查報告審查備案中，礦床開采技術(shù)條件勘查程度具有一票否決權(quán)，查明其開采技術(shù)條件，特別是水文技術(shù)條件的查明迫在眉睫，意義重大。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

1.1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

木耳溪錳礦礦床區(qū)域上位于烏江和沅江兩水系之分水嶺之烏羅-大屋水文盆地，北起筆架山，南至思力董-小灣瑙，東起大坳，西至楊家灣，分屬松桃、印江兩縣所轄，地理坐標東經(jīng)107°50′05″～108°55′56″，北緯27°59′55″～28°06′09″，為一個完整的水文地質(zhì)單元，面積約75km2。

區(qū)域含水層第四系富水性弱。寒武系紐芬蘭統(tǒng)及第二統(tǒng)（?1-2）清虛洞組白云巖和灰?guī)r含巖溶水，富水性強；九門沖組細晶灰?guī)r、牛蹄塘組底部硅質(zhì)磷塊巖含巖溶裂隙水或承壓裂隙水，富水性弱。震旦系（Pt33）燈影組、陡山沱組白云巖含巖溶水，富水性強。南華系（Pt32）南沱組冰漬礫巖及含礫質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)粘土巖，大塘坡組第一段含錳礦層及富祿組的長石石英砂巖、砂巖、冰磧礫巖等，富水性弱，含基巖裂隙水或承壓裂隙水。

區(qū)域內(nèi)寒武系高臺組（?3g）、杷榔組（?2p）、變馬沖組（?2b）、南華系大塘坡組第一段(Pt32bd1)及青白口系張家壩組（Pt31dzh）為相對隔水層，其巖性為泥質(zhì)白云巖、砂質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)粘土巖及板巖等。

1.2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

1.2.1 氣象水文

礦區(qū)內(nèi)氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L氣候，冬冷夏熱，春溫秋爽，四季分明，氣候宜人，雨量充沛，熱量豐富。據(jù)氣象資料，區(qū)內(nèi)12月至翌年2月為旱季，年均氣溫為10℃，月均最高氣溫為25℃，月均最低氣溫為2℃，1～2月有霜凍，全年無霜期大約291天；年均降水量為1386.45mm，月最大降水量為1194mm，日最大降水量為101mm，5～7月份為雨季，降水量達898mm。降雨豐富，溪流眾多，北部有由北西、南西-北東流的木耳溪、青石溪，屬長江流域沅江水系。

1.2.2 地形地貌

礦區(qū)地形上以山谷相間斜坡地形為主，屬河流侵蝕切割地貌，地勢陡峻，總體地貌是南東高北東低，形成多個“V”字形峽谷，山脈呈北東向展布。最低處位于礦區(qū)北東端，海拔標高為480m，為當?shù)刈畹颓治g基準面，最高處位于礦區(qū)南東側(cè)，海拔標高970m，最大高差490m，一般高差一般高差300m～400m，屬云貴高原貴州東部的中低山地貌。

1.2.3 地層含隔水性

礦區(qū)及其鄰近范圍內(nèi)，各地層含隔水性分述如下。南華系富祿組（Pt32bf）含基巖裂隙水，富水性弱，該層為礦層的底板直接充水含水層；大塘坡組第一段（Pt32bd1）習稱為“含錳巖系”，厚0～25m，含基巖裂隙水，富水性極弱，該層為礦層的頂板直接充水含水層；大塘坡組第二段（Pt32bd2）厚170m～217m，該層含基巖裂隙水，富水性弱；南沱組（Pt32cn）含基巖裂隙水，富水性弱。震旦系陡山沱組（Pt33d）為碳酸鹽巖巖溶裂隙水及基巖裂隙水組合，富水性中等，遠離礦層，對礦床充水基本無影響；燈影組（Pt33b?dy）為碳酸鹽巖巖溶裂隙水及基巖裂隙水組合，富水性中等，遠離礦層，對礦床充水基本無影響。寒武系牛蹄塘組（?1-2n）該層含基巖裂隙水，富水性弱，層遠離礦層，對礦床充水基本無影響；九門沖組（?2jm）遠離礦層，對礦床充水基本無影響；變馬沖組（?2b）含基巖裂隙水，富水性弱，遠離礦層，對礦床充水基本無影響。第四系（Q）主要分布在斜坡、河谷及山間低洼地帶，巖性為粘土、亞粘土、砂、礫等，結(jié)構(gòu)疏松。地下水類型主要為孔隙水，在調(diào)查區(qū)未發(fā)現(xiàn)泉點，對礦層充水無影響。

1.2.4 主要構(gòu)造破碎帶的水文地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)搖香董正斷層（F1）位于礦區(qū)北東角搖香董附近，總體呈北東向（39°～219°）延伸，傾向北西，傾角62°，區(qū)內(nèi)延伸長約1km，斷距約30m，斷層上、下盤皆為大塘坡組的粉砂質(zhì)粘土巖和南沱組的冰磧礫巖，該斷層未切割錳礦層，對礦床充水不影響。道塘正斷層（F3）位于礦區(qū)中部斜穿道塘水庫，總體呈北東向（45°～225°）延伸，傾向南東，傾角83°，區(qū)內(nèi)延伸長約1.8km，斷距約15m～25m，斷層的南東盤為上盤，上盤為大塘坡組的粉砂質(zhì)粘土巖和南沱組的冰磧礫巖，下盤的地層主要為富祿組的砂巖，大塘坡組的粉砂質(zhì)粘土巖和南沱組的冰磧礫巖，該斷層未切割錳礦層，對礦床充水不影響；木耳溪正斷層（F5）為礦區(qū)內(nèi)的一級斷裂，從礦區(qū)北西角干田灣附近穿過，總體呈北東向（64°～244°）延伸，傾向南東，傾角74°，其上、下盤巖性主要為南沱組的冰磧礫巖，斷距不詳，該斷層未切割錳礦層，對礦床充水不影響。

1.2.5 地表水及地下水動態(tài)

礦區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，泉井（點）地表出露較多，受大氣降水控制，主要匯入礦區(qū)中部的道塘水庫；區(qū)內(nèi)河水、溝水一般在暴雨后短時間內(nèi)流量暴漲，雨后水位迅速下降，枯水期流量明顯變小，流量變幅較大。地表水的變化與降水量的變化趨于一致性，水溫隨氣溫變化而變化。礦區(qū)內(nèi)地下水主要以基巖裂隙水的形式存在，經(jīng)長觀顯示，流量隨季節(jié)性變化幅度較小；對礦區(qū)做了Pt32bd2、Pt32bd1及Pt32bf組的混合抽水試驗，進行了3個降深抽水，求得滲透系數(shù)為0.0062，由此可知該礦區(qū)范圍內(nèi)地下水系統(tǒng)含水性整體含水性弱。

1.2.6 充水因素分析

（1）充水來源。

直接充水水源是礦體頂板大塘坡組第一段（Pt32bd1）及礦體底板富祿組（Pt32bf）所含的基巖裂隙水含水層，礦山開采過程中，將直接進入礦坑，成為礦床充水的直接水源。間接充水水源有大塘坡組第二段（Pt32bd2）基巖裂隙水地下水，與含礦層之間有底部的炭質(zhì)頁巖相隔，這些裂隙水通過構(gòu)造裂隙、冒落裂隙等通道進入礦井。道塘水庫位于礦區(qū)的中部，相應(yīng)庫容為1690萬m3，當?shù)V床開采標高低于水庫的水位時，水庫的水將會通過構(gòu)造裂隙、冒落裂隙等充向礦床。

（2）充水通道：主要構(gòu)造裂隙、冒落裂隙。

構(gòu)造裂隙其導水性隨深度的加大而變?nèi)?，為淺部錳礦礦床充水的直接通道。采礦期間產(chǎn)生的冒落裂隙將會起到主要的導水作用，其作用是使錳礦巷道與上覆含水層、地表水體等溝通，從而使上述各類充水水源滲入或涌入礦井；通過計算，落帶最大高度為8.0m，導水裂隙帶最大高度為35.53m，采礦影響頂板總高度為43.53m。礦區(qū)礦層上覆隔水層均大于43.53m，在深部采礦時導水裂隙帶導通錳礦層與道塘水庫之間的水力聯(lián)系的可能性小。

（3）礦區(qū)充水因素及地下水的補給、徑流、排泄條件。

礦區(qū)內(nèi)地下水補給來源主要靠大氣降水及礦區(qū)北東側(cè)的道塘水庫，通過基巖裂隙直接滲透至含水層，含水層露頭面積少，成帶狀分布，受水面積小，僅在低洼及溪溝部分有地表水滲透，未來礦坑充水主要受礦層層間小斷層和裂隙控制。礦區(qū)充水直接靠大氣降水和地表水補給，經(jīng)地下徑流之后，以泉點形式排出地表，再補給地表水。道塘水庫是礦區(qū)的補給來源也是排泄通道，在采礦過程中，位于道塘水庫蓄水水位之上的礦石資源量，可采取自然排水，而埋于道塘水庫蓄水水位以下的部分資源量，要特別注意道塘水庫對礦坑充水的影響。

1.2.7 供水水源

礦坑涌水由于含錳比較高，不能直接進行利用為礦山生活生產(chǎn)用水。礦區(qū)北東側(cè)的坪南河，是道塘水庫下游河流，未受工業(yè)污染，坪南河流量較大，常年流水，枯季調(diào)查其流量為220L/s。取水樣進行水質(zhì)分析，達到生活飲用水標準，可作為未來礦山生產(chǎn)和生活水源地。

1.2.8 水文地質(zhì)類型

礦體頂板大塘坡組第一段（Pt32bd1）及礦體底板富祿組（Pt32bf）所含的基巖裂隙水，即礦床為頂、底板直接充水；區(qū)內(nèi)主要礦體的大部分位于當?shù)厍治g基準面以上，而有小部分礦體位于最低侵蝕基準面以下，上覆層較厚且存在隔水層，地形有利于自然排水。綜上所述，礦區(qū)為以裂隙充水為主的直接充水礦床，水文地質(zhì)類型屬第二類，水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等復(fù)雜。

2 礦井涌水量預(yù)測

2.1 涌水量預(yù)測的原則、范圍及邊界條件

本次研究礦體產(chǎn)出標高為+450～+690m，采用+450m標高以上礦層的開采面積估算范圍0.578816km2計算未來錳礦開采的礦井涌水量。先期開采區(qū)離露頭區(qū)較近，開采地段的外圍多為自然疏干邊界。

2.2 預(yù)測方法及預(yù)測結(jié)果

2.2.1 大井法

根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，未來開采中地下水向礦井的充水定為潛水運動，故礦井涌水量預(yù)算公式采用無壓“大井”公式計算，計算得Q一般為670.11m3/d，Q最大為1427.33m3/d。

2.2.2 比擬法

利用鄰近白石溪錳礦生產(chǎn)礦山的生產(chǎn)資料,采用“水文地質(zhì)比擬法”預(yù)測+450m標高以上水平礦坑涌水量，具體算得出：Q一般為1709.69m3/d，Q最大為3641.64m3/d。

2.2.3 涌水量預(yù)測結(jié)果及評述

經(jīng)過上述預(yù)測，用“大井法”自含水層抽水試驗成果，基本上反映了礦床主要充水含水層的富水性及導水性?！氨葦M法”預(yù)算建立在水文地質(zhì)條件相似的生產(chǎn)礦井調(diào)查資料基礎(chǔ)上，涌水量數(shù)據(jù)來源于生產(chǎn)實踐，建議采用“比擬法”預(yù)測結(jié)果作為未來礦山總體建設(shè)規(guī)劃和礦井設(shè)計的依據(jù)，一般涌水量為1709.69m3/d，最大涌水量為3641.64m3/d。

3 礦區(qū)其他開采技術(shù)條件

3.1 礦區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1.1 工程地質(zhì)巖組劃分

根據(jù)礦區(qū)內(nèi)各巖組的工程地質(zhì)特性、物質(zhì)成份及其組合關(guān)系分析，可將礦區(qū)內(nèi)的工程地質(zhì)巖組劃分松散巖組、軟質(zhì)巖組和硬質(zhì)巖組三類。松散巖類工程地質(zhì)巖組為第四系粘土、亞粘土、卵石、砂礫石等，其自然斜坡穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)松散，力學強度低，易產(chǎn)生滑坡。軟質(zhì)巖類工程地質(zhì)巖組為炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)粘土巖、砂質(zhì)頁巖及粉砂巖，巖石力學強度低，局部地段風化程度高，工程力學性質(zhì)差，斜坡自然穩(wěn)定性差，易發(fā)生滑坡、滑塌等地質(zhì)災(zāi)害。硬質(zhì)巖類工程地質(zhì)巖組主要巖性為灰?guī)r、白云巖、含礫（冰磧）砂巖、長石砂巖、石英砂巖，其巖石力學強度高，工程地質(zhì)條件好。

3.1.2 巖土體工程地質(zhì)特征評價

錳礦層位于Pt32bd1底部地層中，其直接頂板為Pt32bd1的炭質(zhì)頁巖為軟質(zhì)巖類，巖體質(zhì)量級別較差，其頂板穩(wěn)定性較差。礦層直接底板為Pt32bf的含礫砂巖，巖體完整，巖體質(zhì)量級別較好，底板穩(wěn)定性較好。礦區(qū)內(nèi)分布的軟質(zhì)巖組普遍，其物理力學性質(zhì)和抗風化能力均較差，受風化和構(gòu)造等節(jié)理裂隙影響，其穩(wěn)定性較差，易失穩(wěn)，邊坡穩(wěn)定性總體較差。

綜上所述，礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬于第二類第二型，即堅硬-半堅硬巖層為主的工程地質(zhì)條件中等的礦床，不良工程地質(zhì)問題單一，對礦床開采影響不大，工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等復(fù)雜。

3.2 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

3.2.1 地震及不良地質(zhì)現(xiàn)象

礦該區(qū)地震基本烈度為小于Ⅵ度區(qū)，地震峰值加速度小于0.05g，區(qū)域地殼穩(wěn)定。目前未發(fā)現(xiàn)有滑坡、崩塌、地表塌陷、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象存在。礦區(qū)內(nèi)出露地層巖性主要為碎屑巖類巖石，該類巖石易風化，力學性質(zhì)較差，穩(wěn)定性亦較差，應(yīng)預(yù)防上述不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。未來井下開拓開采及礦床疏干排水，可能在地表誘發(fā)崩塌、地裂縫、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，其發(fā)生的可能性大，其危害性大。

3.2.2 礦區(qū)水環(huán)境

地表水及地下水的污染評價：由于礦石和圍巖中含有害元素，經(jīng)過溶濾作用可能隨礦井污水一起排出地面，污染地表水體；礦井水的主要污染物為巖粉、錳粉等懸浮物（SS），含有較多的有機物、有機碳元素，從而使廢水中化學需氧量（COD）偏高；生活污水懸浮物、細菌含量及生化需氧量（BOD）值較高。因此，礦井水和生活污水排放后，將會污染地表水體、地下水，影響地表水環(huán)境；有害元素隨水滲入地下，也會造成對土壤污染。

地下水的變化預(yù)測：隨著開采面積的增大，開采時間的增長，溝通裂隙導水帶，含水層中的地下水就會直接進入礦坑，以礦井為中心的降落漏斗趨于穩(wěn)定，水位不斷降低，部分含水層由層壓轉(zhuǎn)為無壓，礦井排水量靠入滲補給，處于補、徑、排平衡狀態(tài)。礦井開采進入后期，由于含水層部分被疏干，導水裂隙帶和節(jié)理裂隙被逐步充填，地表入滲補給量逐步減少，則礦井排水量逐步衰減。礦井開采進入末期，在其影響范圍內(nèi)，礦井排水變小或不排水。

綜上所述多種制約環(huán)境地質(zhì)的因素，礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)屬第二類。

4 結(jié)論

礦區(qū)內(nèi)最低開采標高位于當?shù)厍治g基準面之下，錳礦層和地表有較厚的隔水層，而且地形有利于自然排水，充水水源為大氣降水和地下水；礦區(qū)涌水量Q一般為1709.69m3/d，Q最大為3641.64m3/d，礦山水文地質(zhì)條件屬中等類型。礦層頂板屬軟質(zhì)巖類，穩(wěn)定性較差；底板屬硬質(zhì)巖類工程地質(zhì)巖組，底板穩(wěn)定性較好；地表巖土體受風化等構(gòu)造節(jié)理裂隙影響，其穩(wěn)定性較差，礦山工程地質(zhì)條件屬中等。礦山環(huán)境地質(zhì)條件屬中等類型。礦區(qū)開采技術(shù)條件屬中等復(fù)雜類型。