吉峰东沟电石灰岩矿山露天开采技术条件浅析

孙泽晨

（中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古 呼和浩特 010010）

【采选技术】

吉峰东沟电石灰岩矿山露天开采技术条件浅析

孙泽晨

（中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古 呼和浩特 010010）

本文浅析鄂伦春自治旗吉峰东沟电石灰岩矿山水文地质、工程地质、环境地质特征，以及矿坑的涌水量计算；矿层顶、底板及矿体的岩体稳定性分析；开采时存在的环境地质问题等，定量评价该矿区的开采技术条件。

涌水量；RQD值；边坡角；防治措施；电石灰岩

1 矿区水文地质

1.1 地形地貌

矿区位于大兴安岭东坡，属中低山区，海拔标高635～800m，相对高差165m左右。区内地形起伏较大，切割强烈，地形总体趋势北西高，南东低，南东坡脚与吉文河一支流东沟河河谷相连。地形坡度一般在20～30°之间，局部可达60°左右。四周地势较为平坦部位沟谷流水作用强烈，沉积冲洪积砂砾石层，为侵蚀堆积地形。矿区所处位置为国家天然林区重点保护区，附近无其他污染源，植被茂盛，环境优美。

1.2 水文气象

该区植物茂盛，地表水系发育，区内有一条河流为吉文河，吉文河水源由地势较高的地下潜水流出地表汇聚而成，自西向东流入海拉尔河。工作区属于大陆性季风气候，年最高气温35℃，最低气温-38℃。多年平均降水量499mm，多年平均蒸发量1 032mm，蒸发量为降雨量的2.1倍。

1.3 水文地质单元

矿区所处水文地质单元为地下水径流、排泄区。在侵蚀基准面以上的岩溶、裂隙大多为透水不含水岩层，而在侵蚀基准面以上60m及侵蚀基准面以下，均富存有丰富的地下水，水质良好，水化学类型为HCO3-Ca·Mg型水，矿化度M≤lg/L。

1.4 地下水补给、径流、排泄条件

松散岩层孔隙水主要接受大气降水补给，基岩裂隙水以地下水径流侧向补给为主。由于基岩山区地形起伏变化大，致使基岩风化带裂隙潜水补、径、排等与地形有密切关系，它们没有统一的径流系统，一般从补给区到排泄区历程较长，多以地下径流形式流出山区，补给相邻的含水层。

河谷平原及冲积平原地带，除接受大气降水直接补给外，还接受基岩风化裂隙水的补给，河流及其支流为地下水的排泄通道，其径流、排泄条件良好。

地下水的排泄方式除向地表水转化外，第四系松散岩层孔隙水通过植物蒸腾作用也是重要的排泄方式。

1.5 地表水与地下水的关系

吉文河位于矿区北侧，水位标高在586.80m，最高洪水位2.30m。河两侧的砂砾石潜水含水层主要靠吉文河侧向径流补给，岩溶、裂隙水主要接受大气降水补给，其次由于基岩山区地形起伏变化大，地质构造复杂，地表水沿破碎带补给地下水，在沟谷地带地下水又以泉水形式排出地表，形成一个较完整的径流系统。一般从补给区到排泄区历程较短。矿区水文地质特征见下页图。

1.6 矿坑涌水量估算

矿山开采过程中采用自然排泄及抽水的方式排出矿坑内的积水，该积水主要源于大气降水直接入渗与含水层的侧向补给。根据当地近几年降雨资料统计结果，历年日平均降雨量4.99mm，则矿区内降雨总量Q雨=4.78×103m3/d。

潜水含水层的侧向补给用“大井法”计算，公式如下：

式中：Q涌——潜水含水层的涌水量(m3/d)； rw——矿坑系统引用半径(m)，rw=0.564

SW——水位降深(m)；

矿区水文地质简图

K ——渗透系数(m/d)；

H ——潜水位到矿坑最低开采标高的距离(m)。

各参数取值见表1。

表1 参数取值

由上式计算可得：

Q涌=3.79×103m3/d；

Q总=Q雨+Q涌=8.57×103m3/d。

1.7 矿区供水水源

矿区北侧吉文河两岸发育有一、二级阶地，岩性为砂土、砂砾石层等，下部有弱透水层阻隔，构成了良好的贮水空间，接受大气降水及侧向基岩裂隙水的径流补给，水量较丰富。是区内较理想的供水水源，通过初步勘察，可满足矿山用水需要。

1.8 水文地质勘探类型划分

矿区内含水层充水介质以岩溶、裂隙为主，富水性较强。水文地质勘探类型属于以层状岩类为主、含水层为岩溶、裂隙充水、水文地质条件中等的矿床，即第二类。

2 工程地质

2.1 岩(土)体质量评价

(1) 松散腐殖土及残破积物：覆盖于矿体之上，厚度0～4m。RQD值0～23%，岩体质量极劣。岩体质量系数(Z )为0～0.07，碎裂结构，岩体极坏。岩体质量指标(M)为0～0.03，岩体类型Ⅴ，质量坏。根据以上三种方法得出该层岩体质量极劣，是露天开采的主要剥离物，孔隙和垂直节理发育，遇水极易变形或坍塌，岩芯松散。

(2) 结晶灰岩：变晶结构，中厚层块状构造。是本次勘查的目的层，平均RQD值81.91%，岩体质量好。岩石抗压强度84.807MPa、抗拉强度4.38MPa、内摩擦系数1.68、凝聚力0.96MPa，岩体质量系数(Z )为0.22，层状结构，岩体一般。岩体质量指标(M )为9.27，岩体类型Ⅰ级，岩体质量优。根据以上三种方法得出该层岩体质量属中等至优之间。节理裂隙、风化裂隙等Ⅳ、Ⅴ级结构面控制着岩体的完整与稳定性，是露天开采的优势结构面。属坚硬岩类，岩芯完整坚硬。

(3) 滑石片岩：岩石呈灰黑色，具鳞片变晶结构、片状构造，为矿体围岩。平均RQD值43.16%，岩体质量劣，岩体完整性较差。岩体质量系数(Z )为0.14，层状结构，岩体质量坏。岩体质量指标(M )为5.75，岩体类型Ⅰ级，岩体质量优。根据以上三种方法得出该层岩体质量属中等，岩体呈中厚层状构造，结构面主要为层理、层面等构成。属坚硬岩类，遇水易软化，岩芯破碎，完整性较差。

(4) 凝灰岩：岩石颜色为暗绿色，具变余(含角砾)凝灰结构，致密块状构造。为矿体西北部围岩，岩体呈层状构造，平均RQD值73.04%，岩体质量中等。岩体质量系数(Z )为0.23，层状结构，岩体一般。岩体质量指标(M )为9.74，岩体类型Ⅰ级，岩体质量优。根据以上三种方法得出该层岩体质量良，结构面主要由层理、层面等构成，属坚硬岩类，岩芯完整坚硬。

(5) 蛇纹岩及闪长玢岩：岩石颜色为暗绿色，具变余(含角砾)凝灰结构，致密块状构造。为矿体夹层， RQD值0～20%，岩体质量极劣。岩体质量系数(Z)为0.06，碎裂结构，岩体极坏。岩体质量指标(M)为0～0.026，岩体类型Ⅴ级，岩体质量坏。根据以上三种方法得出该层岩体质量劣。岩体结构类型为松散

土状，是露天开采的主要剥离物。岩芯呈碎块状，遇水极易软化，是矿体开采的软弱夹层。

2.2 边坡稳定性评价

(1) 自然边坡及人工边坡现状。

总体地貌形态为低山丘陵区，自然边坡角小于30°，边坡较稳定，滑动的可能性不大，但局部有崩塌现象。矿区内有3个采石厂，具有多个人工边坡，经调查边坡高约10～30m，宽约30～70m，坡角80～90°，坡面平整，呈直线型，比较稳定，局部垂直节理发育，有崩塌的可能。

(2) 边坡角的确定。

根据矿区的工程地质条件，采用工程地质类比法和经验数据方法确定采矿场的边坡角(见表2)。

表2 采矿场边坡角的确定

边坡角确定原则：实地调查采场边坡角约60～80°，边坡较稳定。结合经验数据法及本矿区岩石力学试验成果确定边坡角。

最终边坡角确定：建议中段坡高＜10m，直线型边坡，最终边坡角＜55°；中段坡高＞10m，二级阶梯型坡面，最终边坡角＜45°。

(3) 露天边坡稳定性评价。

根据矿区地形地貌及矿体、围岩产状，该大理岩露天采矿，应由东向西台阶式开采，即工作帮边坡倾向东，两个端帮边坡分别倾向北、南。露采边坡工作帮与弱软夹层、岩层等结构面反向外斜，结构面交线(可能滑动面)与边坡反向斜交，且内斜，倾角小于边坡角，属于较稳定结构。说明边坡岩体滑动的可能性小。但由于很多节理裂隙无序排列，局部岩体呈碎裂、块状结构，采矿过程中有蠕动、变形及崩落的可能性。

2.3 工程地质勘探类型的划分

综上所述，矿区工程地质勘查类型属于层状、可溶岩类工程地质条件简单型，即第三～四类，第1型[1]。

3 环境地质

3.1 环境地质现状

(1) 原生地质环境。

本区位于大兴安岭腹地林区。矿区广为第四系松散腐殖土覆盖。原始生态环境未被破坏，植被繁育，没有滑坡、泥石流等不良物理地质现象。空气质量好，地表水系较发育，地下水、地表水未受污染，地下水水质总体较好。矿区原生地质环境良好。

(2) 地震。

根据GB18306-2001《中国地震动峰值加速度区划图》[2]列出得知，本地区动峰值加速度0.05g，对照裂度为6°。近50年该地区没有发生过大的地震活动，属地质活动较稳定地区。

3.2 矿床开采环境地质预测

本区地表植被发育，夏季气候较湿润、生态环境良好。矿山开采时有可能造成环境污染问题。

(1) 水质恶化：矿山生产排出的污、废水及矿渣、固体废物等经降水淋滤后，不可避免的渗入地下，使地下水水质遭到污染。

(2) 环境污染：矿山生产必将产生大量尾矿和生活垃圾，这些固体物质露天堆放，不仅站用大量的土地资源，而且经风吹、日晒、雨淋后，通过氧化、溶解、扩散等作用，可直接污染空气、水体、土壤等。其次，生产、运输过程中不可避免地产生粉尘、噪音等，使空气污染，环境恶化。

(3) 烧制过程中必将产生大量的CO2气体，随意排放，将会产生温室效应。

(4) 植被破坏：以上环境地质问题有可能导致植被枯死，水土流失以及发生火灾等。

(5) 剥离物随意堆放可引发滑坡、泥石流等人为地质灾害的发生。

3.3 防治建议

在合理有序开采当地资源的同时，建议树立环保思想，保护珍贵的土地资源、水资源及植被资源，做到科学预防，有效治理，最大可能地降低环境地质污染的范围和程度。建议如下：

(1) 在开采过程中，对露天采坑进行洒水除尘，以防粉尘满天飞扬，污染空气；对烧制排出的污、废水，需经清污分流及防污处理，符合规定后再进行排放，以防污染土壤和地下水。

(2) 对烧制形成的固体废弃物，应选取合理措施封闭存放，并设置粘土或塑料垫层，以防降水淋滤对地下水的污染。

(3) 对采矿形成的剥离物应选取合理位置填沟造地，加强管理，以防滑坡和泥石流等人为地质灾害的发生。

(4) 对烧制过程中产生的大量CO2，应进行有效的回收，即可增加经济效益，又可减少由于大量排放

CO2而引起的一系列其他环境地质问题。

(5) 保护现有的森林，天气干燥季节禁止携带火源及易燃、易爆物品，生活用火时要谨慎小心，以防发生火灾。

(6) 采矿过程中的爆破工作，应由专门技术人员承担，加强管理，对附近居民及避让人员的安全距离应大于300m。

3.4 矿区地质环境类型划分

矿区地质环境质量良好，附近无污染源，开采不易引发地面塌陷、滑坡等不良地质现象，矿区地质环境质量良好，属于第Ⅰ类。

4 综述

4.1 矿床开采技术条件类型划分

就矿床开采技术条件而言，矿床水文地质问题比较突出，而工程地质、环境地质条件比较简单。遵循水文、工程、环境地质相统一，重点突出的原则，将矿床开采技术条件类型划分为：开采技术条件简单的以水文地质问题为主的矿床，即Ⅲ-1型。

4.2 工作建议

(1) 环境地质要采取科学措施，防治结合，综合利用，以减轻对环境的污染。

(2) 工程地质要注意第四系松散岩层在雨季饱水后形成滑动和崩塌。进一步查明露采边坡与结构面的组合关系，确定合理的边坡角。

(3) 水文地质要注意开采地下水位以下矿体时，地下水淹没矿坑，以及第四系松散岩类在雨季饱水后，孔隙裂隙水顺岩层面流入矿坑。

[1]全国矿产储量委员会.GB12719-91矿区水文地质工程地质勘探规范[S].北京：国家技术监督局，1991.

[2]中国地震局.GB18306-2001中国地震动参数区划图[S].北京：国家技术监督局，2001.

TD872.5

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1007-9386(2015)02-0031-04

2014-11-28