河南汝阳竹园沟钼矿床开采技术条件分析

丁军召，田晓坤，谢国兴，杨位坤，宁婧雯，李　琼，付治国

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，郑州 451464)



河南汝阳竹园沟钼矿床开采技术条件分析

丁军召，田晓坤，谢国兴，杨位坤，宁婧雯，李琼，付治国

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，郑州 451464)

摘要：竹园沟钼矿床赋矿围岩全部均为花岗质岩石，含矿围岩质地坚硬，开采坑道不需支护加固，开采条件良好。矿床充水主要为裂隙水，地下水对矿山开发影响不大。矿床开采技术条件总体属简单型，但地表水体通过裂隙对坑道的涌水尚存在一定程度隐患，在未来矿山开采规划时需进行系统评估。

关键词：竹园沟钼矿；矿床充水；裂隙水；地表水；开采技术条件；系统评估；河南汝阳

0引言

竹园沟钼矿床自2004—2006年进行普查、详查，2009年进行勘探，共获得钼(331)+(332)+(333)金属资源量9.5×104t，接近大型规模。分析研究其开采技术条件对未来矿山开发的影响[1]是矿床评价的一个重要方面。本文将对竹园沟钼矿的开采技术条件及对未来矿山开发的影响进行全面而客观分析。

1矿床地质概述

1.1区域地质特征

矿区位于华北地台南缘成矿带华熊台缘坳陷成矿亚带的熊耳山—外方山多金属成矿区内。区内构造以断裂为主，褶皱不甚发育；断裂主要以EW向、NE向和NW向为主。区内岀露地层为中元古界长城系熊耳群中基性—中酸性火山岩建造。区内发育有中元古代晚期的石英闪长岩、石英二长岩和燕山期的黑云母花岗岩、花岗斑岩等岩浆岩，后者形成太山庙复式花岗岩体及东沟下铺花岗斑岩体(图1)。

图1　区域地质矿产略图Fig.1　Sketch showing regional geology and ore occurrences1.第四系全新统；2.熊耳群马家河组；3.熊耳群鸡蛋坪组；4.燕山晚期花岗岩；5.石英闪长岩；6.石英二长岩；7.地层岩体界线；8.断裂；9.压性断层；10.压扭性断层；11.铅锌矿化点；12.中型铅锌矿床；13.大型铅锌矿床；14.大型钼矿床

1.2矿区地质特征

1.3矿床及矿体地质特征

(1)赋矿围岩主要为花岗斑岩。

(2)矿体形态为似层状、透镜状，总体倾向SE，主体侧俯角5°～10°。

(3)品位与矿体厚度无正相关关系[2]，而与赋矿花岗斑岩的裂隙及辉钼矿发育程度正相关。

(4)工业矿体与边界矿体之间呈渐变过渡关系；工业矿体、边界矿体、夹石之间呈明显的渐变过渡关系，矿体边部因三者相互出现呈犬牙交错状。

2水文地质条件

2.1矿区水文地质条件

2.1.1区域水文地质概况

竹园沟河为区内的主要水文地质单元，属山区水文地质单元。地下水主要为由孔隙水、裂隙水构成的潜水。孔隙水赋存于第四系全新统冲洪积物中，裂隙水赋存于燕山晚期花岗岩等基岩风化裂隙及断裂破碎带裂隙中。

全新统冲洪积物孔隙含水层分布于竹园沟、竹园北沟中，由冲洪积砂砾石组成，其厚度1～20 m，富水性差异较大，弱富水性；风化裂隙水基岩含水层广泛分布于地表及第四系沉积物以下，基岩风化深度一般1～5 m，弱富水性。燕山晚期花岗岩、王屋山期石英二长(闪长)岩及中元古界熊耳群鸡蛋坪组火山岩除浅部风化带外，裂隙多闭合或被各类脉体充填，富水性极弱或不含水，可视为隔水岩层。

地下水主要补给源为大气降水，其通过断裂破碎带、岩层的裂隙、孔隙渗入地下，在不同的地质构造及地形、地貌条件控制下进行垂直或水平运移，部分地下水于深切沟谷处以山泉形式排出。地下水分水岭与地表水的分水岭基本一致，以垂直补给为主，径流途径短，向沟谷和河流排泄。

2.1.2矿区水文地质条件

竹园沟鉬矿区位于竹园沟河水文地质单元的中部，地势总体上南高北低，最高处位于矿区西南部，海拔高程1 436.1 m；最低处位于西北角竹园沟底，海拔高程848.0 m；相对高差588.1 m。其地貌类型可分为剥蚀及构造低中山区、侵蚀堆积河谷区。剥蚀中低山区由燕山晚期花岗岩构成区，其山高坡陡，坡角一般40°～50°，沟谷呈“V”字形；坡降较大，利于大气降水的排泄。侵蚀堆积河谷区主要为沿河流两岸分布构成的河漫滩，主要由第四系全新统砂砾石、亚粘土组成。

全新统冲洪积物孔隙含水层分布于东沟河漫滩及其支流的河床中，厚度1～15 m，由冲洪积砂砾石组成，含泥质，富水性差异较大，弱富水性；基岩风化深度一般0～5 m，风化程度由浅至深降低，含裂隙水性亦降低，弱富水性。冲洪积物孔隙水与基岩风化裂隙、构造裂隙水之间无隔水岩层存在。富水性一般沟谷处高于山坡，河流下游高于上游。地下水水位埋深0.63～1.70 m，水位标高883.90～973.10 m，与地形变化基本一致，南高北低。冲洪积物孔隙水水质类型为HCO3·SO4-Ca型，矿化度0.094～0.127 g/L。构造裂隙水水质类型SO4-Ca型，矿化度0.232 g/L。

燕山晚期花岗岩及位于矿区东边部的王屋山期闪长岩、中元古界熊耳群火山岩等基岩裂隙闭合或被岩脉、各类矿脉充填，可视为相对隔水岩层。

2.2矿床水文地质特征

2.2.1岩石含水性

竹园沟鉬矿体赋矿岩石为花岗斑岩，岩石结构致密、坚硬，其自然状态下富水性弱、透水性差；赋矿岩石可视为隔水层。矿床充水直接水源为构造裂隙水，地下水不对矿床涌水造成影响。

2.2.2矿床充水因素

(1)断裂构造带。穿过矿床的主要构造有LX1—LX8共8条断裂裂隙(带)。裂隙长10～100 m，宽0.1～8 m，规模很小，对矿床充水影响较弱[3]。

(2)地表水体。矿区内的断裂构造主要为裂隙构造(带)，且规模小、多属压扭性的紧闭裂隙；矿体围岩均属隔水层，故地表水对矿床充水的影响不大。

2.2.3地下水补径排条件

据详查阶段对ZPD2、ZPD4、ZPD5、ZPD6、ZPD8平巷坑道调查资料，坑道顶底板均为细粒花岗岩型辉钼矿石，岩石裂隙紧闭、透水性差；仅局部地段在大裂隙处有地下水渗入现象，可从坑口排入地表水体。据ZPD2平巷坑道观测资料，LX3裂隙构造(带)在此巷道总长度为212 m，枯水季LX3裂隙构造(带)的日渗入坑道水量为5 t；其余平巷坑道水量很少或无水。

2.3开采方式选择及涌水量估算

2.3.1首采方式及范围确定

首采区采取露采开采方式；范围按331资源量计算区、矿体的埋藏与分布条件确定。即以勘探网线横00线、横07线、纵11线、纵13线四条勘探线所包围的矿体部分，750 m高程为底面(首采区矿体底界标高大部分在750 m以上)圈定的范围作为采坑的底面；利用勘探线储量剖面，假定边坡角为60°，碎裂岩按45°边坡角，在各勘探线储量剖面由下至上直接推至地面，当临河边界超过洪水位线时，以洪水位线为边界；将各交点连线，圈定范围，以此确定为露采矿坑在地面的边界。

2.3.2露采矿坑汇水范围及边界的确定

根据矿区1︰2 000地形图，当露采边界未达到地表分水岭时，将其扩展到地表分水岭作为边界；当已达到或穿过地表分水岭时，以由于矿坑开挖形成的新分水岭作为边界线，然后圈定范围[4]。

2.3.3露采矿坑的充水条件及涌水量计算

(1)大气降水是主要充水水源

降水和降水所形成的地表迳流，直接流入矿坑充水，是其主要充水水源，且因不同季节的降水量大小、雨季降水强度的差异来决定降水对矿坑的危害程度。地下水是沿各类裂隙通道渗入矿坑，由于本区岩石裂隙多属闭合裂隙，只有很少量开启裂隙，水量较少；地表风化带及第四系沉积物厚度较薄，其含水量亦很少，可不与考虑。

(2)涌水量计算[5]

矿坑总涌水量(Q)计算公式：

Q=Q1+Q2

(1)

式中，Q1为地下水涌水量(量单位t/d)，Q2为大气降水流入量(量单位t/d)。

因矿区未进行抽水试验工作，水文地质参数不能够确定，导致Q1，这里只计算Q2，计算公式：

Q2=F·X

(2)

式中，F为露采矿坑汇水面积(量单位m2)，X为大气日降水量(量单位m)。

露采矿坑汇水面积(F)为166 800 m2(用MAPGIS软件在1∶2 000地形图上测得)。大气日降水量(X)采用历年日最大降水量为109.2 mm、单年日平均降水量的最大值10.2 mm(根据汝阳县气象站1996—2008年气象资料)参加计算(Q2最大=166 800×0.1092×1=18 215 t/d；Q2雨常=166 800×0.0102×1=1 701 t/d)。计算结果表明，矿坑在有降雨期间，日最大汇水量18 215 t/d；正常汇水量1 701 t/d。

(3)计算结果评述

由于搜集气象资料仅限于1996—2008年，当遭遇50年一遇或100年一遇暴雨时，计算的日最大汇水量可能比实际偏小，矿坑在有降雨期间的汇水量仅可做为矿山设计的参考。因未计算矿坑地下水涌入量，首采区矿坑涌水量应稍大。

2.4矿区供水

2.4.1水源

矿区内的地表水为竹园沟河，可作为工业供水水源；另外，矿区第四系全新统冲积物孔隙水，可作为本区饮用水供水源地。

2.4.2水量水质评述

(1)水量。竹园沟河主要受大气降水补给，水量随季节变化极大，最大流量10.148 m3/s，最小流量0.002 m3/s。矿区内第四系全新统堆积物孔隙含水层，受大气降水补给。由于含水层含泥质，民井涌水量差别较大，一般情况下，靠近沟溪水流地点，涌水量较大，反之则小。

(2)水质。第四系全新统冲积物孔隙含水层水质分析结果，如表1所述。矿区内第四系冲积物孔隙水及基岩裂隙水可供饮用水水源，竹园沟河水可作为工业用小型水源。

表1　水质分析结果

3工程地质条件

3.1矿区岩石及力学特征

(1)全新统松散沉积物(Qh)。分布于矿区的沟谷、河漫滩及河床，岩性为砂砾石、亚粘土等，其结构松散，厚度0～10 m，一般小于5 m，含孔隙水；对矿床开采影响不大。

3.2矿区岩石裂隙结构面特征

矿区内Ⅲ级-Ⅴ级结构面发育。

(1)Ⅲ级结构面。在宋家庄一带发育彼此平行的NE向裂隙，LX1-LX8断裂裂隙属Ⅲ级结构面，其特征见矿区地质部分所述。

(2)Ⅳ级结构面。区内Ⅳ级结构面为节理裂隙，其组数多、密度较大。其中，最发育的二组节理裂隙的特征如表3所述，其力学性质属压扭性，裂隙面平直，延伸一般不长，裂隙发育程度与所处地段有关，在大裂隙带内最发育，其余地段发育一般。走向235°～245°向组与主构造线方向一致；沿1组、2组在地表沿其易形成陡壁。

3.3矿区地质工程条件评价

通过对ZPD2、ZPD4、ZPD5、ZPD6、ZPD8坑道调查，坑道内围岩岩石坚硬，虽裂隙较发育但其延伸不长和紧闭，故其稳定性好，无坑道顶板塌落及冒落现象。

构成露天采场边坡的岩体为燕山期花岗岩属块状岩类，其抗压强度32.7～138.0 MPa，属坚硬、半坚硬岩类。露采边坡无软弱夹层存在，工程稳定性较好。

表2　岩石物理力学指标实验成果表

表3　主要裂隙产状要素表

图2　河南省地震烈度区划图Fig.2　Division map of seismic crackingintensity in Henan province

4环境地质条件

4.1区域环境稳定性

根据地震历史资料，汝阳县历史上无发生5.0级以上的地震。河南省地震烈度区划图反映本区地震基本烈度为6°(图2)，地震动峰值加速度为0.05 g。在矿区及附近范围内无活断层存在，区域稳定性好。

4.2水文环境状况

矿区地表水为竹园沟及其支沟沟谷水，水量随季节变化，流量介于0.002～10.148 m3/s之间。按GB 38338—2002地表水环境质量标准，矿区水环境质量均不超过Ⅲ类。

第四系全新统(Qh)冲洪积物孔隙潜水及浅层风化裂隙水，其埋藏浅，易被污染；地下水水质好，符合GB 5749—85生活饮用水卫生标准 。

总体来看，矿区水环境质量较好，但易受矿石开采生产活动及选厂废液等破坏。

4.3矿区环境地质条件

矿区内沟谷较狭窄，山坡较陡，沟谷南坡岩石风化较强烈，Ⅲ级、Ⅳ级结构面发育，在个别地段陡壁上，易产生微小型崩塌体。

由于地下水为脉状裂隙水，矿区岩石为坚硬、半坚硬岩石，疏干排水不会引起地面塌陷、沉降等问题[7]。

4.4矿山开采对环境影响分析

未来矿山采取露天开采，开采时产生的烟尘会污染附近大气环境；矿山开采后形成的露采坑会破坏矿区及附近的地质环境。矿山开采后形成大量的废石堆及选矿厂形成的尾矿等废弃物会破坏矿区及附近的生态环境，还可能引发污染矿区地表水体、地下水等环境灾害。因此，在未来矿山建设和生产过程中，皆应重视环境地质问题，采取相应的手段和措施以避免环境受到污染和破坏。

5问题及建议

(1)由于资金问题，本次勘探未进行抽水试验工作，水文地质参数无法取得，仅计算了首采区由大气降水形成的汇水量，水文地质工作程度不够圆满。

(2)开采时应注意临河地段的保护，防止河水向坑道的侧渗和涌入。雨季时应防止沟谷汇水及山洪淹没矿坑。

(3)矿山建设前，应进行矿山建设用地地质灾害危险性评估；矿山在开采过程中，要加强对地下水的水文地质参数观测以指导矿山安全开采。

参考文献：

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Technical condition analysis on mining of the Zhuyuangou molybdenum deposit in Ruyang county, Henan

DING Junzhao，TIAN Xiaokun，XIE Guoxing，YANG Weikun，NING Jingwen，LI qiong，FU Zhiguo

(The second geology Geology Survey Institute of Henan Geology Survey Bureau, Zhengzhou, 451464, China)

Abstract：Zhuyuangou molybdenum deposit is hosted completely in the hard granitic rocks. The mining condition is good and tunnel is without support. The filled water is mainly crack water. Groundwater dose not influence severely development of the deposit. Generally technical condition of mining of the deposit is of simple type. Ground water gushed to mining tunnels through cracks is still a hidden trouble and it must be systematically assessed for the coming mining plan.

Key Words：Zhuyuangou molybdenum deposit；mineral bed filled water filling in ore deposit；crack water；ground water；technical condition for mining; water filling in the deposit; crack water; ground water; technical condition for mining; systematic assessment; Ruyang county; Henan province

收稿日期：2015-10-28；责任编辑：王传泰

作者简介：丁军召(1981—)，男，地质工程师，中国地质大学(北京)毕业，从事地质矿产勘查工作。

通信地址：河南省郑州市郑东新区郑开大道康庄路交叉口地矿大厦地勘二院；邮政编码：451464 通信作者：付治国(1956—)，男，教授级高级工程师，中国地质大学(武汉)毕业，从事地质矿产勘查及研究工作。 河南省郑州市郑东新区郑开大道康庄路交叉口地矿大厦地勘二院；邮政编码：451464；E-mail：13782313075@163.com

doi:10.6053/j.issn.1001-1412.2016.02.017

中图分类号：P618.65，P641.4

文献标识码：A