露天矿水文地质概况及断裂构造地质特征研究

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

露天矿是矿山企业开采过程中常见的矿床类型之一，通常情况下，露天矿上覆盖在矿体周围的浮土以及围岩较少或基本被剥去。矿山企业针对露天矿进行开采会采用将废石、废土直接运输到排土场，从裸露在外的矿体上完成对矿石的开采[1]。当矿产资源掩埋的深度较浅，或完全裸露在地表上时，采用露天开采的方式能够比地下开采方式具备更高的优势，可有效提高矿山企业的开采效率。露天矿的水文地质条件会对其矿产资源开发造成严重的威胁，既会造成矿产资源开采效率的降低，又会在一定程度上对开采的安全性造成威胁[2]。通过对露天矿的水文地质条件、具体构造形式及岩体组成进行分析，可充分为矿山企业的开采提供条件。基于此，本文开展露天矿水文地质概况及断裂构造地质特征研究。

1 露天矿水文地质概况

1.1 露天矿含水层结构

根据露天矿的结构特点可知，大部分的矿产资源均裸露在地表，因此造成基岩含水层与外界降水不会产生直接的联系。虽然大部分基岩裂缝结构中的含水层具有充足的水资源存储空间，但常常会由于补给的水资源不充足，造成富水性弱的问题产生，因此降水季节对于露天矿而言不会对其造成影响。同时，露天矿通常底层基地为岩溶含水层，但大部分岩溶的发育不够均匀，因此富水性也普遍较弱[3]。露天矿的岩溶水静水位通常会高于矿产资源底板，并且水头的压力相对较弱，水层厚度变化基本处于稳定的状态，因此隔水性能通常较为可靠，因此岩溶水对于露天矿采掘过程中也不会造成影响。

因此，通过上述分析得出，露天矿的含水层富水性较弱，但对于矿产资源开采不会造成影响，但在进行开采推进过程中，应当加强对该结构的重视程度。

1.2 露天矿地表水特征

在降水条件下，露天矿地表水体会迅速蒸发，因此通常情况下不会有水体残留在地表表面，水量相对较多的区域会逐渐形成河流，河流的平水期流量通常仅为0.05～0.07m3/s，在洪水期，流量通常可达到150～250m3/s以上。沿露天矿本体边界形成的河段区域内，矿山岩层的裂缝处于快速发育阶段，并且具有良好的透水性，在边缘周围的断层附近结构受到河流冲刷的影响更加严重，因此在对这一区域进行开采时应当采取相应的防治水措施，从而保障矿产开采的安全性。在降水量分配不均匀的地区，其露天矿会形成集中的补给，使得矿坑出现严重的积水，因此针对长期处于暴雨天气的地区，其露天矿开采过程中应当加以防范。

2 断裂构造地质特征研究

2.1 断层带运动学特征

通常情况下，露天矿山的断裂构造中，其断层规模普遍较大，主断层带宽度可达50m以上，并且连同断裂部位两侧的分支断层可以高达数十公里，倾斜角度可达到75°以上。露天矿断裂构造的运行性质主体一般表现为正断层形式，并同时伴有多期运动的遗迹存在。断裂构造中，多处可以清晰地看见断层带出露点，并且断裂构造两侧的岩性遗迹产状依稀可见。图1为某露天矿断裂构造断层带几何特征示意图。

图1 某露天矿断裂构造断层带剖面几何特征示意图

图1中，A区域为日当组黑灰色板岩结构；B区域为下古生界黑色石榴二云片岩结构；C区域为断层带边界断层结构；D区域为内部分割处断层及板壁理结构。由图1可以看出，该露天矿的断层带产状夹角在34°～42°范围以内，断层带整体宽度约为12.52m。根据该露天矿的断裂构造断层带剖面几何特征示意图可知，断裂构造的断层带几何结构主要有边界断层带、内部断层带、构造透镜体带、破壁理带构成。断层带结构整体形成具有一定脆弱性和脆韧性的正断层结构，并且其中还包含部分右旋成分。在露天矿断裂构造的内近下盘位置，构造透镜体当中呈现出碎裂化岩与糜棱岩相结合的构造。

由糜棱岩的结构特征可知，早期糜棱岩具备一定的糜棱结构，并且构造为定向分布；后期糜棱岩逐渐由韧性转为脆性，并且形成的裂缝结构更多，随着露天矿的不断运动，逐渐呈现出碎裂化结构[4]。因此，通过上述显微构造变化特征可以得出，露天矿断裂构造的几何特征早期会经历较长时间的韧性活动，后期随着矿体不断运行逐渐转为脆性互动运行。

2.2 断裂构造两侧变形差异

露天矿种断裂构造的两侧变形具有明显的差异，通常情况下，断裂构造一侧结构较为简单，多为背斜、单斜结构，并且整体较为平缓。断裂构造另一侧结构较为复杂，变形剧烈，通常为倒转的褶皱系统结构，两侧形成构造完全不相同的变形区。断裂构造两侧变形差异充分反映了露天矿地壳结构的差异，表1为某露天矿断裂构造两侧构造变形情况对比表。

表1 某露天矿断裂构造两侧构造变形情况对比表

由表1中的数据可以看出，该露天矿断裂构造的两侧矿产资源的含量以及形成年龄均存在较大的差异，矿产资源含量明显在断裂构造位置北侧更多，并且北侧的形成时间更短。相对断裂构造位置南侧D045-11采样位置为白垩纪晚期时代，板块汇聚期层间滑动中充填；S1909-11采样位置的为中新世时期，与拆离相关的顺层滑动中充填。相对断裂构造位置北侧D041-22采样位置为古近纪早期时代，板块汇聚-碰撞期，北盘褶皱带充填；S1706-22采样位置为古近纪时期，板块碰撞期，北盘褶皱带中充填[5]。正是由于上述差异的产生，才使得大部分露天矿的断裂构造两侧产生了巨大的变形，结构较为简单的一侧会逐渐形成“地槽型”褶皱结构，结构较为复杂的一侧会逐渐形成“地台型”褶皱结构。

3 结语

矿产开采过程中，针对露天矿进行矿产资源开发时，若在有水的作业面上进行挖掘，工作效率会大大降低，并且会在一定程度上增加开采设备的故障概率以及运输车的作业效率。

因此，在开采前应当针对露天矿的水文地质情况进行有效勘查，保证矿山生产的速度。同时，露天矿的断裂构造与一般矿山结构相比具有更明显的特征，大部分露天矿的两侧结构差异较大，若在开采前明确“地槽型”褶皱结构所在位置，也能够在一定程度上提高对露天矿开采的效率，为矿山企业带来更高的经济效益。