宁夏吴忠市某矿床开采技术条件分析

矿区位于宁夏红寺堡区与同心县交界处，出露地层有奥陶系下-中统天景山组(O

t)、奥陶系中-上统米钵山组（O

m）、志留系下-中统照花井组（S

z），泥盆系上统中宁组（D

z），古近系渐新统清水营组（E

q）及第四系上更新统马兰组（Qp

m）。

1 水文地质条件

该区地处柴达木-华北板块中南部，位于鄂尔多斯地块西缘、阿拉善微陆块东部，大致规律是以牛首山-煤山-崆峒山东麓断裂为界，属烟筒山-窑山地下水系统，由烟筒山和基岩浅埋区组成。西部边界为清水河断裂，为隔水边界；东部边界为烟筒山-窑山-小关山东北麓断裂，亦为隔水边界；北部边界为基岩地层边界，同样具隔水性质。

（1）岩性较纯的低电阻率油层。该类油层岩性多为粉砂岩。测井响应特征表现为：自然电位负异常较大，自然伽马中低值，微电极中等值正差异，电阻率在岩性较纯处明显降低，其电阻率为0.8～1.5 Ω·m，声波时差为290～305μs／m，含油饱和度为35%～45%，含油丰度一般较低，试油初期多为油水同出，且以出油为主，开采末期含水量普遍较高，以出水为主。该类油层主要分布在纯上54、6砂组。

1.1 地形地貌

矿区内沟谷较发育，地形切割较大，最大约160m，雨季流水主要方向为北向南。矿区海拔标高1690m～1911m，相对高差221m，属低中山地貌。有矿石裸露，仅中部有第四系黄土覆盖，厚度0～20.3m。

1.2 矿区水文地质条件

经勘查工作查明，矿区内无地表水系，地下含水层补给主要依靠大气降水间接性渗流，根据地形地貌、地质构造、地层岩性及地下水的埋藏条件，将其划为水文地质单元的补给区。

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基岩裂隙水：分布于矿区北西、西部照花井组及中宁组地层中，前者矿物性主要为紫红色含砾砂岩夹杂色微晶灰岩，夹紫红色钙质、泥质粉砂岩；后者矿物性主要为中-中厚层紫红色、黄白色厚层中-粗粒钙质硬砂岩、砂岩、泥质粉砂岩，向上部泥质粉砂岩增多，均属弱-中等富水。

1.2.1 含水层类型及特征

第四系松散岩类孔隙潜水：分布于矿区中部，为第四系黄土覆盖层，主要接受大气降水的垂直入渗补给和来自雨季沟谷上游汇水补给，主要消耗于蒸发。

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1.2.3 矿床充水因素分析

根据调绘成果，坡体受断层F切割，断层破碎带宽约1.5 m，断层破碎带由角砾、泥质等充填胶结，胶结程度很差，对坡体发展不利。此外，坡体存在一组顺向结构面，倾向160°～170°，倾角40°～61°，这组结构面极有利于滑坡的形成。

碳酸岩类岩溶裂隙水：分布于米钵山组、天景山组地层中，前者主要特性为含内碎屑生物屑灰岩、灰黄色板岩、灰色薄层微晶灰岩；后者主要岩性为中厚-厚层状微晶灰岩、泥晶灰岩、及少量及中厚-厚层含燧石结核、白云质条带微晶灰岩，均属弱富水。矿区内未见有地表水系和地下水露头，勘查工作所施工的48个钻孔均进行简易水文观测，施工过程中全程漏水，孔内无涌水现象，终孔后孔内均为干孔，其中ZK401终孔标高1530.5m，未见地下水，证明矿区内1690m标高以上不含水。

2.5.2 矿层顶底板及开采边坡稳定性

经本次水文地质工作查明，矿区无地表水系及地下水露头，补给来源主要是大气降水，该类潜水的径流方向基本与沟谷的走向一致，并以地下径流的方式向矿区外排泄，排泄区主要是沟谷区，矿区总体呈北高南低态势，总体水流排泄方向是北西-南东-南，矿区及外围附近主要包含5条主泄洪沟。

碎屑矿物孔隙裂隙水：分布于矿区东南侧，含水层主要为清水营组，矿物特性为上部灰白-灰绿色含膏泥岩，质软，疏松，风化呈粉末状；中部紫红-灰绿色泥岩，泥质结构，块状构造；下部紫红色-灰绿色粉砂质矿物，未见地下水露头。

矿区属温带大陆性季风气候，气候干燥，降水量甚少，致使山区地下水的水量较贫乏。矿区大部分矿物长期裸露地表，植被稀疏，风化裂隙较为发育，裂隙深度不稳定，透水性良好。矿区内“V”型沟谷发育，有利于自然排水，因此，大气降水极易流失暴雨时洪流很快泄出区外，雨停即失，不会形成洪积区威胁矿山安全。经调查，大气降水是当地地表暂时性流水和地下水的唯一补给源。大气降水的充水强度随季节变化较大，雨季涌水量增加，而旱季相对减少。因此，大气降水是影响矿床充水主要因素。

Ⅱ级结构面：F2断层切割天景山组和清水营组、中宁组地层，呈北西-南东向展布，倾向南，倾角53°～57°，矿区内延伸近1.6km。该断层两侧特性不同且地层产状变化较大，附近矿石局部较破碎。F3断层切割中宁组和米钵山组、照花井组地层，北西向展布，倾向北东，倾角40°，延伸长约0.9km，断层走向与地层走向相近，断层附近矿石破碎，陡坎发育，该断层南东向延伸至清水营组地层。F4断层为隐伏逆断层，控制矿区北段南侧边界，北西-南东向展布，倾向南西，倾角不明，两盘岩层产状变化较大，延伸长约1.8km。

1.2.4 矿区供水方向

矿区为干旱区，当地人畜用水主要靠贮存大气降水，或从外部拉运。根据调查，将来矿床开发，矿山生产、生活用水可从北东部22km处红川村或南西约20km处同心县惠安村拉运。

根据上述条件，矿区的水文地质勘探类型划分为第三类岩溶含水层充水为主的矿床，属第一型水文地质条件简单的矿床，即第三类第一型。

2 工程地质条件

2.1 风化带特征

矿区绝大部分矿物裸露，经槽探工程及钻孔揭露，矿区内中-厚层完整性较好，开采边坡较稳定。

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2.2 结构面特征

根据矿区断裂构造特征和节理裂隙、层理特征，主要存在Ⅱ级及Ⅳ级结构面。断层特征见表1。

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照花井组（DL4）：主要分布于矿区北西、西部，前者主要岩性为紫红色含砾砂岩夹杂色微晶灰岩，夹有紫红色钙质、泥质粉砂岩；后者主要岩性为中-中厚层紫红色、黄白色厚层中-粗粒钙质硬砂岩、砂岩、泥质粉砂岩，属较坚硬岩组。

2.3 工程地质划分情况

结合矿区地质特征、力学性质、完整程度及结构面特征，矿区内共划分6个工程组，分别编号为DL1～DL6，具体特征如下：

松散黄土（DL1）：分布于矿区中间地带，岩性为土黄色砂土，固化强度弱，承载力小，稳定性差。结构类型为散体结构，呈松散或半固结松散状态，是工程地质特征最差的矿体结构，容易引起工程地质问题。

清水营组（DL2）：分布于矿区东部及南部，该层特性上部主要为灰白-灰绿色含膏泥岩；中部为紫红-灰绿色泥岩；下部为紫红色-灰绿色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，属较软岩组。

米钵山组（DL3）：分布于矿区西、南西部，与天景山组厚层灰岩交界处，岩性灰黑色板岩及灰红色砂质板岩，为碎屑岩，属软弱岩组。

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Ⅳ级结构面：Ⅳ级结构面为矿体中的节理、层理及次生裂隙。其中含矿层主要呈中厚-厚层状，层理结构面稳定，无滑动现象，对矿体稳定程度影响很小。岩体节理不发育。局部见地表风化裂隙，多垂直层理面发育，宽约0.5cm～3cm，充填泥沙质或方解石，地表风化裂隙多沿层理面发育，局部见层理面微张现象。

米钵山组含内碎屑生物屑灰岩组（DL5）：分布于矿区南西部，岩性为含内碎屑生物屑灰岩及薄层灰岩，属较坚硬岩组。采集2组力学样，饱和抗压强度41.6MPa～42.5Mpa，饱和抗剪强度3.0MPa～3.1Mpa，属较坚硬岩组。

天景山组厚层微晶灰岩（DL6）：该组广泛分布于矿区内，矿物特性主要为浅灰-深灰色中厚-厚层微晶灰岩、泥晶灰岩，少量含燧石结核灰岩、含白云质灰岩等，共采集18组力学样，饱和抗压强度33.6Mpa～50.6Mpa，饱和抗剪强度2.4MPa～3.7Mpa，属坚硬-较坚硬岩组。

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2.4 矿石物理力学性质

本次工作采集物理力学性能样20组，根据分析结果（见表2），矿区矿石饱和抗压强度为33.6～50.6MPa，饱和抗拉强度为2.0MPa～3.0MPa，饱和抗剪强度为2.4MPa～3.7MPa；表明矿石力学性能良好，属较高强度的硬质矿石，力学强度较高，抗压强度较大，矿石稳固性较好。

2.5 工程地质评价

2.5.1 矿体质量评价

矿体质量的优劣，主要体现在矿石块度的大小、节理裂隙发育程度及抗压、抗剪强度大小方面。矿区矿石质量等级根据施工的48个钻孔岩心完整性指标（RQD）计算统计得出：

由图8可知，货车质量为100 kg和150 kg时PCB梁最大滑移分别约为1.89×10-3 mm、2.56×10-3 mm；随着货车在梁上运行，滑移曲线均大致呈波动式上升，货车位于跨中附近时达到最大值，之后滑移曲线逐渐减小，货车出桥时滑移曲线不再降低，从图中可看出最终结合面滑移值均没有恢复到初始零值。

天景山组第一段北侧临近断层F2，受构造影响，岩层破碎、较破碎，从施工的ZK704及ZK1301钻孔情况可见，两孔RQD值分别为13.4%、41.8%，F2断层附近矿石质量等级Ⅴ～Ⅳ，矿石质量极差～差，矿体完整性破碎～差，其余地段各钻孔RQD值56.6%～84.6%，矿石质量等级Ⅲ～Ⅱ，矿石质量中等～好，矿体完整性中等完整～较完整。天景山组第二段RQD值80.4%～91.2%，矿石质量等级Ⅱ～Ⅰ，矿石质量好～极好，矿体完整性较完整-完整。天景山组第三段RQD值40.1%～82.0%，矿石质量等级Ⅳ～Ⅱ，矿石质量差～好，矿体完整性差～较完整。米钵山组RQD值39.3%，矿石质量等级Ⅳ，矿石质量差，矿体完整性差；中宁组RQD值46.8%，矿石质量等级Ⅳ，矿石质量差，矿体完整性差；清水营组RQD值31.5%～83.2%，矿石质量等级Ⅳ～Ⅱ，矿石质量差～好，矿体完整性差～较完整。

1.2.2 地下水补给、径流与排泄条件

矿区为低中山地貌，沟谷发育，切割强烈。矿层以单斜层状产出,倾角20°～50°。矿层裸露地表，厚度较大，适合露天开采。开采时，应注意边坡的稳定性，防止矿石塌落。矿层顶板主要为米钵山组砾屑灰岩、薄层灰岩，底板为天景山组第一岩段底部白云质灰岩。顶板及矿层力学性能良好，属中等强度硬质岩层。矿层属于中厚-厚层灰岩，且不含各类软弱夹层，矿物特性致密坚硬，裂隙较发育。矿层及顶板的完整性、稳固性较好。未来矿山开采适宜于自上而下分段水平露天开采，采坑最终边坡角不宜大于60°。

根据上述条件，将矿区工程地质勘探类型划分为第四类可溶盐类（碳酸盐岩），属工程地质条件简单的矿床，即第四类简单型。

3 环境地质条件

3.1 地震

矿区地处中国南北地震带北端，地震灾害较为发育。从公元876年～1981年，同心县境内共发生5级以上的地震4次，因此矿山建设和生产要注意地震活动的影响。

1994年初秋，高志明再次遇见夏小凡。她说：“来吧，现在谁去你们那儿拍照？我这里搞化妆摄影，艺术照，你将是我们店的首席摄影师。”

根据中国地震动参数区划图（GB 18306-2015）的地震基本烈度，矿区基本地震动峰值加速度为0.20g，抗震设防烈度为Ⅷ度。

3.2 地质灾害现状

矿区属于低中山地貌，切割强烈，无常年性地表径流，仅有较大的冲沟为雨季洪水排泄的通道，雨后短期即干涸。经现场调查，矿区内未发现有崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害迹象发生，仅在暴雨季节偶有山洪发生导致松动矿石塌落及泥流现象，破坏性较小。矿区内环境地质不良区范围较小，按照地质灾害易发区划分为非易发区，危险程度为低级。

3.3 矿山开采对环境的影响

矿区距最近牧民区大于300m，附近无重要建筑物，未来矿床开采时，矿山爆破产生的粉尘、噪音会对附近牧民生活有一些影响，但对当地环境不会产生严重的环境污染。今后矿山开采需严格按设计要求进行开采，尽可能减少对当地环境的破坏，有针对性的制定无害化处理方法和预防措施，确保矿山的长期稳定发展。

3.4 矿山开采产生的环境污染

矿山的开采将对勘探区及周围环境会造成一定程度的破坏。因此对矿山及周边环境采取必要的预防和保护措施是很有必要的。矿山开采可能产生的污染有：矿石、废石在装卸过程中都会产生尾气、燥声、粉尘污染。

根据矿区地质环境现状及将来矿山开采可能引发的变化，将矿区环境地质类型划分为第一类，即地质环境质量良好。

4 结语

矿区内未见有地表水系和地下水露头，矿区沟谷发育，有利于自然排水，矿体位于最低侵蚀基准面之上，矿层以上基本不含水；矿石结构以块状结构为主，属中等结构矿石，矿层稳固性好；矿区环境地质条件良好，地质灾害危险程度为低级。

综合矿区水文地质、工程地质及环境地质条件，矿床开采技术条件属工程地质问题为主的简单类型。未来矿山开采适宜于自上而下露天开采，矿床开发利用前景良好；该地区属宁夏经济发展较落后区域，矿床的开发可为当地经济发展起到一定的带动作用。

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