吉林省大栗子外围银多金属矿床开采技术条件

杨铁军，孔文博，袁普普

（吉林省有色金属地质勘查局六0二队，吉林 白山 134300）

1 区域地质特征

勘查区所处大地构造位置为中朝准地台（Ⅰ）、辽东台隆（Ⅱ）、太子河—浑江陷褶断速（Ⅲ）、鸭绿江凹褶断速（Ⅳ）中段北缘。

2 矿床开采技术条件

2.1 水文地质

2.1.1 地形地貌、水文及气象

矿区位于长白山系龙岗山脉中部南东麓，属低山区，沟谷切割较深，海拔标高为318m～840m，相对高差较大，当地侵蚀基准面标高为318m。区内有三条小河，东沟河、头道沟小河还有一条无名河(最好起个名)，均为鸭绿江的支流，主要河流为东沟河，由北而南注入鸭绿江。东沟河丰水期流量为1.78L/s，枯水期流量为0.02L/s。其余两河为季节性河流[1]。本区属北寒温带大陆性季风气候，大气降水是区内地下水的主要补给来源，主要集中于6～8月份。年气温最高33℃，最低-30℃，年平均5℃。封冻期由11月末至翌年4月，最大冻土深度为1.2m。

2.1.2 含水层

（1）第四系砂、砾石孔隙水含水层。含水层分布于鸭绿江沿岸及矿区东沟河谷中，由砂、砾石组成，砾石磨圆度和分选性较好，含水层厚度为3m～15.45m。据8月份观测河水流量为0.17L/s～0.093L/s，平均水温10℃。含水层水化学类型为HCO3-Ca型水，地下水主要排泄于鸭绿江，对矿床开采无影响。

（2）基岩风化裂隙水含水层。该含水层岩性主要是含砾砂岩，风化带厚度为4.30m～49m，全部钻孔均无涌水现象，该含水层主要补给来源为大气降水，受季节性影响；该层地下水主要以潜流形式排泄于沟谷低洼处，最终汇聚成河流入鸭绿江。富水性较差，属弱富水含水层。

2.1.3 隔水层

风化带以下未风化的基岩可视为隔水层，主要岩性为千枚岩、大理岩。

2.1.4 地下水补给、径流和排泄

该区属低山区，地下水主要由大气降水补给，本区处于低山深切割区，地下水可以通过斜坡地带径流，向两侧斜坡排泄。基岩风化裂隙含水层是区内主要含水层，大气降水是基岩裂隙水的补给来源，大部分降水沿山坡倾斜方向汇入沟底，只有少部分渗入基岩裂隙[2]。形成基岩风化裂隙水，以泉水的形式排泄于沟谷，蒸发是另一种排泄方式。

2.1.5 矿区构造条件

矿区内构造发育有褶皱构造和断裂构造，褶皱构造主要为老岭群大栗子组中的褶皱构造，形成轴向北北东向的大栗子开阔向斜构造。断裂构造主要为盖层中的构造，以北东向为主，北东东向断裂最为发育，其次有北北西向断裂。F18、F19为区内主干断裂，F18属压扭性断裂，纵贯全区，走向40°～60°，倾向南东，5号勘探线剖面上钻孔ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK7孔均揭露到构造破碎带，ZK1、ZK2两孔揭露到4条构造破碎带，ZK5孔揭露破碎带最厚为87.9m。矿区构造为浅部构造，只发育在青白口系砂岩层中，没有切割到大栗子组深部矿体，北西西向断裂F6、F7在区内发育，但规模小，亦发育在区内盖层中。综上所述，该区构造条件对矿床开采影响较小。

2.1.6 充水因素分析

区内地下水类型主要为基岩风化裂隙水，大气降水是基岩裂隙水的补给来源，未来矿井充水主要为基岩风化裂隙水补给，矿区地表有3条小河，在上游排泄基岩风化裂隙水，在下游又补给基岩风化裂隙水[3-6]。其流量随季节性变化，最终均排泄于鸭绿江中，除此之外，还应注意鸭绿江水，矿区边界距鸭绿江直线距离500m左右，未来开采过程中要预防有勾通鸭绿江水的隐伏导水断层存在。

2.1.7 矿坑涌水量估算

计算公式：

式中：Q-预测矿坑涌水量（m³/d）；

Q1-小栗子四区铁矿矿坑涌水量为资料收集最大涌水量为158（m3/d），正常涌水量为50（m3/d）；

S-预测水位降低为矿区内所有地表钻孔平均终孔稳定水位标高与矿体最低标高之差1599（m）；

S1-小栗子四区铁矿水位降深为资料收集330（m）；

F-预计首采区开采面积120000（m2）；

F1-小栗子四区铁矿开采面积为390936.44（m2）。

计算结果：

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经计算，该矿区最大涌水量为192.69m3/d,正常涌水量为60.98m3/d。在计算过程中所引用的预测面积是矿体储量计算的面积，待正式开采时，用实际面积重新计算。

2.1.8 供水方向

本区地下水为基岩风化裂隙水，含水层的富水性较差，地下水补给又具有季节性特征，枯水期内地下水资源有限，满足不了工业用水的要求。本区主要地表河流为鸭绿江支流东沟河，常年流水，可作为本区供水水源。

2.1.9 矿床水文地质评价

基岩风化裂隙水是未来矿坑充水的间接充水水源，属弱富水。开采矿石无地表水影响，矿床水文地质条件为简单类型。

2.2 工程地质

2.2.1 工程地质岩组特征

（1）软弱岩组。由分布于鸭绿江沿岸及东沟河沟谷中的第四系全新统冲积砂、砾石、残坡积层、基岩风化带、构造破碎带及大栗子组与大罗圈河组接触带上泥质胶结的底砾岩层构成，其中山间沟河谷松散岩组对矿床开采无意义，此不赘述。据钻孔资料可知，基岩风化带厚4.3m～49m，岩石风化成碎块状，岩石质量指标RQD值为90%,岩石等级为极劣的，岩体破碎，岩体结构类型为散体结构，碎裂结构。建井时遇到以上软弱层需支护。

（2）坚硬岩组。该岩组为未风化矿体及顶底板岩石，呈块状构造，以IV极或V级结构面为主，且结构面多为闭合，岩石力学强度高，岩层稳定性好。铁矿体顶底板围岩为千枚岩，银多金属矿体顶底板岩石为大理岩，千枚岩RQD值一般在95%,大理岩RQD值一般在95%,岩石质量等级以好的为主，岩体较完整，据银多金属矿体及顶底板力学性质试验成果可知，大理岩抗压强度为37.6MPa～88.1MPa，银多金属矿体抗压强度为73.1MPa，属坚硬及半坚硬岩石。

2.2.2 井巷稳定性评价

该矿区开采为坑道开采，该区对银多金属矿体及矿体顶底板围岩共进行了3组物理力学试验，岩(矿)石力学性质见表1。

表1 岩(矿)石力学性质一览表

由表中可知，矿体顶板围岩单轴抗压强度大于60MPa，岩体结构属于整体结构，未出现构造变形。矿体单轴抗压强度大于60MPa，岩体结构属于整体结构，未发现构造变形。矿体底板围岩单轴抗压强度均大于30MPa，岩体结构属于块状结构。

本矿区铁矿体未进行物理力学试验，但本区与邻区小栗子四区铁矿在岩石结构上属同种类型，在空间上是同一矿体群，小栗子四区勘探中对矿石物理机械性能进行了较多的测试，矿体与围岩均为坚硬。小栗子四区对矿体的测试结果为：密度为4.43g/cm2，抗压强度为1725.87kg/cm2，抗拉强度为523.16kg/cm2，抗剪强度，内聚力为191.73kg/cm2，摩擦系数为0.81；围岩千枚岩结果为：抗压强度为523.16kg/cm2，抗剪强度，内聚力为116.65kg/cm2，摩擦系数为0.56。铁矿体赋存在千枚岩中，矿体与围岩整合接触，界线明显，在走向与倾向上反映同步变形。局部矿体与围岩接触面，由于物性差异，往往受力变形后，在接触面处围岩柔皱强烈，甚至形成小的破碎带。总的看矿体与围岩都较坚固，矿体中裂隙不发育，不易发生冒顶，片帮现象。

总体看来，本区内断裂构造不发育，岩体较完整，矿体及其围岩岩石力学强度较高，无软弱夹层存在，矿体倾角中等。

2.2.3 工程地质评价

该区地形地貌简单，地形有利于自然排水，地层岩性界限清楚，地质构造简单。岩体质量等级为Ⅰ级；岩体完整程度为完整，岩体结构以整体块状为主；岩体为坚硬岩和半坚硬岩。该区岩石强度较高，稳定性较好，不易发生矿山工程地质问题。故该矿床工程地质条件为简单类型。

2.3 环境地质

2.3.1 区域稳定性

该区在“东北地区烈度区划图”上，白山地区抗震设防烈度为Ⅵ度区，地震动峰值加速度值为0.05g，自有地震记载以来，区域内未发生过破坏性地震。据吉林省地震局记录，仅发生过几次小于4级的地震，对该区无破坏性影响，故该区属地震稳定区。

2.3.2 自然地理环境及社会环境

该区位于低山地区，植被茂盛，林地密集，自然环境好，附近无居民居住；该区不属于文物保护区和自然保护区，无滑坡、泥石流等地质灾害发生，开采矿石不会造成山体开裂、岩体崩塌、滑坡、泥石流等人为地质灾害和地质环境的污染。该区开采矿床不会影响当地自然地理及社会环境。

对该区钻孔岩心进行了放射性检测，检测结果均在正常值范围，无放射性元素存在。详见简测结果表2。

表2 γ辐射空气吸收剂量率监测结果表（单位：nGy/h）

本次工作没有测深孔的温度，收集了邻区（小栗子铁矿四区和东风铁矿区）不同标高的采矿坑道温度检测数据，可以作为本矿将来开发生产利用的依据

坑口向平巷200m处恒温区域进行测量，常年平均值为4.6℃，测量期间-50m以上采取自然通风方式，-50m中段以下仅测量竖井马头门向里约150m处，其中-300m处测得空气温度15.5℃，掘进作业面因通风影响温度将较测量值升高约5℃左右，另外因矿井深部气压较地表低40%以上，矿井深部空气中含氧量较地表低约30%以上，矿井内体感温度均较温度计温度感觉高约10℃左右。

由于只能收集到小栗子铁矿四区矿体最低开采标高-300m的低温测量结果，发现每降低100m，温度会升高2度；而此次工作的矿区，最低开采矿体标高为-1050m，如果按照相邻矿区进行比拟，则开采至-1050m标高时，温度可能会达到30.5度。建议矿山在开采时必须加强通风并全天候开启主扇和局部风机，加强通风，防止作业面温度升高。

2.3.3 地表水及地下水环境

（1）地表水：矿区范围内无居民居住，植被、林木发育，不存在污染源，地表水水质良好。

（2）地下水：地下水含水层主要为基岩风化裂隙水，靠大气降水渗入补给，今后采矿坑道中可视为不含水的岩(矿)石，但应注意矿坑水的排出对地表水造成轻度污染。

2.3.4 矿山生产活动对地质环境影响分析

矿山开采的环境地质问题主要表现为矿坑水的排放对环境的污染及矿山开采会产生局部地面塌陷。建议未来矿山开采多采用充填法开采，尾矿渣多数可用于井下充填，减小对地表植被的破坏，降低对矿山环境及生态系统的影响，降低甚至可以避免引发地表塌陷的可能性。矿山长期疏干排水可能造成地下水质、水量的变化，可能引起局部地下水位的下降。由于矿区周围无居民居住，所以对周围居民的生产和生活用水影响小。该区水化学类型为HCO3-Ca型水。PH值6.79～8.26，水质较好。矿坑排水会对地表水产生轻度的污染，还要注意开采时有害组分砷的排放。建议未来矿山开采时，加强对矿坑排水的动态监测，以防污染鸭绿江水。

2.3.5 环境地质条件评价

区域稳定性好，区域未发生过破坏性地震，对矿床开采没有影响。

矿区水环境质量良好，地下水、地表水水质良好，水化学类型为HCO3-Ca+Mg型水，PH值为6.79～8.26。适用于生活、工业及农业用水要求。总体来看，矿区位于地震稳定的低山地区，无自然地质灾害发生。因开采方式为充填式开采，所以矿石不会造成人为地质灾害和地质环境的污染。

本矿区矿体埋深较大，铁矿体最大可采深度标高为-1050m，局部矿体砷、隔、硫含量偏高，这对矿体开采以及采后冶炼均为不利因素，有害成分溶滤到地下水排出坑道若不采取相应措施处理，会严重污染地表水，加之随着开采深度加大，地温梯度值也在增大，开采到-1050m时，温度可达40℃左右，这些都会严重影响作业人员的身体健康，因此矿区地质环境质量定为中等类型。

表3 水质分析结果表

2.4 矿床开采技术条件评价

综上所述，该矿床的地形有利于自然排水。含水层富水性弱，附近无大的地表水体影响。矿床水文地质条件为简单类型。矿体围岩单一，结构面不发育，井巷稳定性好。工程地质条件为简单类型。矿床地处地震稳定的低山地区，无原生环境地质问题，地质环境质量为中等类型。因此开采技术条件定为以环境地质问题为主的中等复杂类型矿床(即Ⅱ-3型)。