吉林省大石棚银多金属矿床开采技术条件

袁普普，杨铁军，黄 静

（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

区域大地构造位置位于塔里木-中朝准地台（Ⅰ）、辽东台隆（Ⅱ）、铁岭～靖宇台拱（Ⅲ），龙岗断块（Ⅳ）南翼。区内广泛出露太古宙岩石组合，即太古宙花岗绿岩地体，控制着鞍山式铁矿的分布，具备优越的鞍山式铁矿成矿地质条件。

2 矿床开采技术条件

2.1 水文地质

2.1.1 自然地理

矿区自然地理分区属长白山系龙岗山脉中段南侧，地势区域上北高南低，海拔标高在770m～933.20m，相对高差163.20m，勘查区大部分被针阔叶林覆盖，地貌特征属构造剥蚀低山区。

矿区最低侵蚀基准面标高755m，本次详查资源储量估算标高795～633m，矿体大部分位于矿区侵蚀基准面以下。

本区水系主要有浑江支流头道羊岔河、二道羊岔河。其中头道羊岔河在矿区内东北部自西北向东南流出矿区后汇入西南岔河。河床宽度3m～15m，水面宽度1m～5m，河床底面标高755m，岸坡标高756m，洪水水位标高756m。头道羊岔为季节性河流，2016年7月18日测得流量为9072m3/d、10月10日测得流量为1134m3/d，2017年5月26日测得流量为9292m3/s。二道羊岔河在矿区外西南部自西北向东南径流，流量较小，随季节变化较大，2016年7月20日测得流量为885m3/d，2017年4月19日测得流量为87m3/d。

矿区地形坡度大，河流水量随季节变化明显，雨后（雪水融化后）河水迅猛增多。该区植被覆盖较厚，地表水无污染，水质良好。

勘查区属北温带大陆性季风气候，四季分明，冬季寒冷漫长，夏季温热多雨，春秋干燥温和。年最高气温31.6℃，最低气温-34.5℃，年平均气温4℃；年日照射时数为2200～2884小时，无霜期105～160天，积雪期90～110天；雨季多集中在7～8月份。年平均降雨量650～800mm，最大降雨量1117mm，连续降雨最长天数13天，日最大降雨量128mm。蒸发量介于800mm～1600mm。最冷季节在12月至翌年2月，11月中旬至翌年4月初为冰冻期，冻土层深度为1.00m～1.60m。风向春夏季多为西南风、东南风，秋冬两季多为西北风，最大风速17m/s。

2.1.2 含水层与隔水层

含水层：

区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙潜水弱含水层、基岩风化裂隙潜水含水层两种。

（1）第四系松散岩类孔隙潜水弱含水层：主要分布在山间河谷中，岩性为第四系全新统冲积、洪积物，即含粘土砂砾石、碎石、含砂亚粘土组成。厚度2m～5m，水位埋深0.5m～1.5m，据民井资料，单位涌水量为0.05L/s·m，属弱富水性。水化学类型为HCO3+Cl-Ca型，矿化度71.62mg/L。pH值6.03。该含水层接受大气降水补给，排泄途径为向河水排泄、地下水径流排泄和潜水蒸发排泄。

（2）基岩风化裂隙潜水含水层：分布在基岩上部，主要岩性玄武岩、混合岩、混合花岗岩、钾长伟晶岩、斜长角闪岩、角闪岩、黑云角闪斜长片麻岩等。风化带深度一般在地表以下10m～20m，裂隙宽度一般在0.1cm，个别为1.0cm，也常伴泥砂质充填，裂隙频率最大为98条/m2，并随着深度增加而减少。泉水流量0.069-1.276L/s（4666806，42546049）,泉水流量随季节变化较大，为弱富水性。地下水化学类型为HCO3+Cl—Ca型水，矿化度76.72mg/L。pH值6.00。

隔水层：

分布在基岩风化带以下的新鲜岩石，裂隙不发育，结构完整、致密坚硬，透水性差，是良好的隔水层。

2.1.3 地下水的补给、径流、排泄条件

地下水补给条件：工作区位于当地侵蚀基准面（716.1m）以上的中低山区，头道羊岔河流经区内。地下水主要通过第四系冲洪积卵砾石、砂砾石层孔隙和面状风化裂隙带接受大气降水补给。区内植被茂盛，拦蓄大气降水，相对增大了降水入渗能力，由于矿区内山体坡度较陡，地表径流量大于入渗量。沟谷赋存的第四系孔隙潜水，其补给来源除直接接受大气降水补给外，主要接受周边山区的地下水补给。

地下水径流条件：工作区地下水流向受地形控制，总体上沿山脊向两侧河流径流，排泄于两侧河流、沟谷，径流条件好。

地下水排泄条件：区内地下水排泄方式主要是地下径流排泄，此外尚有少量蒸发排泄。根据野外调查与资料分析，详查区地下水分水岭与地表分水岭一致，地下径流排泄方向由地表分水岭向河谷排泄。本区植被发育，树木密集，冬季封冻时间长，地下水水位埋深大，潜水蒸发强度很小，蒸发排泄主要是植物蒸（散）发。

2.1.4 矿床充水因素分析

矿床充水来自大气降水、河水补给和基岩风化裂隙潜水含水层。其中②号矿组资源储量分布标高825m～560m，出露地表，受大气降水、基岩风化裂隙水和河水多重补给，基岩风化裂隙水水量较小，大气降水直接入渗补给地下水，所以在雨季时节应加强河水监测；①号和③号矿组矿床充水来源主要为基岩风化裂隙水，基岩风化裂隙水为弱含水层，水量较小，而且矿体大部分埋深在完整基岩中，为相对隔水层，因此基岩风化裂隙水对矿床充水影响较小。

2.1.5 矿坑涌水量预测

头道羊岔河从②矿组上部流过，开采矿体在地下形成采空区，形成冒落带、裂隙带和整体移动带，其中冒落带和裂隙带可形成充水水源进入矿坑的通道，因此需计算冒落带最大高度Hc和导水裂隙带最大高度Hf，用以确定预留矿柱高度。根据GB12719-91中冒落带导水裂隙带最大高度经验公式（矿层倾角在0～54°范围内）：

式中：Hc：冒落带最大高度（m）；

Hf：导水裂隙带最大高度（m）；

M：矿层厚度（m）；

n：矿体分层层数，等于1。

根据②矿组主要矿体：2号、4号、7号、8号、12号等矿体，确定平均值M=3.32m。计算出Hc=6.64m，Hf=37.33m。

由于导水裂隙带最大高度为37.33m，所以预留矿柱应不小于37.33m。

矿坑涌水量计算公式选择：

依据矿床勘查中坑道涌水的充水因素分析资料，本矿床与已开采的爱林铁矿相连，在同一成矿带，地质特征、水文地质条件相同，因此未来矿坑涌水量计算采用比拟法。

计算公式：

式中：Q1—已知矿坑涌水量，由二岔铁矿收集；

F1—已知矿山开采面积，由二岔铁矿收集为2346m2；

F—本区矿体资源储量分布面积；

S1—已知矿山开采水位降深，由爱林铁矿收集为75m（井口标高878m减去最低中段标高803m得）；

S—本区矿体开采水位降深（矿区各钻孔平均稳定水位标高减去计算矿体资源储量分布最低标高得）。

涌水量计算：

东区②矿组：矿床开采面积为37405m2，水位降深235.59m（钻孔稳定水位平均标高795.59m—矿体最低埋深标高560m），利用公式：

此涌水量属弱富水性矿床。矿床充水岩层以风化裂隙水和第四系松散岩类孔隙水为主，都为弱富水性。

2.1.6 矿区供水方向评价

根据水质分析结果，整个矿区地下水和地表水中无有毒有害元素，适宜作为生活饮用水。矿区东北角有头道羊岔河，浑江距离矿区也仅有5km，生产用水可以直接取自河（江）水。

2.1.7 矿区水文地质评价

本次基本查明了矿区水文地质条件，重点查明了各含水岩层，尤其是矿床充水主要含水层组的岩性、厚度、分布、产状、埋藏条件、水位、水温、水质、富水性及地下水补给、径流、排泄条件、动态变化规律等，但本年度属于枯水年，所调查的水量值相比于平水年会偏低，导致计算水量等结果亦会偏低。由于矿床的主要充水含水层为松散岩类孔隙潜水含水层和基岩风化裂隙潜水含水层，都为弱富水性含水层。矿床主要充水含水层与矿床直接接触，地下水直接进入矿坑。矿体70%位于当地最低侵蚀基准面以上，有30%位于当地最低侵蚀基准面以下，地形有利于自然排水，②矿组矿床开采受头道阳岔河水影响，故将矿床水文地质条件划分为中等分区类型，即Ⅱ型。

2.2 工程地质

2.2.1 岩组工程地质特征

根据岩体的成因，将矿区岩体划分为松散软弱岩组和坚硬块状岩组。

松散软弱岩组：

矿区近地表强至中等风化带的太古宙斜长角闪片麻岩、角闪片岩，斜长角闪岩、磁铁石英岩；太古宙英云闪长岩、钾长混合花岗岩，二长花岗岩类岩组为松散软弱岩组（基岩风化带岩组）。根据钻探资料，近地表2.5m～7.5m为强风化带，岩石风化为碎石；部分钻孔强风化带向下2m～4m为中等风化带，岩芯较破碎，断口凹凸不平；少数钻孔强风化带下无中等风化带，直接为微风化或未风化新鲜岩石。碎裂岩组为坚硬岩强风化或中等风化的产物，为较软岩。RQD为40%～50%，平均值为45%。

坚硬块状岩组：

坚硬块状岩组：矿体围岩主要为黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、黑云片岩、黑云角闪片岩，分布于整个矿区。除少数近地表中等风化至微风化外，全部为块状结构岩组，岩石完整，岩石结构构造、矿物色泽新鲜或基本未变，部分裂隙面有铁质渲染，主要为IV、V级结构面，层面有一定的结合力，结构面一般发育2～3组，岩石坚硬，为坚硬岩组，抗压强度为80MPa～120MPa（本区地质特征、工程地质条件与邻区浑江板石铁矿极其相似，故参照其物理力学测试结果），稳定性好。RQD平均值在90%及以上。工程地质条件好。

2.2.2 岩体质量

岩石的风化特征：

（1）岩石的风化带特征：

矿区内出露地表的岩石均被风化，但厚度不大，据钻孔资料统计，风化壳最厚20m，一般在5m～15m。强风化带岩石风化裂隙发育，岩石多为块状及碎屑状，RQD值一般30%～40%。

（2）裂隙工程地质特征：

裂隙发育比较均匀。根据钻孔资料情况，除地表风化带裂隙发育外（裂隙率6%～10%），基岩裂隙不发育（裂隙率0.1%～0.9%），并且基岩裂隙大多被方解石等矿物充填，结构致密。

岩体质量：

钻孔编录资料得知，矿区内的岩体中裂隙分布比较均匀：地表较差，深部完整。地表风化带RQD值一般30%～40%，25m深度以下RQD值一般大于90%，构造裂隙带均不发育，岩体完整。

综上所述，岩体质量总体为良，即Ⅱ级。

2.2.3 工程地质综合评价

综合分析工作区工程地质条件，区内构造不发育，基岩岩石质量较好，岩体质量在良好以上，围岩坚固、稳定，未来矿区开采深部开拓基本不用支护。但对于可能出现的工程地质问题，比如采空区围岩的坍塌、掉块，防治措施应根据实际情况，选择合适的支护措施。露天边坡稳定，在未来采矿过程中，不会对采矿造成影响。但露采边坡在地表水和地下水的作用下，易发生坡面冲刷与坡体滑塌等现象，施工时应根据实际情况加以防护。

综上所述，矿区工程地质条件属于简单类型。

2.3 环境地质

2.3.1 地震区划及区域稳定性

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306～2015），本区地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度值为Ⅵ度，未发生过地震灾害，场区区域稳定性较好。

2.3.2 矿区地质环境

矿床地处近南北走向的山体中，头道羊岔河西岸，山坡较陡，附近没有工厂和重要的建筑工程及其文物保护单位等，但在头道羊岔河下游有村民居住，其饮用水多来自山泉水，未来开采矿山时应对污水采取相应措施。

对矿区的地表水和地下水进行水质分析可知，矿区内地表水与地下水没有有害成分。

根据1∶1万放射性测量，矿区放射性元素及其它有害元素通过HD-2000型伽玛辐射仪分别对地表、探槽、钻孔进行测试，对比《地面γ能谱测量技术规程》(DZ/T 0205-1999)后，地表及深部岩石均未发现放射性异常，说明本区地表及地下矿体和围岩放射性强度不高，对人体无影响。矿石及废石分解出的硫、磷、砷等有毒有害物质含量极低，不会引起污染。

2.3.3 矿床开采及矿坑排水对地质环境的影响

矿体大部分赋存于最低侵蚀基准面以下，并且临近头道羊岔河，采矿排水容易引起对河水的污染，下游村民用水可能会因采矿造成影响，应采取防范措施。矿体及顶底板围岩稳定性较好，所以产生地面塌陷、沉降、岩体开裂等地质现象的可能性很小。

综上所述，矿区地质环境质量属于良好类型。

2.4 矿床开采技术条件评价

矿区内主要含水层为基岩风化裂隙水含水层和第四系松散岩类孔隙水弱含水层，都为弱富水性含水层。矿区最低侵蚀基准面标高755m，矿体资源储量估算标高795m～633m，大部分矿体在侵蚀基准面以下，矿床开采受头道阳岔河水影响，故将矿床水文地质条件划分为中等分区类型，即Ⅱ型。

矿体及围岩工程地质岩组为坚硬岩石，块状结构，矿体无构造破坏，连续性好，露天边坡稳定性较好。工程地质条件属简单类型。

本区地震烈度为Ⅵ度，地震动峰值加速度为0.05g，属稳定的中低山区，人烟稀少，森林覆盖良好，无自然地质灾害发生，地表水及地下水无污染，自然环境良好，地质环境质量属良好类型。

综上所述，本区矿床水文地质条件为中等类型，工程地质条件为简单类型，地质环境质量为良好类型，其开采技术条件属以水文地质问题为主的矿床。即Ⅱ-1型。

2.5 矿床开采技术条件小结

本次工作基本查明了矿区水文地质、工程地质、环境地质条件，对采矿可能遇到的主要问题进行了初步分析，由于工作阶段的限制，对有些问题没有进行深入研究，建议在下一勘查阶段做进一步研究。

2.5.1 是否满足详查阶段要求

通过对矿区水文地质、工程地质、环境地质条件的详细调查，基本符合《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-91）和《固体矿产地质勘查总则》（GB/T 13908-2002）的要求，可为现阶段的详查提供依据。

2.5.2 下一步工作建议

（1）对矿区地表水继续按丰水期、平水期、枯水期进行观测。

（2）对岩石物理力学性质做进一步检测，加强现有露天边坡的监测。

（3）对头道羊岔河水与②号矿组矿床充水影响因素做进一步研究。