河南汝陽(yáng)竹園溝鉬礦床開采技術(shù)條件分析

丁軍召，田曉坤，謝國(guó)興，楊位坤，寧婧雯，李　瓊，付治國(guó)

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院，鄭州 451464)

?

河南汝陽(yáng)竹園溝鉬礦床開采技術(shù)條件分析

丁軍召，田曉坤，謝國(guó)興，楊位坤，寧婧雯，李瓊，付治國(guó)

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院，鄭州 451464)

摘要：竹園溝鉬礦床賦礦圍巖全部均為花崗質(zhì)巖石，含礦圍巖質(zhì)地堅(jiān)硬，開采坑道不需支護(hù)加固，開采條件良好。礦床充水主要為裂隙水，地下水對(duì)礦山開發(fā)影響不大。礦床開采技術(shù)條件總體屬簡(jiǎn)單型，但地表水體通過裂隙對(duì)坑道的涌水尚存在一定程度隱患，在未來礦山開采規(guī)劃時(shí)需進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估。

關(guān)鍵詞：竹園溝鉬礦；礦床充水；裂隙水；地表水；開采技術(shù)條件；系統(tǒng)評(píng)估；河南汝陽(yáng)

0引言

竹園溝鉬礦床自2004—2006年進(jìn)行普查、詳查，2009年進(jìn)行勘探，共獲得鉬(331)+(332)+(333)金屬資源量9.5×104t，接近大型規(guī)模。分析研究其開采技術(shù)條件對(duì)未來礦山開發(fā)的影響[1]是礦床評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方面。本文將對(duì)竹園溝鉬礦的開采技術(shù)條件及對(duì)未來礦山開發(fā)的影響進(jìn)行全面而客觀分析。

1礦床地質(zhì)概述

1.1區(qū)域地質(zhì)特征

礦區(qū)位于華北地臺(tái)南緣成礦帶華熊臺(tái)緣坳陷成礦亞帶的熊耳山—外方山多金屬成礦區(qū)內(nèi)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，褶皺不甚發(fā)育；斷裂主要以EW向、NE向和NW向?yàn)橹?。區(qū)內(nèi)岀露地層為中元古界長(zhǎng)城系熊耳群中基性—中酸性火山巖建造。區(qū)內(nèi)發(fā)育有中元古代晚期的石英閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖和燕山期的黑云母花崗巖、花崗斑巖等巖漿巖，后者形成太山廟復(fù)式花崗巖體及東溝下鋪花崗斑巖體(圖1)。

圖1　區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)略圖Fig.1　Sketch showing regional geology and ore occurrences1.第四系全新統(tǒng)；2.熊耳群馬家河組；3.熊耳群雞蛋坪組；4.燕山晚期花崗巖；5.石英閃長(zhǎng)巖；6.石英二長(zhǎng)巖；7.地層巖體界線；8.斷裂；9.壓性斷層；10.壓扭性斷層；11.鉛鋅礦化點(diǎn)；12.中型鉛鋅礦床；13.大型鉛鋅礦床；14.大型鉬礦床

1.2礦區(qū)地質(zhì)特征

1.3礦床及礦體地質(zhì)特征

(1)賦礦圍巖主要為花崗斑巖。

(2)礦體形態(tài)為似層狀、透鏡狀，總體傾向SE，主體側(cè)俯角5°～10°。

(3)品位與礦體厚度無正相關(guān)關(guān)系[2]，而與賦礦花崗斑巖的裂隙及輝鉬礦發(fā)育程度正相關(guān)。

(4)工業(yè)礦體與邊界礦體之間呈漸變過渡關(guān)系；工業(yè)礦體、邊界礦體、夾石之間呈明顯的漸變過渡關(guān)系，礦體邊部因三者相互出現(xiàn)呈犬牙交錯(cuò)狀。

2水文地質(zhì)條件

2.1礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1.1區(qū)域水文地質(zhì)概況

竹園溝河為區(qū)內(nèi)的主要水文地質(zhì)單元，屬山區(qū)水文地質(zhì)單元。地下水主要為由孔隙水、裂隙水構(gòu)成的潛水?？紫端x存于第四系全新統(tǒng)沖洪積物中，裂隙水賦存于燕山晚期花崗巖等基巖風(fēng)化裂隙及斷裂破碎帶裂隙中。

全新統(tǒng)沖洪積物孔隙含水層分布于竹園溝、竹園北溝中，由沖洪積砂礫石組成，其厚度1～20 m，富水性差異較大，弱富水性；風(fēng)化裂隙水基巖含水層廣泛分布于地表及第四系沉積物以下，基巖風(fēng)化深度一般1～5 m，弱富水性。燕山晚期花崗巖、王屋山期石英二長(zhǎng)(閃長(zhǎng))巖及中元古界熊耳群雞蛋坪組火山巖除淺部風(fēng)化帶外，裂隙多閉合或被各類脈體充填，富水性極弱或不含水，可視為隔水巖層。

地下水主要補(bǔ)給源為大氣降水，其通過斷裂破碎帶、巖層的裂隙、孔隙滲入地下，在不同的地質(zhì)構(gòu)造及地形、地貌條件控制下進(jìn)行垂直或水平運(yùn)移，部分地下水于深切溝谷處以山泉形式排出。地下水分水嶺與地表水的分水嶺基本一致，以垂直補(bǔ)給為主，徑流途徑短，向溝谷和河流排泄。

2.1.2礦區(qū)水文地質(zhì)條件

竹園溝鉬礦區(qū)位于竹園溝河水文地質(zhì)單元的中部，地勢(shì)總體上南高北低，最高處位于礦區(qū)西南部，海拔高程1 436.1 m；最低處位于西北角竹園溝底，海拔高程848.0 m；相對(duì)高差588.1 m。其地貌類型可分為剝蝕及構(gòu)造低中山區(qū)、侵蝕堆積河谷區(qū)。剝蝕中低山區(qū)由燕山晚期花崗巖構(gòu)成區(qū)，其山高坡陡，坡角一般40°～50°，溝谷呈“V”字形；坡降較大，利于大氣降水的排泄。侵蝕堆積河谷區(qū)主要為沿河流兩岸分布構(gòu)成的河漫灘，主要由第四系全新統(tǒng)砂礫石、亞粘土組成。

全新統(tǒng)沖洪積物孔隙含水層分布于東溝河漫灘及其支流的河床中，厚度1～15 m，由沖洪積砂礫石組成，含泥質(zhì)，富水性差異較大，弱富水性；基巖風(fēng)化深度一般0～5 m，風(fēng)化程度由淺至深降低，含裂隙水性亦降低，弱富水性。沖洪積物孔隙水與基巖風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙水之間無隔水巖層存在。富水性一般溝谷處高于山坡，河流下游高于上游。地下水水位埋深0.63～1.70 m，水位標(biāo)高883.90～973.10 m，與地形變化基本一致，南高北低。沖洪積物孔隙水水質(zhì)類型為HCO3·SO4-Ca型，礦化度0.094～0.127 g/L。構(gòu)造裂隙水水質(zhì)類型SO4-Ca型，礦化度0.232 g/L。

燕山晚期花崗巖及位于礦區(qū)東邊部的王屋山期閃長(zhǎng)巖、中元古界熊耳群火山巖等基巖裂隙閉合或被巖脈、各類礦脈充填，可視為相對(duì)隔水巖層。

2.2礦床水文地質(zhì)特征

2.2.1巖石含水性

竹園溝鉬礦體賦礦巖石為花崗斑巖，巖石結(jié)構(gòu)致密、堅(jiān)硬，其自然狀態(tài)下富水性弱、透水性差；賦礦巖石可視為隔水層。礦床充水直接水源為構(gòu)造裂隙水，地下水不對(duì)礦床涌水造成影響。

2.2.2礦床充水因素

(1)斷裂構(gòu)造帶。穿過礦床的主要構(gòu)造有LX1—LX8共8條斷裂裂隙(帶)。裂隙長(zhǎng)10～100 m，寬0.1～8 m，規(guī)模很小，對(duì)礦床充水影響較弱[3]。

(2)地表水體。礦區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造主要為裂隙構(gòu)造(帶)，且規(guī)模小、多屬壓扭性的緊閉裂隙；礦體圍巖均屬隔水層，故地表水對(duì)礦床充水的影響不大。

2.2.3地下水補(bǔ)徑排條件

據(jù)詳查階段對(duì)ZPD2、ZPD4、ZPD5、ZPD6、ZPD8平巷坑道調(diào)查資料，坑道頂?shù)装寰鶠榧?xì)?；◢弾r型輝鉬礦石，巖石裂隙緊閉、透水性差；僅局部地段在大裂隙處有地下水滲入現(xiàn)象，可從坑口排入地表水體。據(jù)ZPD2平巷坑道觀測(cè)資料，LX3裂隙構(gòu)造(帶)在此巷道總長(zhǎng)度為212 m，枯水季LX3裂隙構(gòu)造(帶)的日滲入坑道水量為5 t；其余平巷坑道水量很少或無水。

2.3開采方式選擇及涌水量估算

2.3.1首采方式及范圍確定

首采區(qū)采取露采開采方式；范圍按331資源量計(jì)算區(qū)、礦體的埋藏與分布條件確定。即以勘探網(wǎng)線橫00線、橫07線、縱11線、縱13線四條勘探線所包圍的礦體部分，750 m高程為底面(首采區(qū)礦體底界標(biāo)高大部分在750 m以上)圈定的范圍作為采坑的底面；利用勘探線儲(chǔ)量剖面，假定邊坡角為60°，碎裂巖按45°邊坡角，在各勘探線儲(chǔ)量剖面由下至上直接推至地面，當(dāng)臨河邊界超過洪水位線時(shí)，以洪水位線為邊界；將各交點(diǎn)連線，圈定范圍，以此確定為露采礦坑在地面的邊界。

2.3.2露采礦坑匯水范圍及邊界的確定

根據(jù)礦區(qū)1︰2 000地形圖，當(dāng)露采邊界未達(dá)到地表分水嶺時(shí)，將其擴(kuò)展到地表分水嶺作為邊界；當(dāng)已達(dá)到或穿過地表分水嶺時(shí)，以由于礦坑開挖形成的新分水嶺作為邊界線，然后圈定范圍[4]。

2.3.3露采礦坑的充水條件及涌水量計(jì)算

(1)大氣降水是主要充水水源

降水和降水所形成的地表逕流，直接流入礦坑充水，是其主要充水水源，且因不同季節(jié)的降水量大小、雨季降水強(qiáng)度的差異來決定降水對(duì)礦坑的危害程度。地下水是沿各類裂隙通道滲入礦坑，由于本區(qū)巖石裂隙多屬閉合裂隙，只有很少量開啟裂隙，水量較少；地表風(fēng)化帶及第四系沉積物厚度較薄，其含水量亦很少，可不與考慮。

(2)涌水量計(jì)算[5]

礦坑總涌水量(Q)計(jì)算公式：

Q=Q1+Q2

(1)

式中，Q1為地下水涌水量(量單位t/d)，Q2為大氣降水流入量(量單位t/d)。

因礦區(qū)未進(jìn)行抽水試驗(yàn)工作，水文地質(zhì)參數(shù)不能夠確定，導(dǎo)致Q1，這里只計(jì)算Q2，計(jì)算公式：

Q2=F·X

(2)

式中，F(xiàn)為露采礦坑匯水面積(量單位m2)，X為大氣日降水量(量單位m)。

露采礦坑匯水面積(F)為166 800 m2(用MAPGIS軟件在1∶2 000地形圖上測(cè)得)。大氣日降水量(X)采用歷年日最大降水量為109.2 mm、單年日平均降水量的最大值10.2 mm(根據(jù)汝陽(yáng)縣氣象站1996—2008年氣象資料)參加計(jì)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)。計(jì)算結(jié)果表明，礦坑在有降雨期間，日最大匯水量18 215 t/d；正常匯水量1 701 t/d。

(3)計(jì)算結(jié)果評(píng)述

由于搜集氣象資料僅限于1996—2008年，當(dāng)遭遇50年一遇或100年一遇暴雨時(shí)，計(jì)算的日最大匯水量可能比實(shí)際偏小，礦坑在有降雨期間的匯水量?jī)H可做為礦山設(shè)計(jì)的參考。因未計(jì)算礦坑地下水涌入量，首采區(qū)礦坑涌水量應(yīng)稍大。

2.4礦區(qū)供水

2.4.1水源

礦區(qū)內(nèi)的地表水為竹園溝河，可作為工業(yè)供水水源；另外，礦區(qū)第四系全新統(tǒng)沖積物孔隙水，可作為本區(qū)飲用水供水源地。

2.4.2水量水質(zhì)評(píng)述

(1)水量。竹園溝河主要受大氣降水補(bǔ)給，水量隨季節(jié)變化極大，最大流量10.148 m3/s，最小流量0.002 m3/s。礦區(qū)內(nèi)第四系全新統(tǒng)堆積物孔隙含水層，受大氣降水補(bǔ)給。由于含水層含泥質(zhì)，民井涌水量差別較大，一般情況下，靠近溝溪水流地點(diǎn)，涌水量較大，反之則小。

(2)水質(zhì)。第四系全新統(tǒng)沖積物孔隙含水層水質(zhì)分析結(jié)果，如表1所述。礦區(qū)內(nèi)第四系沖積物孔隙水及基巖裂隙水可供飲用水水源，竹園溝河水可作為工業(yè)用小型水源。

表1　水質(zhì)分析結(jié)果

3工程地質(zhì)條件

3.1礦區(qū)巖石及力學(xué)特征

(1)全新統(tǒng)松散沉積物(Qh)。分布于礦區(qū)的溝谷、河漫灘及河床，巖性為砂礫石、亞粘土等，其結(jié)構(gòu)松散，厚度0～10 m，一般小于5 m，含孔隙水；對(duì)礦床開采影響不大。

3.2礦區(qū)巖石裂隙結(jié)構(gòu)面特征

礦區(qū)內(nèi)Ⅲ級(jí)-Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面發(fā)育。

(1)Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面。在宋家莊一帶發(fā)育彼此平行的NE向裂隙，LX1-LX8斷裂裂隙屬Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面，其特征見礦區(qū)地質(zhì)部分所述。

(2)Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面。區(qū)內(nèi)Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面為節(jié)理裂隙，其組數(shù)多、密度較大。其中，最發(fā)育的二組節(jié)理裂隙的特征如表3所述，其力學(xué)性質(zhì)屬壓扭性，裂隙面平直，延伸一般不長(zhǎng)，裂隙發(fā)育程度與所處地段有關(guān)，在大裂隙帶內(nèi)最發(fā)育，其余地段發(fā)育一般。走向235°～245°向組與主構(gòu)造線方向一致；沿1組、2組在地表沿其易形成陡壁。

3.3礦區(qū)地質(zhì)工程條件評(píng)價(jià)

通過對(duì)ZPD2、ZPD4、ZPD5、ZPD6、ZPD8坑道調(diào)查，坑道內(nèi)圍巖巖石堅(jiān)硬，雖裂隙較發(fā)育但其延伸不長(zhǎng)和緊閉，故其穩(wěn)定性好，無坑道頂板塌落及冒落現(xiàn)象。

構(gòu)成露天采場(chǎng)邊坡的巖體為燕山期花崗巖屬塊狀巖類，其抗壓強(qiáng)度32.7～138.0 MPa，屬堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬巖類。露采邊坡無軟弱夾層存在，工程穩(wěn)定性較好。

表2　巖石物理力學(xué)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)成果表

表3　主要裂隙產(chǎn)狀要素表

圖2　河南省地震烈度區(qū)劃圖Fig.2　Division map of seismic crackingintensity in Henan province

4環(huán)境地質(zhì)條件

4.1區(qū)域環(huán)境穩(wěn)定性

根據(jù)地震歷史資料，汝陽(yáng)縣歷史上無發(fā)生5.0級(jí)以上的地震。河南省地震烈度區(qū)劃圖反映本區(qū)地震基本烈度為6°(圖2)，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g。在礦區(qū)及附近范圍內(nèi)無活斷層存在，區(qū)域穩(wěn)定性好。

4.2水文環(huán)境狀況

礦區(qū)地表水為竹園溝及其支溝溝谷水，水量隨季節(jié)變化，流量介于0.002～10.148 m3/s之間。按GB 38338—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，礦區(qū)水環(huán)境質(zhì)量均不超過Ⅲ類。

第四系全新統(tǒng)(Qh)沖洪積物孔隙潛水及淺層風(fēng)化裂隙水，其埋藏淺，易被污染；地下水水質(zhì)好，符合GB 5749—85生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 。

總體來看，礦區(qū)水環(huán)境質(zhì)量較好，但易受礦石開采生產(chǎn)活動(dòng)及選廠廢液等破壞。

4.3礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

礦區(qū)內(nèi)溝谷較狹窄，山坡較陡，溝谷南坡巖石風(fēng)化較強(qiáng)烈，Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面發(fā)育，在個(gè)別地段陡壁上，易產(chǎn)生微小型崩塌體。

由于地下水為脈狀裂隙水，礦區(qū)巖石為堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬巖石，疏干排水不會(huì)引起地面塌陷、沉降等問題[7]。

4.4礦山開采對(duì)環(huán)境影響分析

未來礦山采取露天開采，開采時(shí)產(chǎn)生的煙塵會(huì)污染附近大氣環(huán)境；礦山開采后形成的露采坑會(huì)破壞礦區(qū)及附近的地質(zhì)環(huán)境。礦山開采后形成大量的廢石堆及選礦廠形成的尾礦等廢棄物會(huì)破壞礦區(qū)及附近的生態(tài)環(huán)境，還可能引發(fā)污染礦區(qū)地表水體、地下水等環(huán)境災(zāi)害。因此，在未來礦山建設(shè)和生產(chǎn)過程中，皆應(yīng)重視環(huán)境地質(zhì)問題，采取相應(yīng)的手段和措施以避免環(huán)境受到污染和破壞。

5問題及建議

(1)由于資金問題，本次勘探未進(jìn)行抽水試驗(yàn)工作，水文地質(zhì)參數(shù)無法取得，僅計(jì)算了首采區(qū)由大氣降水形成的匯水量，水文地質(zhì)工作程度不夠圓滿。

(2)開采時(shí)應(yīng)注意臨河地段的保護(hù)，防止河水向坑道的側(cè)滲和涌入。雨季時(shí)應(yīng)防止溝谷匯水及山洪淹沒礦坑。

(3)礦山建設(shè)前，應(yīng)進(jìn)行礦山建設(shè)用地地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估；礦山在開采過程中，要加強(qiáng)對(duì)地下水的水文地質(zhì)參數(shù)觀測(cè)以指導(dǎo)礦山安全開采。

參考文獻(xiàn)：

[1]何偉民. 礦山常見地質(zhì)災(zāi)害類型及治理對(duì)策[J]. 地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù), 2014, 25(2): 30-34.

[2]饒振賓, 蔡嗣經(jīng). 伊春—延壽構(gòu)造帶斑巖型鉬礦礦床成因及地質(zhì)特征[J]. 中國(guó)鉬業(yè), 2014, 38(5): 18-24.

[3]苗階, 劉帥, 劉超. 模糊數(shù)學(xué)在預(yù)測(cè)大孤山鐵礦深部涌水量中的應(yīng)用[J]. 地質(zhì)找礦論叢, 2014, 29(2): 295-298.

[4]彭松民, 崔蓓蕾, 張坤, 等. 東秦嶺竹園溝鉬礦床次生暈異常特征及其找礦意義[J]. 中國(guó)鉬業(yè), 2014, 38(2): 11-15.

[5]徐慶華. 黑龍江爭(zhēng)光金礦水文地質(zhì)特征淺析[J]. 地質(zhì)找礦論叢, 2014, 29(2): 299-302.

[6]張青宇, 沈軍輝, 陳汶志. 三峽庫(kù)區(qū)某變傾角順層滑坡形成演化過程及其穩(wěn)定性[J]. 地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù), 2014, 25(1): 94-97.

[7]唐亞明, 薛強(qiáng), 畢俊擘, 等. 陜北黃土崩塌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建[J]. 地質(zhì)通報(bào), 2012, 31(6): 979-988.

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，F(xiàn)U 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；責(zé)任編輯：王傳泰

作者簡(jiǎn)介：丁軍召(1981—)，男，地質(zhì)工程師，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)畢業(yè)，從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作。

通信地址：河南省鄭州市鄭東新區(qū)鄭開大道康莊路交叉口地礦大廈地勘二院；郵政編碼：451464 通信作者：付治國(guó)(1956—)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)畢業(yè)，從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及研究工作。 河南省鄭州市鄭東新區(qū)鄭開大道康莊路交叉口地礦大廈地勘二院；郵政編碼：451464；E-mail：13782313075@163.com

doi:10.6053/j.issn.1001-1412.2016.02.017

中圖分類號(hào)：P618.65，P641.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A