白音華露天礦邊坡地質(zhì)環(huán)境分析

劉志剛

白音華煤田地處內(nèi)蒙古中東部，大興安嶺西坡南段之北側(cè)。礦區(qū)系丘陵低山區(qū)，剝蝕堆積地形，沖洪積平原，標(biāo)高976.10—1100.90m，相對高度124.80m，南西高東北低。煤田內(nèi)是地勢平緩的草原、沼澤地形，兩者間的過渡帶則是由剝蝕堆積和風(fēng)蝕形成的緩波狀丘陵。

在煤田東北和西南兩側(cè)發(fā)育有彥吉嘎、高力罕兩條老年期季節(jié)性內(nèi)陸河流。彥吉嘎河為本井田主要河流，自東北流向西南，在金星大隊(duì)附近轉(zhuǎn)向東北，呈蛇曲形蜿蜒于煤田東北部大面積沼澤地帶內(nèi)，在煤田內(nèi)長達(dá)26km，水量不大，為季節(jié)性河流。高力罕河位于煤田西南部，自東南向西北橫切煤田而過，在煤田內(nèi)流長5km。河谷呈“U”字形，水深一般為1m左右，據(jù)內(nèi)蒙古錫林郭勒盟行政公署水利局資料，平均流量0.63m3/s，年平均逕流量為0.1671億 m3，總的流量變化是隨降水量的大小而變化，春汛流量較大，最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高1003m。豐水期流量100585m3/d

該地區(qū)屬中溫帶干旱半干旱氣候，基本特征為春季多風(fēng)易干旱，夏季溫?zé)嵊瓴粍?，秋季涼爽霜雪早，冬長寒冷冰雪茫。據(jù)西烏珠穆沁旗氣象局（1954年11 月）資料：多年極端最高氣溫37.4℃（1987年7月29日），最低氣溫-38.6℃（1964年2月4日）。1971年～2000年間年平均降水量345.9mm，年平均蒸發(fā)量1769.0mm。每年的6、7、8三個(gè)月為雨季，占全年降水量的68%。年最大降水量564.5mm（1998年），最小189.0mm（1988年）。

一、露天礦地層巖性

白音華煤田為全掩蓋煤田。外圍有石炭系淺變質(zhì)巖和侏羅系大面積火山巖出露，其地層分區(qū)屬天山興安地層區(qū)—興安分區(qū)—西烏旗小區(qū)。地層由老至新有：中生界侏羅紀(jì)上統(tǒng)興安嶺群，白堊系下統(tǒng)白音華群，新生界第三系上統(tǒng)，第四系下、中、上更新統(tǒng)，全新統(tǒng)。

（1）下白堊統(tǒng)白音華組（Klb）：為一套河流、湖沼相沉積的含煤、含油碎屑巖系，不整合于興安嶺群（J3xh）之上。由粗—細(xì)—粗三套碎屑巖組成一個(gè)完整的沉積旋回。下部為深灰、褐、棕褐色粉砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖與深灰、灰、灰綠色泥巖互層。中下部以大套深灰、黑灰色泥巖為主體巖性，夾有淺灰、褐色泥巖和粉砂巖。中部為灰～深灰色粉砂巖、泥巖、細(xì)砂巖及灰白、淺灰色砂礫巖、粗砂巖，含煤層。泥巖頁理發(fā)育，厚度變化大，巨厚煤層和粉砂巖互層，夾薄層中粗砂巖或泥巖，為區(qū)域重要含煤層位。中上部以灰白、灰、深灰色泥巖、粉砂巖為主，局部為灰色砂礫巖或粗砂巖，泥巖和粉砂巖中富含炭屑或夾煤線及炭質(zhì)泥巖。上部以淺灰、灰白-灰綠色砂礫巖、中粗砂巖為主，夾細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖，局部中粗砂巖及細(xì)砂巖互層，砂礫巖成分復(fù)雜，膠結(jié)疏松，固結(jié)程度低。（2）第三系（N2）：由雜色碎屑巖組成，灰色、棕紅色砂礫巖、泥巖或粘土。（3）第四系（Q）：廣泛發(fā)育。更新統(tǒng)（Qp）：下部為沖洪積礫石層，中部為灰色湖濱沖積砂礫層，上部為黃褐色古階地沖積砂礫層。全新統(tǒng)（Qh）：下部為褐黃色、灰色沖積、風(fēng)積、殘坡積砂土、礫石層組成，中部為風(fēng)積沙，上部為褐色、灰色沖積、湖積砂礫、砂土、淤泥層。

二、露天礦構(gòu)造

白音華煤田為大興安嶺南段西側(cè)的山間斷陷盆地，北東～北北東向長條狀展布。白音華三號礦位于二連坳陷東端烏尼特?cái)嘞輲У臇|北端——白音華斷陷之內(nèi)。井田位于斷陷中部，其主體構(gòu)造形態(tài)為一不完整的走向北40°東，傾角1～8°的寬緩向斜，中部為一同沉積隆起，與主體構(gòu)造復(fù)合，使全井田的構(gòu)造形態(tài)呈“馬鞍”狀，形成“兩凹一隆”的構(gòu)造格局，井田內(nèi)構(gòu)造簡單，未發(fā)現(xiàn)斷層。

三、露天礦水文地質(zhì)條件

白音華煤田屬白音華盆地水文地質(zhì)單元的一部分，標(biāo)高940～1388m，相對高度448m，煤田地貌特征為沖洪積平原的低緩丘陵。

區(qū)內(nèi)有兩條南北向河流，均發(fā)源于大興安嶺，屬內(nèi)陸水系。

高力罕河從一號露天礦西緣由東南向北西流過，長達(dá)5km，河谷呈U型，水深一般為2m，據(jù)錫林郭勒盟水利局資料，平均流量為0.63m3/s，年平均流量為0.1671億m3。

彥吉嘎河以北東向穿越煤田，在四號露天礦東側(cè)呈蛇曲形蜿蜒于沼澤中，長達(dá)26km，水深1m左右，洪水期流量7.0 m3/s，平均流量1.0 m3/s。地形低洼分布大小不等，季節(jié)性湖泊賽罕諾爾湖面積最大，可達(dá)0.16k㎡，一般為8000 k㎡，積水深度多為0.2～0.5m，賽罕諾爾湖水深1.5m，春季干涸。

河湖地表水水體發(fā)育地段沼澤發(fā)育，生長蘆葦芨芨草等喜水植物，近年沼澤蛻變，地表沙化明顯。

（一）含水層。（1）第四系孔隙潛水含水層。含水層分布于高力罕河，彥吉嘎河兩河谷平原之間的廣大沖洪積平原區(qū)，由上更新統(tǒng)沖洪積中細(xì)砂，含礫中砂組成，最大厚度39.80m，單位涌水量0.0279～0.187L/s·m，滲透系數(shù)0.564～2.727m/d，屬弱～中等富水性含水層。（2）白音華組裂隙承壓含水巖組。包括一、二、三煤組三個(gè)含水巖組，與煤層分布范圍一致。富水性受裂隙發(fā)育程度控制，三個(gè)含水巖組富水性在區(qū)域內(nèi)，1、2煤組含水巖組為中等，3煤組為弱—強(qiáng)。

（二）隔水層。第四系潛水含水層底部隔水層為中更新統(tǒng)湖積粘性土，第三系粘土及泥巖，1煤組頂部泥巖，厚度49.44m，1、

2、3號煤組含水巖組底板基本發(fā)育有穩(wěn)定隔水層（局部地段缺失），巖性由泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖組成，厚度分別為

58.89m、45.75m、33.34m。

（三）地下水補(bǔ)給、徑流、排泄。本區(qū)屬白音華盆地水文地質(zhì)單元的一部分，前期人對該單元作了概略研究，而區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，按地下水賦存類型分別敘述如下：

潛水在自然狀態(tài)下靠大氣降水、河流、基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給，少量的水汽凝結(jié)水。潛水面上覆地表巖性一般為粉細(xì)砂，粉質(zhì)粘土，粉土，厚度0.3.m～14.50m，多為3m。大氣降水在不同地段滲入補(bǔ)給強(qiáng)度各異，直接入滲補(bǔ)給潛水，其余降水形成地表徑流或湖泊。區(qū)內(nèi)多年平均降水量345.90mm，集中在6、7、8三個(gè)月，5月份為解凍期，因此，潛水位在5月和8、9月出現(xiàn)兩次不同程度的高峰。5月和8、9月份河水上漲，水位高于潛水位，豐水期河流補(bǔ)給潛水，枯水期潛水則向河流排泄。

潛水含水層多直接覆于基巖之上，彼此連通，故基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給潛水，水力坡度1-3‰，總體由南向北徑流，通過河谷平原以地下徑流形式向北排泄，另外，由潛水面蒸發(fā)，植物蒸騰及人工排泄（農(nóng)牧業(yè)用水）等形式進(jìn)行排泄。

白音華盆地上部普遍被第四系覆蓋，第四系潛水底部為厚度49.66m粘性土、泥巖，故潛水很難垂直向下滲補(bǔ)給承壓水。

盆地東西兩側(cè)均為基巖，巖性為上侏羅統(tǒng)凝灰?guī)r、下二疊統(tǒng)砂巖及花崗巖，因此，承壓含水層直接與基巖接觸，彼此溝通，有利于基巖裂隙側(cè)向補(bǔ)給承壓水。盆地水力坡度為1.5-2.1‰；邊緣含水層顆粒較粗，一般為砂巖、砂礫巖，徑流條件好；愈往盆地中心，含水層愈細(xì)，徑流條件愈差，以地下徑流形式向北東排泄。

四、工程地質(zhì)評價(jià)（以東端幫為例）

東幫邊坡坡長約315m，深度約82m，坡角15.1°，巖性為第四系細(xì)砂層、第三系紅粘土層及白堊系煤巖地層。①第四系細(xì)砂層全區(qū)普遍發(fā)育，埋藏深度5.00 m～33.60 m，平均厚度12.94m。②第三系紅粘土普遍發(fā)育，埋藏深度4.30 m～36.50 m，平均厚度15.95m。③煤系地層全區(qū)分布，主要巖性為泥巖、砂巖、煤層。其中3-1、3-2、3-3煤層發(fā)育均勻，沿走向較平緩。其物理力學(xué)性質(zhì)見表

第四系細(xì)砂：東端幫普遍發(fā)育，內(nèi)摩擦角為30.5°，粘聚力平均為2.0KPa，邊坡角為15.1°，地表如無大的荷載一般不易滑動(dòng)。第三系紅粘土：東端幫普遍發(fā)育，內(nèi)摩擦角平均為

34.8°，凝聚力（變角剪）平均為140KPa。邊坡角為15.1°，地表如無大的荷載一般不易滑動(dòng)。但紅粘土中蒙脫石含量較高，遇水軟化產(chǎn)生塑性變形，抗剪強(qiáng)度大大降低，易產(chǎn)生滑動(dòng)。白堊系含煤段：主要以煤、泥巖、砂巖為主，泥巖細(xì)膩、裂隙發(fā)育，易風(fēng)化，是較弱巖層。砂巖大多為凝灰質(zhì)膠結(jié)，松散易碎，煤層較硬，裂隙發(fā)育，含水。底板泥巖遇水軟化。但礦坑垂直走向剝離，與邊幫巖層近于垂直，無滑動(dòng)傾角，一般不易滑動(dòng)。

為由此可以看出，東端幫巖層較平緩，地下水滲透系數(shù)小，邊坡設(shè)計(jì)合理，地表無負(fù)載，其穩(wěn)定性較好。但第四系滲透系數(shù)較大，東端幫易出現(xiàn)第四系塌落。