青海省格爾木市石灰窯礦區(qū)石灰?guī)r礦東礦段K2區(qū)礦床開采技術(shù)條件淺析

摘 要：本文淺析了青海省格爾木市石灰窯礦區(qū)石灰?guī)r礦東礦段K2區(qū)礦床開采技術(shù)條件，從水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件、環(huán)境地質(zhì)條件進(jìn)行分析說明，并劃分了礦床開采技術(shù)條件類型。

關(guān)鍵詞：石灰?guī)r礦；露天開采；水文地質(zhì)；工程地質(zhì)；環(huán)境地質(zhì)

1 礦區(qū)水文地質(zhì)

1.1 地形地貌

礦區(qū)地處昆侖山脈北麓，總體地勢北高南低。北側(cè)山脈走向呈近東～西向，山勢雄偉、坡度陡峻、溝谷縱橫、懸崖峭壁屢見不鮮，海拔3506～4224m，最大相對(duì)高差為718m，為中高山區(qū)，屬侵蝕構(gòu)造地形；南側(cè)溝谷走向與山脈基本一致，呈條帶狀展布，地勢相對(duì)平坦，屬?zèng)_洪積地貌形態(tài)。

1.2 水文氣象

格爾木河從礦區(qū)東側(cè)約3.5Km處由南向北流過，多年平均流量為19.44m3/s，最終注入達(dá)布遜湖，是昆侖山區(qū)注入柴達(dá)木盆地內(nèi)陸水系中的第二條大河，是格爾木地區(qū)地下水、地表水的主要補(bǔ)給來源。

礦區(qū)深居大陸內(nèi)部，遠(yuǎn)離海洋，具有獨(dú)特的高寒冰緣氣候特征，表現(xiàn)為寒冷、干旱、日照強(qiáng)、多風(fēng)的氣候特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)年平均氣溫在-2.9～5.5℃之間，每年10月至翌年4月為負(fù)溫期，負(fù)溫期長達(dá)7個(gè)月，冬季漫長且寒冷。年降水量為148.6～287.0mmmm，而年蒸發(fā)量高達(dá)1469.80～1881.66mm，降水多集中在5～9月份，最大日降水量可達(dá)19.1mm。盛行西北風(fēng)，常年風(fēng)沙較大。

1.3 含（隔）水層特征

礦區(qū)內(nèi)裂隙不發(fā)育的基巖構(gòu)成區(qū)內(nèi)主要的隔水層，而含水層則主要有：

1、松散堆積物孔隙水：分布于礦區(qū)溝谷中，主要由砂卵礫石、碎石等組成，厚度大，分布面積較廣，其孔隙率較大，滲透性好，形成區(qū)內(nèi)孔隙潛水含水層。該含水層厚度較大，主要接受大氣降水與附近其他含水層的側(cè)向補(bǔ)給，富水性弱。

2、碳酸鹽巖類裂隙-巖溶水：分布于礦區(qū)中部，主要由石灰?guī)r組成，巖石中發(fā)育有風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙及溶隙，形成碳酸鹽巖類裂隙-巖溶水含水層。該含水層主要接受礦區(qū)以西遠(yuǎn)源地下水及大氣降水的補(bǔ)給，地下水主要沿?cái)嗔迅浇x存并富集，富水性不均勻，地下水流向與斷層走向、巖層中的節(jié)理裂隙走向等大致一致，在礦區(qū)東側(cè)以泉的形式排泄。礦區(qū)內(nèi)施工的5個(gè)鉆孔在鉆進(jìn)過程中均未見涌水現(xiàn)象，但普遍存在漏水現(xiàn)象，鉆孔施工結(jié)束后僅在雨后2～3天后幾天內(nèi)可見有地下水流出現(xiàn)象，可見該含水層水位埋深大，且地下水徑流較暢。

3、基巖裂隙水：礦區(qū)南、北兩側(cè)千枚巖、砂巖中發(fā)育的節(jié)理裂隙為裂隙水的賦存和運(yùn)移提供了空間條件，形成裂隙水含水層。該含水層主要接受大氣降水的補(bǔ)給，受補(bǔ)給條件限制，含水層富水性弱，基巖裂隙水大部分經(jīng)短距離徑流后補(bǔ)給其它含水層，僅小部分沿有利入滲的地段向深部運(yùn)移。

1.4 斷層對(duì)礦床充水的影響

礦區(qū)北部分布有一逆斷層，根據(jù)區(qū)域水文資料及礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查判斷，該斷層為一導(dǎo)水?dāng)鄬?，扮演著?chǔ)水空間、積水廊道、導(dǎo)水通道的角色，礦區(qū)東側(cè)小湖泊的形成與該斷層有著密切的關(guān)系，根據(jù)小湖泊的水位及鉆孔數(shù)據(jù)推測礦區(qū)內(nèi)地下水位低于3544m，即礦山開采（最低開采標(biāo)高為3586m）位于地下水位之上，故斷層對(duì)礦體開采不會(huì)產(chǎn)生大的影響。

1.5 礦坑匯水量預(yù)測

礦區(qū)內(nèi)礦體位于地下水水位之上，未來開采也不易形成封閉洼地形，地形有利于自然排水。礦山開采方式為露天開采，大氣降水為礦坑的主要充水水源。露采區(qū)總匯水面積（F）約2.0Km2，日最大降水量（H）為19.1mm，入滲系數(shù)（α）取值0.2，則礦坑最大日匯水量（Q）為3.06萬m3/d，可見礦坑本身匯水量均較小，不會(huì)對(duì)礦山開采構(gòu)成危害。

礦區(qū)內(nèi)存在的一定量的地下水徑流量和靜儲(chǔ)量，為礦坑開采后期的正常涌水量，水量小，影響不大。

1.6 供水方向

礦區(qū)東側(cè)約2Km處有一東～西長約140m，南北寬30～50m，最大深度超過3m的小湖泊，主要接受泉水的補(bǔ)給，水清澈透明，無色無味，礦山附近的其他企業(yè)已對(duì)其進(jìn)行利用，其水量、水質(zhì)完全滿足企業(yè)生產(chǎn)生活用水需求。根據(jù)水樣分析結(jié)果可知，水質(zhì)類型為CI-·SO42--Ca2+·Na+型。未來礦山開采可就近對(duì)其進(jìn)行利用。

位于礦區(qū)東側(cè)約3.5Km處的格爾木河，河水清澈透明、無色無味，水質(zhì)良好且水量較大，未見明顯污染，目前附近其他礦山的工作人員及居住在附近的居民飲用后無不良反應(yīng)，根據(jù)水樣分析結(jié)果可知，水質(zhì)類型為SO42-·CI--Mg2+·Ca2+型。未來亦可用作礦山生產(chǎn)生活用水水源。

2 礦區(qū)工程地質(zhì)

2.1 礦區(qū)工程地質(zhì)特征

1、工程地質(zhì)巖組

礦區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)巖組主要有：

① 軟弱松散狀堆積物：分布于礦區(qū)溝谷中和山坡地形平緩處，主要由沖洪積砂礫卵石、殘坡積碎石與風(fēng)積粉砂土組成，溝谷中厚度較大，而山坡上一般厚0～3m，呈松散狀，物理力學(xué)性質(zhì)差。因在開采范圍內(nèi)分布面積有限且厚度較小，開采時(shí)可先將其進(jìn)行剝離，對(duì)礦山開采無大的影響。

② 軟弱～半堅(jiān)硬薄層狀千枚巖巖組：分布于礦區(qū)南部，主要由千枚巖與透鏡狀薄層大理巖組成，受風(fēng)化作用影響，巖石表層多較破碎。天然狀態(tài)下，千枚巖單軸抗壓強(qiáng)度為23.5～32.6MPa，平均28.1MPa，根據(jù)鉆孔統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，平均RQD值為4.83%，巖體質(zhì)量指標(biāo)（M）為0.005。可見巖石質(zhì)量極劣，巖體破碎，巖體質(zhì)量壞。

③ 半堅(jiān)硬層狀灰?guī)r巖組：分布于礦區(qū)中部，主要由石灰?guī)r組成，巖層近直立，石灰?guī)r弱風(fēng)化，厚717～812m。天然狀態(tài)下，石灰?guī)r單軸抗壓強(qiáng)度為30.1～42.5MPa，平均為37.8MPa，根據(jù)鉆孔統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，平均RQD值為44.01%，巖體質(zhì)量指標(biāo)（M）為0.055?？梢妿r石質(zhì)量劣，巖體完整性差，巖體質(zhì)量差。

④ 堅(jiān)硬塊狀砂巖巖組：分布于礦區(qū)北部，厚度大于100m，呈塊狀構(gòu)造，表層弱風(fēng)化，天然狀態(tài)下，砂巖單軸抗壓強(qiáng)度為132.2～140.1MPa，平均為136.2MPa。

2、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面

礦區(qū)所處大地構(gòu)造位置為東昆侖南坡俯沖碰撞雜巖帶，構(gòu)造線總體呈近東～西向。

① 礦區(qū)內(nèi)未見褶皺構(gòu)造，僅局部見揉皺現(xiàn)象。

② 礦區(qū)北部發(fā)育有1條逆斷層，呈近東～西向延伸，斷面傾向北，礦區(qū)內(nèi)延伸長度大于4Km，向西延伸出礦區(qū)，向東被第四系松散堆積物覆蓋。

③ 礦區(qū)中Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，主要為發(fā)育于石灰?guī)r中的節(jié)理裂隙。其中具一定貫通性的節(jié)理主要有3組：41～49∠15～21°、102～139∠51～79°與167～176∠23～29°。局部地段節(jié)理與節(jié)理交錯(cuò)成“X”狀。節(jié)理裂隙破壞了巖體的完整程度，使巖石力學(xué)性能降低，影響巖體的局部穩(wěn)定性。

2.2 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

礦山開采方式為露天開采，未來將形成東邊坡、北邊坡、西邊坡與南邊坡四個(gè)邊坡。

1、東邊坡的穩(wěn)定性

最大邊坡高度可達(dá)320m左右，邊坡坡向在南部為293°，北部為232°，邊坡受力巖組為半堅(jiān)硬層狀石灰?guī)r，受力層力學(xué)性質(zhì)較差。該邊坡不易受節(jié)理裂隙及巖層面的影響。

2、北邊坡的穩(wěn)定性

最大邊坡高度可達(dá)550m，邊坡坡向137～203°，由半堅(jiān)硬層狀石灰?guī)r構(gòu)成邊坡受力巖組，受力層力學(xué)性質(zhì)較差。同時(shí)，邊坡坡向與102～139∠51～79°、167～176∠23～29°兩組節(jié)理的傾向相近，且節(jié)理傾角小于邊坡坡角或與其相近，巖體可能沿該組節(jié)理面滑塌，影響邊坡局部穩(wěn)定性。

3、西邊坡的穩(wěn)定性

邊坡坡向53°，最大高度可達(dá)620m左右，由半堅(jiān)硬層狀石灰?guī)r構(gòu)成邊坡受力巖組，受力層力學(xué)性質(zhì)較差。邊坡坡向與41～49∠15～21°節(jié)理的傾向相近，且節(jié)理傾角小于邊坡坡角，巖體可能沿該組節(jié)理面滑塌，影響邊坡局部穩(wěn)定性。

4、南邊坡的穩(wěn)定性

邊坡最大高度可達(dá)190m左右，邊坡受力巖組為半堅(jiān)硬層狀石灰?guī)r，受力層力學(xué)性質(zhì)較差。8線～4線間、0線～1線間、3線西～5線間邊坡坡向與41～49∠15～21°節(jié)理的傾向相近，且節(jié)理傾角小于邊坡坡角，巖體可能沿該組節(jié)理面滑塌，影響邊坡局部穩(wěn)定性。

綜上，礦山開采最終形成的邊坡高度大，盡管設(shè)計(jì)的最終邊坡角較緩，但因受節(jié)理裂隙及受力層自身力學(xué)性質(zhì)的影響，局部邊坡仍不易保持穩(wěn)定，同時(shí)開采爆破、地震活動(dòng)等均可降低原有巖體的力學(xué)性質(zhì)，改變邊坡的平衡與穩(wěn)定，因此在未來開采過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制開采臺(tái)段高度及臺(tái)段邊坡角，同時(shí)在開采過程中需注意觀察邊坡變形，密切關(guān)注巖體穩(wěn)定性，對(duì)于失穩(wěn)巖體應(yīng)及時(shí)清除。

3 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)

3.1 區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

區(qū)域地處柴達(dá)木～阿爾金地震帶與巴顏喀拉山地震帶之間，受喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)的影響，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈，深大活動(dòng)性斷裂規(guī)模大，地震活動(dòng)不但頻繁，而且強(qiáng)度大，是破壞性地震的多發(fā)地區(qū)。

根據(jù)GB18306-2015《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》和《中國地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，礦區(qū)一帶的地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s，相應(yīng)的地震烈度為Ⅶ度。

3.2 礦山開采對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響

礦區(qū)位于中高山區(qū)，基巖多裸露，山高坡陡，局部形成有危巖體，發(fā)生崩落的可能性較大。

礦區(qū)處于水文地質(zhì)單元補(bǔ)給～徑流區(qū)，地下水及地表水水質(zhì)較好，礦區(qū)附近無污染源，礦石和廢土石均不易分解出有害組分，僅會(huì)因機(jī)器油料、炸藥的使用對(duì)水體產(chǎn)生輕度污染。

礦區(qū)溝谷中及山坡平緩處生長有少量灌木叢，生態(tài)環(huán)境脆弱，未來開采過程中應(yīng)采取措施盡量減小對(duì)周圍植被的破壞，并做好復(fù)墾工作。

礦山開采將產(chǎn)生不同程度的環(huán)境破壞，在局部地段引起崩落、垮塌，破壞原始自然景觀；另外，在采礦過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的廢土石，這些廢土石應(yīng)盡量綜合利用或者合理堆放，嚴(yán)禁盲目堆放在溝谷中。

4 開采技術(shù)條件小結(jié)

礦區(qū)內(nèi)主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，礦床主要充水含水層富水性弱，礦山開采后不會(huì)凹陷地形，地形有利于自然排水，水文地質(zhì)條件簡單。

礦區(qū)內(nèi)地層巖性較復(fù)雜，發(fā)育有逆斷層，巖體結(jié)構(gòu)以層狀結(jié)構(gòu)為主，邊坡受力層力學(xué)性質(zhì)較差，加之受節(jié)理裂隙等的影響，局部邊坡不易保持穩(wěn)定，發(fā)生礦山工程地質(zhì)問題的可能性較大，工程地質(zhì)條件屬中等型。

礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量良好，礦區(qū)附近無污染源，地表水、地下水水質(zhì)良好，礦石和廢石不易分解出有害組分，礦山開采不易引發(fā)地面塌陷、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

礦床開采技術(shù)條件類型劃分為以工程地質(zhì)問題為主的礦床，即Ⅱ-2型（水文地質(zhì)條件簡單、工程地質(zhì)條件中等、地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量良好型）。

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