篦子溝銅礦床開(kāi)采技術(shù)條件分析

周 超

（山西中條山集團(tuán)篦子溝礦業(yè)有限公司，山西 運(yùn)城 710016）

1 水文地質(zhì)條件

1.1 含水巖組

橫嶺關(guān)片巖、界牌梁石英巖及余元下大理巖微含水層分布于礦區(qū)西部邊緣，厚數(shù)百米，傾向110°～70°，傾角25°～45°。橫嶺關(guān)片巖組包括云母片巖，角閃石黑云母片巖等，一般易風(fēng)化，張開(kāi)裂隙少見(jiàn)，未見(jiàn)泉水出露。界牌梁石英巖組細(xì)粒堅(jiān)硬塊狀，淺灰色稍有鐵染，厚42m～20m，不見(jiàn)泉水出露[1]。余元下大理巖組分為上下兩層，上層為硅化大理巖，厚30m～80m，沿傾斜延深與黑色片巖相互穿插，平均裂隙率為0.15%，沒(méi)有地下水作用的痕跡，硅化大理巖不但不含水而且起隔水作用；下層為鈣質(zhì)云母片巖，片理發(fā)育、有間歇泉出露，泉水由片理裂隙中流出。

1.2 片巖含水層

巖性復(fù)雜，包括黑色片巖，石榴子石云母片巖、不純大理巖。硅化大理巖和方柱石黑云母片巖等。大理巖中有斷層，片巖中褶曲普遍，因此產(chǎn)狀變化大，傾向50°～110°，傾角25°～40°。由于巖性不同，含水性亦有差異。

黑色片巖為篦子溝片巖層的主體，其它巖性在本層內(nèi)均呈透鏡體存在，產(chǎn)狀厚度和分布范圍完全與篦子溝片巖相吻合。黑色片巖裂隙較發(fā)育，破碎，易風(fēng)化為碎片，但裂隙發(fā)育不均，局部硅質(zhì)含量較高，巖性致密堅(jiān)硬有隔水性。本層鉆孔中多處見(jiàn)涌水現(xiàn)象[2]。篦子溝組片巖主要為礦體的頂板，局部構(gòu)成礦體，勘探時(shí)對(duì)該層進(jìn)行了專門抽水試驗(yàn)，1009 孔對(duì)黑色片巖及其內(nèi)夾的破碎帶，不純大理巖和硅化大理巖等進(jìn)行了混合抽水，三次水位降低，所求得的滲透系數(shù)為0.188m/晝夜，單井涌水量為0.334L/s.m，Q～S 曲線呈潛水性質(zhì)。971 孔對(duì)黑色片巖抽水所求得的滲透系數(shù)為0.01m/晝夜，1013 孔涌水試驗(yàn)求得的滲透系數(shù)為0.076m/晝夜。礦山豎井工程孔抽水試驗(yàn)降低兩次，求得滲透系數(shù)為0.045m/晝夜，Q～S 曲線呈潛水性質(zhì)。雖然以抽水試驗(yàn)所求得的滲透系數(shù)彼此差異很大，但由于它們所處的位置不同，均代表不同水文地質(zhì)特點(diǎn)的實(shí)際情況。1009 孔代表著受構(gòu)造裂隙影響黑色片巖的滲透系數(shù)，而豎井工程代表著一般的黑色片巖的滲透系數(shù)。

硅化大理巖：是黑色片巖中最大的透鏡狀?yuàn)A層，其中出露地表分布最廣的有東西兩條，東條長(zhǎng)400m，寬140m，傾斜延深厚度穩(wěn)定，中間有閃長(zhǎng)巖墻侵入。沿層理夾有方柱石片巖。西條長(zhǎng)250m，傾斜延深至700m 標(biāo)高。硅化大理巖為灰白色，致密堅(jiān)硬塊狀，巖心采取率在70%以上，裂隙不發(fā)育，平均裂隙率0.22%，即是在雨季坑道內(nèi)也少見(jiàn)有滴水現(xiàn)象，說(shuō)明透水性微弱，可視為相對(duì)隔水層。

不純大理巖：地表出露不多，地下分布零星而普遍，與黑色片巖成相變。一般致密塊狀，近地表有風(fēng)化裂隙，裂隙面有鐵染現(xiàn)象。1074 孔機(jī)臺(tái)本層裂隙率為0.89%，深部具有隔水性，由于分布范圍小，厚度在20m 以下，最厚者不超過(guò)40m，基本起隔水作用。

石榴子石鈣質(zhì)云母片巖：主要分布在黑色片巖的頂部，厚度僅幾十米，片理不發(fā)育，估計(jì)它的富水性與透水性較黑色片巖小，一般距礦體較遠(yuǎn)，對(duì)礦床開(kāi)采影響極小。

1.3 第四系孔隙含水層

第四系（厚約7.0m）零星分散。主要分布在篦子溝和黑陰里溝溝底。近地表0～3m 為殘積、坡積粘質(zhì)砂土，并夾有細(xì)砂和角礫。一般不含水。3m 以下為沖積層，分選性好，較松散，含水較富。在篦子溝內(nèi)有層狀流出的泉水，但流量最大不超過(guò)2 升/秒。黑陰里溝是個(gè)枯水溝，在上游有W5 泉，層狀流出，流量為0.3 升/秒，向下游50m 即滲入地下。整個(gè)第四系受大氣降水及基巖裂隙水所補(bǔ)給，含水較富。但由于排泄條件良好，分布范圍狹小，含水較富地段距礦體較遠(yuǎn)，對(duì)礦床開(kāi)采影響不大。

礦床經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，已經(jīng)改變了原來(lái)水文地質(zhì)狀態(tài)，形成了較大降落漏斗，匯水面積較大；受大氣降水影響但仍有部分廢棄老硐雨季重新積水，其它誘發(fā)因素導(dǎo)致礦坑突然涌水，給礦床開(kāi)采帶來(lái)隱患，所以，水文地質(zhì)條件屬?gòu)?fù)雜，要預(yù)防下大雨、暴雨、連陰雨時(shí)礦坑涌水量突然加大造成的危害。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 礦石和圍巖的堅(jiān)硬性

礦石和圍巖的堅(jiān)硬性，取決于礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造及地下水影響程度[3]。本區(qū)勘探時(shí)對(duì)礦體及其頂?shù)讎鷰r進(jìn)行了采樣，測(cè)試結(jié)果顯示：礦體和圍巖的抗壓強(qiáng)度：硅化大理巖1857kg/cm2～2259kg/cm2，不純大理巖980kg/cm2～2608kg/cm2，黑 色 片 巖268kg/cm2～1857kg/cm2。礦體和圍巖的抗剪強(qiáng)度：硅化大理巖107kg/cm2～265kg/cm2，不 純 大 理 巖92kg/cm2～243kg/cm2，黑 色 片 巖164kg/cm2～449kg/cm2。礦體和圍巖的抗拉強(qiáng)度：硅化大理巖21kg/cm2～73kg/cm2，不純大理巖31kg/cm2～62kg/cm2，黑色片巖15kg/cm2～105kg/cm2。

2.2 礦石和圍巖的穩(wěn)固性

按巖（礦）石的穩(wěn)固性，將本區(qū)巖（礦）石化分為不穩(wěn)固巖石、中等穩(wěn)固巖石和穩(wěn)固巖石三類。①不穩(wěn)固巖石，礦體上盤的黑色片巖和下盤的方柱石黑云母片巖，風(fēng)化破碎裂隙發(fā)育，呈松散碎片狀，礦床開(kāi)采過(guò)程中，巖石極易發(fā)生垮塌現(xiàn)象，生產(chǎn)中必須加強(qiáng)維護(hù)。②中等穩(wěn)固巖石，不純大理巖，因受風(fēng)化作用影響巖石裂縫加寬，較易塌陷或穹起，故需支護(hù)或稀疏支護(hù)。某些硅化大理巖也有此現(xiàn)象，出現(xiàn)穹起，并需支護(hù)。③穩(wěn)固巖石，具有少數(shù)裂隙的硅化（黑云母化）大理巖，不純大理巖和部分黑色片巖，巖石致密堅(jiān)硬，呈厚層狀，構(gòu)造、裂隙、節(jié)理不發(fā)育，工程地質(zhì)條件好，但在在深部開(kāi)采時(shí)應(yīng)引起高度重視。

礦石濕度平均值為0.97%，數(shù)值很小，故體重計(jì)算未以其校正。礦體松散系數(shù)為1.86～2.16。多年的礦床開(kāi)采，黑色片巖（方柱石黑云片巖）和大理巖破碎帶為不穩(wěn)固巖性，有塌方、冒頂現(xiàn)象，需支護(hù)，含礦主要巖石硅化大理巖，在開(kāi)采后雖未出現(xiàn)大的異常，但雖深度的增大，地應(yīng)力增強(qiáng)，局部地段裂隙發(fā)育巖石出現(xiàn)失穩(wěn)滑落情況，因此，礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬?gòu)?fù)雜。礦山生產(chǎn)過(guò)程中，要加強(qiáng)巖石穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，在不穩(wěn)固巖層部位要采取支護(hù)措施。

3 環(huán)境地質(zhì)條件

3.1 環(huán)境地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題主要來(lái)自塌陷、地裂縫、地下水位下降、廢石堆和尾礦庫(kù)潰壩可能引發(fā)的潛在泥石流等方面。由于地下開(kāi)采形成大面積采空區(qū)后，原有的周圍應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，巖土體在自重和上覆巖（土）體的壓力作用下，開(kāi)始垮塌，發(fā)展至地表，在采空區(qū)上方形成了地表塌陷變形及地裂縫災(zāi)害[4]。塌陷區(qū)以群集式出現(xiàn)，走向方向與采掘方向一致，塌陷形式呈波狀起伏的碟狀，周邊有裂縫出現(xiàn)，表明塌陷有進(jìn)一步擴(kuò)大之勢(shì)。塌陷物為篦子溝組黑色片巖、絹云母片巖、不純大理巖及鈣質(zhì)云母片巖為主，塌陷區(qū)外緣部位多引發(fā)滑坡崩塌等小型次生地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)塌陷體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判定，區(qū)內(nèi)塌陷穩(wěn)定性分級(jí)為不穩(wěn)定。目前開(kāi)采深度到439m，隨著開(kāi)采深度的加大，塌陷范圍還會(huì)增大，因此要加強(qiáng)管理，防止突然塌落。為此在開(kāi)采過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)采空區(qū)和塌陷區(qū)的管理，定期組織專業(yè)人員對(duì)其監(jiān)測(cè)，密切注意新的地裂縫的產(chǎn)生；在地表塌陷范圍設(shè)置柵欄和標(biāo)志，禁止人員和牲畜進(jìn)入其中。篦子溝礦山有選廠一座，其選礦尾渣全部排放到尾礦庫(kù)。在主平硐（660m 標(biāo)高）南部，有20余萬(wàn)方廢石堆放。因此礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題屬?gòu)?fù)雜。

3.2 環(huán)境地質(zhì)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)

隨著開(kāi)采深度的加大，礦區(qū)地表塌陷、地裂縫的范圍將會(huì)增大，潛在的泥石流依然存在，所以，在今后的開(kāi)發(fā)中，應(yīng)采取積極的態(tài)度，加大環(huán)境投入治理力度，采用適當(dāng)有效措施加以防范。如采用回填采礦法，采空區(qū)注漿等方法，消除地應(yīng)力影響，減少地面塌陷和地裂縫的產(chǎn)生。減少?gòu)U石堆放、尾礦庫(kù)加固等多項(xiàng)措施，預(yù)防泥石流的發(fā)生。同時(shí)保護(hù)好生態(tài)環(huán)境，做到開(kāi)發(fā)與保護(hù)相協(xié)調(diào)，在發(fā)展的過(guò)程中保護(hù)好環(huán)境。

4 開(kāi)采技術(shù)條件小結(jié)

礦床水文地質(zhì)條件屬?gòu)?fù)雜，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境地質(zhì)條件為復(fù)雜，因此礦床開(kāi)采技術(shù)條件為復(fù)雜型（Ⅲ-4）。