張云學(xué)

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊，內(nèi)蒙古 呼和浩特　010010）

【勘探技術(shù)】

內(nèi)蒙古扎魯特旗罕山葉蠟石礦開采技術(shù)條件淺析

張云學(xué)

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊，內(nèi)蒙古 呼和浩特010010）

本文淺析了內(nèi)蒙古自治區(qū)扎魯特旗罕山葉蠟石礦水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)特征；礦坑涌水量計算；礦層、巖體穩(wěn)定性；對開采時存在的環(huán)境地質(zhì)問題進行了分析說明，定量地評價了該礦區(qū)的開采技術(shù)條件。

水文；巖體；環(huán)境；邊坡角；葉蠟石

1　礦區(qū)水文地質(zhì)概況

1.1地形地貌

礦區(qū)位于扎魯特旗西北，大興安嶺南麓，為山區(qū)草原地貌，地勢總體西部高東部低，山勢近東西向展布，區(qū)內(nèi)海拔最高1 100m，最低880m，相對高差220m，屬中低山區(qū)。區(qū)域內(nèi)大面積被第四系殘坡積物及腐植土層覆蓋，溝谷為沖洪積砂礫石層，基巖出露較少。

1.2水文氣象

該地區(qū)地表水發(fā)育，溪水錯綜復(fù)雜，最終匯入阿日坤都冷河，流域面積為2 317.8km2，多年平均年徑流總量11 492.1萬m3，最高洪水位約3.4m。

本區(qū)屬亞寒帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫-0.5℃，年平均降水量為380.5mm，最大為549.9mm (2013年)。年降雪量為50mm，全年降水(雨和雪)日數(shù)為92～106天。年平均蒸發(fā)量為1 700mm，是降水量的4.5倍。年平均風(fēng)速4.6m/s。年平均相對濕度為68%。

1.3水文地質(zhì)單元

礦區(qū)內(nèi)沒有常年性河流，溝谷平時干涸，有部分第四系松散巖層中的孔隙水在低洼地帶滲出，沿溝谷流出礦區(qū)，形成幾條季節(jié)性河流。

礦區(qū)東側(cè)為溝谷地帶，南北兩邊山體中的地下水沿地層傾向向下運動，在溝谷地帶溢出地表，形成基巖上升泉群。礦區(qū)北西側(cè)溝谷地帶有泉水出露。

本次勘查的葉蠟石礦礦體主要分布在山脊部位，礦區(qū)所處水文地質(zhì)單元為基巖裂隙水補給、徑流區(qū)。水文地質(zhì)簡圖見右圖。

1.4 地下水補給、徑流、排泄條件

礦區(qū)位于大興安嶺南麓，植被發(fā)育，降雨量多，第四系孔隙水補給來源主要有兩個方面：①大氣降水直接入滲補給地下水；②附近地表水的側(cè)向徑流補給。

礦區(qū)水文地質(zhì)簡圖

1.5 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

據(jù)簡易水文地質(zhì)鉆孔靜止水位及礦區(qū)周邊民用井觀測所得，水位埋深一般13.80～60.00m，地下水位標(biāo)高為894.40m，最低開采標(biāo)高900.00m，最低侵蝕基準(zhǔn)面908.20m。礦體全部位于地下水位之上。

1.6礦坑涌水量估算

本礦區(qū)為露天開采，根據(jù)抽水試驗得知，礦層內(nèi)部及礦層頂板地層中地下水水量微弱，主要以大氣降水涌水為主。雨季日平均涌水量370.20m3/d，日最大涌水量14 808.00m3/d。

1.7水文地質(zhì)勘探類型劃分

裂隙為礦區(qū)內(nèi)含水層主要充水介質(zhì)，中等富水性。含水層為裂隙充水的水文地質(zhì)條件中等的礦床，即第二類。

2　工程地質(zhì)

2.1巖(土)體質(zhì)量評價

礦區(qū)巖體采用RQD分類法、巖體質(zhì)量系數(shù)(Z)法及巖體質(zhì)量指標(biāo)(M)法對礦區(qū)巖體質(zhì)量進行綜合性半定量評價。

(1) 松散堆積殘坡積物：在圖幅中西部大面積出露、中東部出露于地勢低洼地帶，巖性主要為沖積、湖積、沼澤堆積淤泥和沙礫，風(fēng)積、沖積砂土和殘坡積砂礫，厚度＞52m。不整合于下伏各老地層之上。RQD值0～25%，巖體質(zhì)量極劣?？紫栋l(fā)育，遇水極易變形或坍塌，巖芯松散，是露天開采的主要剝離物。

(2) 粘土化葉蠟石化凝灰?guī)r: 灰黃、灰綠色，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石由火山碎屑和膠結(jié)物組成，火山碎屑含量30%～60%，膠結(jié)物含量40%～70%。火山碎屑由晶屑和少量巖屑組成，晶屑成分為鉀長石、斜長石及少量黑云母，巖屑成分為硅質(zhì)巖及泥質(zhì)巖，膠結(jié)物為火山玻璃。

該層為礦層的直接頂板，平均RQD值72.78%，巖體質(zhì)量等級為Ⅲ級，礦體中等完整，呈層狀分布。巖體質(zhì)量系數(shù)(Z)為0.53，巖體一般，屬層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面類型為Ⅱ1。巖體質(zhì)量指標(biāo)(M)為0.18，巖體類型Ⅲ級，巖體質(zhì)量中等。根據(jù)以上三種方法得出該層巖體質(zhì)量為中等，屬半堅硬巖類。

(3) 葉蠟石片巖：本層主要分布在礦區(qū)中部，巖性主要為白色，灰綠—深綠色、淡青—淡粉色硅化粘土化葉蠟石化凝灰?guī)r夾白色、黃白色，粉白色、淡青色葉蠟石片巖及紫紅色、紫褐色硅化粘土化角礫凝灰?guī)r，呈背斜產(chǎn)出。本層厚度＞121.84m。巖層產(chǎn)狀：北傾巖層傾向5～17°，傾角28～38°，南傾巖層傾向115～219°，傾角34～57°，與上覆硅化粘土化角礫凝灰?guī)r及硅化粘土化凝灰?guī)r(J3mk2-3)及下伏硅化粘土化凝灰?guī)r(J3mk2-1)均為整合接觸。該層為本次工作的含礦層位。平均RQD值78.63%，巖體質(zhì)量為Ⅱ級，巖體較完整。巖體質(zhì)量系數(shù)(Z)為0.33，屬薄層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面類型為Ⅱ2。巖體質(zhì)量指標(biāo)(M)為0.11，巖體類型Ⅳ級，巖體質(zhì)量較差。根據(jù)以上三種方法得出該層巖體質(zhì)量較差，巖體呈薄層狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)面類型為Ⅱ2。屬軟弱巖類，遇水易軟化，巖體完整性較好。

(4) 硅化粘土化凝灰?guī)r：為礦層底板，本層主要分布在礦區(qū)中偏北東部及南部，巖性主要為硅化粘土化角礫凝灰?guī)r及硅化粘土化凝灰?guī)r，呈背斜產(chǎn)出，本層厚度＞39.62m。巖層產(chǎn)狀：北傾巖層傾向5～17°，傾角28～38°。南傾巖層傾向151～216°，傾角22～36°。與下伏硅化粘土化葉蠟石化凝灰?guī)r及葉蠟石片巖(J3mk2-2)呈整合接觸。RQD值為83.50%，巖體質(zhì)量等級為Ⅱ級，巖體完整性較好。巖體質(zhì)量系數(shù)(Z)為0.15，巖體一般，屬塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面類型為Ⅰ2。巖體質(zhì)量指標(biāo)(M)為0.07，巖體類型Ⅳ級，巖體質(zhì)量差。根據(jù)以上三種方法得出該層巖體質(zhì)量較差，屬軟弱巖類，巖芯完整性差。

2.2巖(土)體邊坡穩(wěn)定性評價

2.2.1 自然邊坡現(xiàn)狀

礦區(qū)構(gòu)造較簡單，巖層構(gòu)造形態(tài)為一個緊閉型背斜，自然邊坡角＜45°，自然邊坡較穩(wěn)定，滑動的可能性不大，但局部有崩塌現(xiàn)象。

2.2.2 邊坡角的確定

根據(jù)礦區(qū)的工程地質(zhì)條件，采用工程地質(zhì)類比法和經(jīng)驗數(shù)據(jù)方法確定采礦場的邊坡角(見表1)。

表1　采礦場邊坡角確定

最終邊坡角確定：建議中段坡高＜20m，直線型邊坡，最終邊坡角＜55°；中段坡高＞20m，二級階梯型坡面，最終邊坡角＜45°。

2.2.3 露天邊坡穩(wěn)定性評價

根據(jù)礦區(qū)地形地貌及礦體構(gòu)造、圍巖產(chǎn)狀，該礦體為露天開采，巖層構(gòu)造形態(tài)為一個緊閉型背斜。邊坡穩(wěn)定性分析見表2。

(1) 變形類型與模式：可能滑動面與邊坡面及軟弱夾層面斜交，局部巖體有松動、變形或崩塌的可能。

巖體強度：粘土化葉蠟石化凝灰?guī)r76.11MPa、葉蠟石片巖44.25MPa、硅化粘土角礫凝灰?guī)r化26.45MPa。

(2) 工作幫工程地質(zhì)評價：邊坡與軟弱夾層和巖石反向外斜，結(jié)構(gòu)面交線和邊坡線傾向斜交、且內(nèi)斜，傾角小于邊坡角，巖體滑動的可能性較小，但在風(fēng)化、雨水侵蝕及人工爆破作用下有松動、變形及局部崩塌的可能性，邊坡較穩(wěn)定。

(3) 北端幫工程地質(zhì)評價：北端幫與軟弱夾層和巖石反向外斜，結(jié)構(gòu)面交線和邊坡線傾向小角度斜交、且內(nèi)斜，傾角小于邊坡角，巖體滑動的可能性較小，但在風(fēng)化、雨水侵蝕及人工爆破作用下有松動、變形及局部崩塌的可能性，端幫邊坡較穩(wěn)定。

表2　邊坡穩(wěn)定性分區(qū)評價

(4) 南端幫工程地質(zhì)評價：南端幫與軟弱夾層和巖石反向外斜，結(jié)構(gòu)面交線和邊坡線傾向小角度斜交、且內(nèi)斜，傾角小于邊坡角，巖體滑動的可能性較小，但在風(fēng)化、雨水侵蝕及人工爆破作用下有松動、變形及局部崩塌的可能性，端幫邊坡較穩(wěn)定。

經(jīng)分析可知，工作幫和端幫巖體結(jié)構(gòu)類型雖然在整體上強度較高，變形特征上也接近于物質(zhì)彈性各向同性體，但節(jié)理裂隙特別是風(fēng)化裂隙發(fā)育密集且無序，邊坡結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系復(fù)雜，在開采、風(fēng)化及地表水沖刷作用下，邊坡易變形，巖體易失穩(wěn)，局部有滑動和崩落的可能性，但總體邊坡較穩(wěn)定。由于影響邊坡穩(wěn)定的因素還有很多，如地震、構(gòu)造活動、開采爆破等，均可降低原有巖體的力學(xué)性質(zhì)，改變原有邊坡的平衡與穩(wěn)定。開采過程中要注意觀察邊坡變形，預(yù)防局部巖體的崩落與滑動。

2.3工程地質(zhì)勘探類型的劃分

礦區(qū)工程地質(zhì)勘查類型屬于層狀、塊狀巖類工程地質(zhì)條件簡單型，即第三—四類，第Ⅰ型，即工程地質(zhì)簡單型礦床[1]。

3　環(huán)境地質(zhì)

3.1環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀

(1) 原生地質(zhì)環(huán)境。

礦區(qū)位于扎魯特旗西北，大興安嶺南麓，為山區(qū)草原地貌，地勢總體西部高東部低，山勢近東西向展布，區(qū)內(nèi)海拔最高1 100m，最低880m，相對高差最大220m，屬中低山區(qū)。區(qū)內(nèi)第四系覆蓋嚴(yán)重，基巖出露較少。地貌形態(tài)以構(gòu)造剝蝕及侵蝕堆積地貌為主，地形起伏較小，沒有滑坡、泥石流等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，主要以人工開采葉蠟石片巖所形成的危巖體為主要的地質(zhì)災(zāi)害類型。地表水系較發(fā)育，礦區(qū)北西側(cè)溝谷地帶有多處地下水以泉的形式流出地表，形成多條小溪。植被發(fā)育良好，春季干燥多風(fēng)，夏季溫?zé)岫嘤?，早晚涼爽，秋季晴冷溫差大，冬季?yán)寒。礦區(qū)周邊多為草原，無工業(yè)污染，地下水及地表水體清澈透明，環(huán)境優(yōu)美。

(2) 地震。

礦區(qū)位于全國地震烈度分區(qū)6度區(qū)內(nèi)，斷裂活動性差，構(gòu)造運動微弱，區(qū)域穩(wěn)定性良好。據(jù)GB18306-2001《中國地震動峰值加速度參數(shù)區(qū)劃圖》[2]，礦區(qū)地震動峰值加速度為0.05、對照烈度為6度。

3.2環(huán)境地質(zhì)預(yù)測及防治意見

3.2.1礦床開采環(huán)境地質(zhì)預(yù)測

礦區(qū)工程地質(zhì)條件簡單，風(fēng)化帶和構(gòu)造破碎帶不發(fā)育，第四系覆蓋層厚，礦區(qū)地下水、地表水水質(zhì)很好，未受人類活動影響，為宜作各種用途的良好水源，水環(huán)境質(zhì)量為Ⅰ級。

露天開采形成的廢石(包括剝離土)和廢棄的尾礦，會分解出部分有害組分，在降水淋濾作用下會產(chǎn)生輕度污染。礦坑排水量有限且是間斷的，礦坑排水不會造成很嚴(yán)重的水體和土壤污染。疏干排水時不會引起地面塌陷沉降、山體開裂，危巖崩落、滑坡復(fù)活等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，同時也不會影響當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟凸まr(nóng)業(yè)用水。

葉蠟石礦山生產(chǎn)工藝過程簡單，污染物質(zhì)單一，排放量又很有限，即礦山開采后污染物排放量與礦區(qū)本身環(huán)境容量相比是很小的。所以，礦山開發(fā)對地質(zhì)環(huán)境影響很小。

總之，礦床開采只會產(chǎn)生局部地表變形，對地質(zhì)環(huán)境破壞不大；礦區(qū)內(nèi)無重大污染源、無熱害。地表水、地下水水質(zhì)良好，礦坑排水對附近水體、土壤污染很小；礦石和廢石分解的有害組分污染輕微，無其他環(huán)境地質(zhì)隱患，屬地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量良好的類型區(qū)。

綜上，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量良好，屬于第Ⅰ類[1]。

3.2.2礦床開采技術(shù)條件勘查類型劃分

經(jīng)綜合分析，礦區(qū)內(nèi)含水層充水介質(zhì)以裂隙、斷裂帶為主，礦區(qū)北西側(cè)溝谷地帶為地下水排泄區(qū)，地表水系發(fā)育，礦層位于山脊部位為基巖裂隙水補給徑流區(qū)。靜止水位標(biāo)高894.40m，礦坑最低開采標(biāo)高900.00m，礦區(qū)北側(cè)溝谷地帶地形最低標(biāo)高908. 20m，為礦區(qū)的最低侵蝕基準(zhǔn)面，地形有利于自然排泄。水文地質(zhì)勘探類型為水文地質(zhì)條件中等的礦床；工程地質(zhì)勘查類型屬簡單型，即第三—四類，第Ⅰ型；礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件為簡單型，屬于第Ⅰ類[1]。

礦床開采技術(shù)條件類型劃分為：開采技術(shù)條件中等的以水文地質(zhì)問題為主的礦床，即Ⅲ-1型[1]。

3.2.3防治建議

(1) 環(huán)境地質(zhì)：要采取科學(xué)措施，防治結(jié)合，綜合利用，以減輕對環(huán)境的污染。

(2) 開采過程中產(chǎn)生的廢渣及松散物剝離體禁止向溝谷隨意堆放，應(yīng)專門選擇平緩地帶堆放；避免泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

(3) 工程地質(zhì)：要注意避免第四系松散巖層在雨季飽水后形成滑動和崩塌；進一步查明露采邊坡與結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系，確定合理的邊坡角。

(4) 水文地質(zhì)：要注意防止第四系松散巖層及裂隙帶在雨季飽水后，孔隙、裂隙水流入礦坑。

TD873.1

A

1007-9386(2016)03-0034-04

2016-01-25

[1]全國礦產(chǎn)儲量委員會.GB12719-91 礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].北京:國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布,1991.

[2]中國地震局.GB18306-2001 中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖[S].北京:國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布,2001.