篦子溝銅礦床開采技術條件分析

周 超

（山西中條山集團篦子溝礦業有限公司，山西 運城 710016）

1 水文地質條件

1.1 含水巖組

橫嶺關片巖、界牌梁石英巖及余元下大理巖微含水層分布于礦區西部邊緣，厚數百米，傾向110°～70°，傾角25°～45°。橫嶺關片巖組包括云母片巖，角閃石黑云母片巖等，一般易風化，張開裂隙少見，未見泉水出露。界牌梁石英巖組細粒堅硬塊狀，淺灰色稍有鐵染，厚42m～20m，不見泉水出露[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；下層為鈣質云母片巖，片理發育、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，其它巖性在本層內均呈透鏡體存在，產狀厚度和分布范圍完全與篦子溝片巖相吻合。黑色片巖裂隙較發育，破碎，易風化為碎片，但裂隙發育不均，局部硅質含量較高，巖性致密堅硬有隔水性。本層鉆孔中多處見涌水現象[2]。篦子溝組片巖主要為礦體的頂板，局部構成礦體，勘探時對該層進行了專門抽水試驗，1009 孔對黑色片巖及其內夾的破碎帶，不純大理巖和硅化大理巖等進行了混合抽水，三次水位降低，所求得的滲透系數為0.188m/晝夜，單井涌水量為0.334L/s.m，Q～S 曲線呈潛水性質。971 孔對黑色片巖抽水所求得的滲透系數為0.01m/晝夜，1013 孔涌水試驗求得的滲透系數為0.076m/晝夜。礦山豎井工程孔抽水試驗降低兩次，求得滲透系數為0.045m/晝夜，Q～S 曲線呈潛水性質。雖然以抽水試驗所求得的滲透系數彼此差異很大，但由于它們所處的位置不同，均代表不同水文地質特點的實際情況。1009 孔代表著受構造裂隙影響黑色片巖的滲透系數，而豎井工程代表著一般的黑色片巖的滲透系數。

硅化大理巖：是黑色片巖中最大的透鏡狀夾層，其中出露地表分布最廣的有東西兩條，東條長400m，寬140m，傾斜延深厚度穩定，中間有閃長巖墻侵入。沿層理夾有方柱石片巖。西條長250m，傾斜延深至700m 標高。硅化大理巖為灰白色，致密堅硬塊狀，巖心采取率在70%以上，裂隙不發育，平均裂隙率0.22%，即是在雨季坑道內也少見有滴水現象，說明透水性微弱，可視為相對隔水層。

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，近地表有風化裂隙，裂隙面有鐵染現象。1074 孔機臺本層裂隙率為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40m，基本起隔水作用。

石榴子石鈣質云母片巖：主要分布在黑色片巖的頂部，厚度僅幾十米，片理不發育，估計它的富水性與透水性較黑色片巖小，一般距礦體較遠，對礦床開采影響極小。

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、坡積粘質砂土，并夾有細砂和角礫。一般不含水。3m 以下為沖積層，分選性好，較松散，含水較富。在篦子溝內有層狀流出的泉水，但流量最大不超過2 升/秒。黑陰里溝是個枯水溝，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。整個第四系受大氣降水及基巖裂隙水所補給，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，對礦床開采影響不大。

礦床經過多年的開采，已經改變了原來水文地質狀態，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，其它誘發因素導致礦坑突然涌水，給礦床開采帶來隱患，所以，水文地質條件屬復雜，要預防下大雨、暴雨、連陰雨時礦坑涌水量突然加大造成的危害。

2 工程地質條件

2.1 礦石和圍巖的堅硬性

礦石和圍巖的堅硬性，取決于礦物成分和結構構造及地下水影響程度[3]。本區勘探時對礦體及其頂底圍巖進行了采樣，測試結果顯示：礦體和圍巖的抗壓強度：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 礦石和圍巖的穩固性

按巖（礦）石的穩固性，將本區巖（礦）石化分為不穩固巖石、中等穩固巖石和穩固巖石三類。①不穩固巖石，礦體上盤的黑色片巖和下盤的方柱石黑云母片巖，風化破碎裂隙發育，呈松散碎片狀，礦床開采過程中，巖石極易發生垮塌現象，生產中必須加強維護。②中等穩固巖石，不純大理巖，因受風化作用影響巖石裂縫加寬，較易塌陷或穹起，故需支護或稀疏支護。某些硅化大理巖也有此現象，出現穹起，并需支護。③穩固巖石，具有少數裂隙的硅化（黑云母化）大理巖，不純大理巖和部分黑色片巖，巖石致密堅硬，呈厚層狀，構造、裂隙、節理不發育，工程地質條件好，但在在深部開采時應引起高度重視。

礦石濕度平均值為0.97%，數值很小，故體重計算未以其校正。礦體松散系數為1.86～2.16。多年的礦床開采，黑色片巖（方柱石黑云片巖）和大理巖破碎帶為不穩固巖性，有塌方、冒頂現象，需支護，含礦主要巖石硅化大理巖，在開采后雖未出現大的異常，但雖深度的增大，地應力增強，局部地段裂隙發育巖石出現失穩滑落情況，因此，礦區工程地質條件屬復雜。礦山生產過程中，要加強巖石穩定性監測，在不穩固巖層部位要采取支護措施。

3 環境地質條件

3.1 環境地質條件評價

礦區環境地質問題主要來自塌陷、地裂縫、地下水位下降、廢石堆和尾礦庫潰壩可能引發的潛在泥石流等方面。由于地下開采形成大面積采空區后，原有的周圍應力平衡狀態遭到破壞，巖土體在自重和上覆巖（土）體的壓力作用下，開始垮塌，發展至地表，在采空區上方形成了地表塌陷變形及地裂縫災害[4]。塌陷區以群集式出現，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，表明塌陷有進一步擴大之勢。塌陷物為篦子溝組黑色片巖、絹云母片巖、不純大理巖及鈣質云母片巖為主，塌陷區外緣部位多引發滑坡崩塌等小型次生地質災害。根據塌陷體穩定性評價標準判定，區內塌陷穩定性分級為不穩定。目前開采深度到439m，隨著開采深度的加大，塌陷范圍還會增大，因此要加強管理，防止突然塌落。為此在開采過程中，應加強采空區和塌陷區的管理，定期組織專業人員對其監測，密切注意新的地裂縫的產生；在地表塌陷范圍設置柵欄和標志，禁止人員和牲畜進入其中。篦子溝礦山有選廠一座，其選礦尾渣全部排放到尾礦庫。在主平硐（660m 標高）南部，有20余萬方廢石堆放。因此礦區環境地質問題屬復雜。

3.2 環境地質預測評價

隨著開采深度的加大，礦區地表塌陷、地裂縫的范圍將會增大，潛在的泥石流依然存在，所以，在今后的開發中，應采取積極的態度，加大環境投入治理力度，采用適當有效措施加以防范。如采用回填采礦法，采空區注漿等方法，消除地應力影響，減少地面塌陷和地裂縫的產生。減少廢石堆放、尾礦庫加固等多項措施，預防泥石流的發生。同時保護好生態環境，做到開發與保護相協調，在發展的過程中保護好環境。

4 開采技術條件小結

礦床水文地質條件屬復雜，工程地質條件復雜，環境地質條件為復雜，因此礦床開采技術條件為復雜型（Ⅲ-4）。