廣東省云城區坳頭礦山工程開采技術條件研究

梁琳瑯

針對礦床的水文地質條件、工程地質條件及環境地質條件進行分析，論述礦床主要含水層水文地質特征、礦區巖土體特征及礦山開采環境地質評價，指出影響礦床開采的主要水文地質、工程地質和環境地質問題；對礦床開采技術條件的復雜性做出評價。

1 水文地質條件

1.1 地形地貌

本區屬丘陵地貌，總體地形呈現中部高，東西兩側低，地形坡度為20°～35°，地形切割深度較深，以“V”型谷為主，由于坡降大，地形有利于大氣降水的自然排泄。區內分水嶺呈北東向展布。礦區主要位于水文地質單元的補給區，局部位于徑流區。礦區地形原始狀態四周高，中間為一槽谷地形，跨越地下水補給—徑流—排泄區。

1.2 氣象

調查區地處北回歸線以南，屬于亞熱帶季風氣候，具有溫暖多雨、潮濕、日照充足的特點。據云浮氣象站的多年觀測資料：年平均氣溫21.6℃，極端最低氣溫-1.4℃（1967年1月17日），極端最高氣溫39.1℃（1998年8月4日），雨季多在4月～9月，洪水期多在每年5月～7月，旱季在11月～次年2月。多年平均降雨量1571.8mm，歷年最大年降雨量為2138.8mm（1981年），歷年最小年降雨量為881.1mm（1977年），日最大降雨量255.3mm（1976年9月20日），歷年最大一小時降水量70.0mm（1972年9月19日）。多年平均蒸發量1422.5mm，最大年蒸發量1805.3mm，最小年蒸發量1055.4mm。多年平均雨日數為191d，年平均雷暴日數75 天。風季主要受臺風影響，多發生在每年7月～9月，風力一般在七級以下，常年多刮東南或東北風，平均風速1.2m/s，瞬時最大風速達34.0m/s。

1.3 地表水

區內地表水不發育，局部見有山溝溪流，流向受分水嶺的控制，自西向東流經礦區，流量約為107m3/d；大部分地表水都匯入距礦區東南界線約1km 的三角湖村河，該河自西南向北東流，河床寬12m，水深0.30m ～1.0m，流量季節變化較大，流量約為26 萬m3/d。水化學類型HCO3-Ca 型，pH 值8.01，溶解性總固體0.103g/L。

1.4 地下水

（1）巖溶裂隙含水層。巖溶裂隙含水層主要為泥盆系上統天子嶺組灰巖裂隙發育段，區內灰巖裸露區溶槽、溶溝和溶蝕裂隙發育，但地勢較高，多為導水而不含水，往往成為深部地下水的補給通道。鉆探揭露表明，鉆孔見洞率為32.00%；溶洞高度0.43m ～46.49m，頂板標高411.72m ～177.90m，底板標高390.45 ～176.60，溶洞多為泥質或砂質充填，部分鉆孔鉆進過程有漏水現象，揭露深度內正常地下水水位埋深2.80m ～143.80m，標高388.63m ～203.44m 地下水水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型。鉆孔揭露溶洞時均為全漏水，地下水水位均位于溶洞以下。該含水層中出露有2 個下降泉，流量為0.140L/s ～0.221L/s，泉1出露于采坑南部灰巖巖壁，標高265m，采坑底標高261m，流量0221L/s。采場平水期測得地下水涌水量220m3/d，該含水層富水性弱。

本次施工抽水試驗鉆孔由于鉆孔揭露的灰巖新鮮、致密，裂隙不發育，抽水量小。新鮮灰巖裂隙、巖溶不發育，可視為相對隔水層。進行了鉆孔常水頭注水試驗，據鉆孔注水試驗結果，滲透系數0.0880m3/d ～1.306m3/d，平均為0.5260m/d。

（2）砂巖裂隙含水層。砂巖裂隙含水層分布在帽子峰組之中，巖性為變質泥質粉砂巖，連續展布于礦區的南部及外圍四周，砂巖淺部風化裂隙發育，含裂隙水，含水層厚度受巖石風化裂隙發育的程度控制，其含水層底界與微風化底界基本一致，含水層厚度12.00m ～71.05m。據區域水文地質資料，泉水常見流量小于0.5L/s，總體富水性弱。

（3）殘坡積孔隙含水層。殘坡積孔隙含水層發育在溝谷山麓地段。分布在礦區山麓地帶的殘坡堆積孔隙含水層，厚度一般2.40 ～34.20，主要含砂巖碎屑砂質粘土組成，滲透性好，富水性弱—中等。

1.5 構造斷裂（層）含水性

據鉆孔及地面調查，礦區南部有一組斷層F1，寬度約7m，巖性為構造角礫巖，角礫原巖為變質砂巖、灰巖，棱角狀、次棱角狀，多為鈣質、硅質膠結，膠結程度好，鉆進到該層時未發生涌、漏水現象，巖面新鮮，地下水活動跡象不明顯，富水性弱。

1.6 相對隔水層

局部山坡上分布的坡殘積層，巖性以粉質粘土為主，且大部分位于地下水水位之上，可視為透水不含水層。分布于風化帶以下的基巖新鮮完整，除了構造破碎帶附近，巖石裂隙不發育，偶見充填或閉合裂隙，抽水試驗鉆孔全孔均為新鮮完整的灰巖，裂隙不發育，未發育溶洞，水量小，水位恢復慢，可視為相對隔水層。

1.7 地下水的補、徑、排條件

礦床處于區域水文地質單元的補給區與徑流區，地下水主要接受大氣降水垂向直接補給。分布于區內淺部的孔隙潛水主要接受大氣降水直接補給和溪溝水側向補給，該地下水與溪溝水的水力聯系較密切，既受溪溝水補給，同時也向溪溝水排泄?；鶐r裂隙、巖溶溶蝕裂隙潛水主要接受大氣降水的垂向補給，局部接受溪溝水的滲入補給，沿風化裂隙、溶蝕裂隙下滲與運移，形成地下徑流，流向與地形密切相關，總體與溪溝水流向基本一致，該類型的地下水具較明顯的徑流路途短的特點，往往在地形低洼處以散流或下降泉形式排泄。

1.8 礦床水文地質特征及礦坑充水因素

礦體及其圍巖上部為基巖風化裂隙與巖溶溶蝕裂隙潛水含水層，富水性弱，下部新鮮、完整的灰巖與變質砂巖完整致密，富水性總體弱，可視為相對隔水層。根據礦區、礦體規模、埋藏條件及礦床水文地質特征，未來礦山宜用露天開采。未來礦坑充水因素主要為大氣降水直接充水，次為基巖風化裂隙與巖溶溶蝕裂隙潛水的側向充水。

1.9 礦坑涌水量預測

1.9.1 邊界條件

礦床含水層為基巖風化裂隙與巖溶溶蝕裂隙含水層，呈層狀分布，可視為無限補給邊界，開采時地下水從四周以平面流形式對礦坑充水。

1.9.2 預測深度

根據礦體的控制深度及含水層特征，未來礦床擬設最低開采標高為140m，因此本礦床預測水平為140m 標高。

1.9.3 預測方法

根據礦床開采方法和充水特征，大氣降水充水量采用面積法計算，地下涌水量采用比擬法計算。

1.9.4 參數的確定

（1）采礦場的面積（F）。以礦區露天采場邊界附近的次級分水嶺來確定礦區降雨匯水面積，采用地理信息系統從礦區水文地質圖上量得結果為585165m2。

（2）降雨量（A）。據云浮市氣象局多年平均降雨量（A1）為1.5718m，日最大降雨量（A2）為0.2553m。

（3）時間（t）。參照云浮市云城區的多年平均年雨日為191天。

（4）正常降雨時的地表徑流系數（φ）。根據礦床水文地質特征，采用《水文地質手冊》經驗值，φ 為0.7。

（5）生產礦坑涌水量（Q）。礦區范圍內存在一舊的露天開采采坑，據調查，采坑揭露的地下水最終匯入礦區東部的溪溝排出，Q1為220m3/d。

（6）礦坑水頭高度（H）。原礦山開采對礦區的含水層有一定的破壞，但地下水流場還總體保持原貌，所以生產礦坑水頭高度與新建礦坑水頭高度采用本次施工的鉆孔觀測的終孔靜水位標高平均值：H1=H2=306.85m。

（7）礦坑水位降深值（s）。原生產礦坑水位降深值（s1）采用礦區潛水位平均標高（306.85m）降至現狀采坑最低標高（241.06m）之差值，結果為65.79m；新建礦坑水位降深值（s2）采用礦區潛水位平均標高（306.85m）降至礦床擬設開采最低標高（140m）之差值，結果為166.85m。

（8）礦坑引用半徑（r）。原生產礦山礦坑開采面積從礦區水文地質圖上量得結果為F1=214200m2，未來采場降雨匯水面積F2=585165m2根據采坑形態，采用不規則圓形公式。

原礦山生產礦坑引用半徑計算結果為r1=261.18m，新建礦山礦坑引用半徑計算結果為r2=431.59m。

1.9.5 涌水量計算結果

（1）礦坑大氣降水正常充水量Q1為3370m3/d，最大日充水量Q2為104575m3/d。

（2）礦坑地下水涌水量為706m3/d。

1.10 礦區及周邊供水水源情況

礦區及周邊沒有較大地表水體分布，只有流量不大的小溪溝，根據采集的水樣水質分析結果評價礦坑水環境質量總體屬Ⅲ類，礦區內的溪溝水水質較好，但礦山開采后，大部分已轉為礦坑水，礦坑水可進行綜合利用，可作為未來礦山開采時的工業用水水源，礦坑水如作生活用水需進行除鐵錳水質凈化處理。

1.11 小結

本礦床的水文地質類型為以大氣降水和巖溶裂隙直接充水為主的巖溶充水礦床。礦體位于當地侵蝕基準面以上，開采礦坑水可自然排泄；構造斷裂帶規模小、不具備溝通區域強含水層和大型地表水體的條件；殘坡積層厚度較薄，但分布較廣泛，礦坑疏干排水可能在小范圍內引起一些小型巖溶塌陷的，但幾率較低。礦床的水文地質邊界有巖溶裂隙弱—半透水邊界和礦體周邊的砂巖弱透水邊界，礦區水文地質條件屬于簡單類型。

2 礦區工程地質

2.1 巖組的物理力學性質及工程地質特征

（1）松散巖組。分布于礦體及圍巖上部，巖性主要為殘坡積含砂巖碎屑砂質粘土，呈散體結構，以硬塑土狀為主，局部為堅硬土狀，層厚分布不均，分布于山坡地段的厚度較大，而分布于溝谷一帶的厚度較薄，該層由于為散體結構，工程物理力學性質較差，遇水易軟化崩解，穩固性差，并且厚度較大，如露天采場邊坡的坡角過陡在降水等外界因素影響下易出現邊坡崩塌、滑坡等地質災害。

（2）破碎軟巖組。主要為礦體南部的中風化的變質砂巖，多為碎裂結構，風化裂隙較發育，裂隙多為泥質、巖石較破碎，巖石質量極劣的，巖體破碎；巖體質量差，屬Ⅳ類，普遍較破碎、軟弱，穩定性稍差。

（3）較完整較軟巖組。主要為礦體上部的微風化變質砂巖與局部的構造角礫巖，風化裂隙及構造裂隙較發育，裂隙多為泥質、鈣質充填，巖石較完整。微風化變質砂巖巖石質量中等的，巖體中等完整，巖體質量中等，屬Ⅲ類；構造角礫巖巖石質量中等的，巖體中等完整，巖體質量中等，屬Ⅲ類；該巖組巖石普遍較完整，穩定性較好。

（4）較完整半堅硬巖組。屬此類巖石主要為礦體及其圍巖的灰巖、白云巖，以及圍巖的變質砂巖，一般為層狀結構，裂隙一般不發育，裂隙為充填閉合，巖石較完整。

灰巖、白云巖巖石質量好的，巖體較完整，巖體質量良，屬Ⅱ類，普遍較完整，穩定性好。變質砂巖巖石質量好的，巖體較完整，巖體質量中等，屬Ⅲ類，普遍較完整，穩定性好。

2.2 小結

本礦區的礦體及圍巖以較堅硬巖組為主，穩定性較好，但礦體上部分布的松散巖組及軟弱巖（中風化巖），巖土體結構松散，遇水較易發生軟化崩解，穩定性較差，并且局部厚度較大；另外采場的開采臺階邊坡局部地段存在發育穩定層理和裂隙結構面，均對露天采場邊坡的穩定性構造較大的影響。綜合礦區工程地質條件屬于中等類型。

3 礦區環境地質

3.1 礦區環境地質現狀評價

（1）區域穩定性評價。本區自明至清共發生地震22 次，民國時期2 次，建國后2 至4 級4 次左右，皆無傷亡。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），本區防震設防烈度Ⅵ度區，設計基本地震加速度值為0.05g，區域地殼穩定性為穩定，地震對礦山開采影響一般不大。

（2）巖（礦）石放射性。據放射性測定：圍巖及礦體的內照射指數IRa 為0.0 ～0.1，外照射指數Iγ 為0.0 ～0.4，符合建筑主體材料要求。圍巖及礦體的放射性對人體及周邊環境條件影響不大，礦石和廢石成分較穩定，不易分解出有害組分，礦床開采除粉塵外，一般不會產生環境污染。

3.2 水環境質量評價

（1）地表水。水化學類型為HCO3-Ca 型，pH值為7.99 ～8.02，溶解性總固體為0.103g/L。根據相關區域規劃，礦區范圍內地表水主要為水產養殖等漁業水域，根據《地表水環境質量標準》執行Ⅲ類標準，礦區所在區域地表水環境質量總體較好。

（2）地下水.礦區所采地下水樣，采用《地下水環境質量標準》（GB/T14848-2017）進行評價。地下水質量為Ⅰ類至Ⅳ類。

3.3 礦區環境地質預測評價

（1）礦山廢水污染。隨著礦山的開發和投產，礦山將排放各種廢水包括有礦坑排水、廢石堆淋濾水和生活廢水等。這些廢水排量和成分各異，對地質環境的影響各不相同。

礦坑排水主要是進入礦坑的地下水，還有部分由地面送入的生產用水，它是礦山廢水中排量最大的廢水。由于地層和礦體的物質浸出，礦坑排水的水質特征是含較多雜質和礦物質，根據本礦區的地質特征，其中含量較大隨礦坑充水時流入的泥質物，其次是鈣元素；此外，礦坑排水還攜帶有一定量的掘進、采礦時產生的巖粉、巖屑。礦坑排水進入地表水體后，這些有害物質都可能對環境產生污染：泥質物因沉淀形成泥皮，封閉耕土、農田的表面，影響降水下滲、土壤貧化；鈣元素提高了水質硬度，使鍋爐結垢量增加。本礦區的鈣元素主要以結晶巖石形式存在，浸出率不高，加上礦坑疏干排泄過程中，地下水循環激烈，在地下已經很快被稀釋，故預計鈣元素在礦坑排水中的含量不多，對地質環境的影響程度輕微；礦坑排水中泥質物、巖粉、巖屑的含量也不大，可采用沉淀后排放的方法。故預測礦坑排水對地質環境的直接影響程度輕微。

由于本礦山的圍巖和礦石的化學性能較穩定，廢石塊度較大，故入滲到廢石堆的大氣降雨和地下水所浸出的有害元素含量不多，故預測廢石堆淋濾水對環境污染輕微。

本礦山屬機械化生產礦山，人員不多，生活廢水有限；且生活廢水主要以易降解有機物為主，加上生活區遠離村鎮，故預測生活廢水對環境的污染程度輕微。

（2）礦坑疏干引發地面塌陷。一般灰巖區礦坑疏干引發地面塌陷是礦區對地質環境影響較多發生的問題。目前原礦山開采排水和本次勘探抽水試驗過程中沒有發現地面變形情況。

（3）覆蓋層面導致的地面塌陷。覆蓋層面的形態復雜，溶隙、溶溝縱橫交錯，后期覆蓋的巖石多已風化為殘坡積土，當地下水活動和大氣降雨滲入時，會出現軟化、流失和土洞發育。一旦流失過量、土洞規模過大，上覆土體難以維持穩定時，會出現突發性的地面塌陷。但本區巖溶率低，規模小，地面塌陷幾率小。

（4）礦坑排水疏干的導致地面塌陷。不整合巖溶面的滲透性明顯高于其他部位，成為了地下水向礦坑排泄的最主要通道。在礦坑疏干過程中，必然會造成不整合巖溶面中的泥質物逐步流失。礦坑開拓越深、排水量和地下水滲流速度流也越大，土洞發育周期也越短，地面坍塌的可能性也就越大。

（5）廢石堆泥石流與邊坡失穩。由于廢石逐年增加，如何保持廢石堆穩定及預防礦山泥石流的發生，是礦山運營期的重要環境問題。本礦山的廢石主要來自礦坑開拓、采準期間的剝離廢石以及采礦期間分揀出來的夾石。目前水泥灰巖礦山大多是利用閑置山間溝谷堆放廢石，一旦廢石邊坡失穩并與松土混合，在雨季期間，可能會演化為泥石流，對下游構成威脅。

（6）破壞地形地貌。礦床露天開采會對礦區地形地貌景觀產生破壞，破壞類型主要有開采挖掘、堆積壓占、廠區建設等。

3.4 小結

礦區處于地震基本烈度Ⅵ度區，區域地殼穩定性為穩定，礦坑水環境質量一般較好，礦石不會析出對水土環境污染的重金屬元素，但是礦區面積較大，擬生產規模大，開采剝離量及排土量大且占地多，后期礦坑開采涌水量較大，采礦可產生局部地表變形，對環境地質破壞較大。環境地質條件屬中等。

4 結論

礦床水文地質條件簡單，工程地質條件中等，環境地質條件中等，礦床開采技術條件屬工程地質、環境地質復合問題的中等類型（Ⅱ-4）。