矿床开采技术条件-筏子坝.doc

第3章 矿床开采技术条件3.1 水文地质3.1.1 矿区水文地质条件1、地下水形成的自然条件（1）气象、水文特征气象矿区属陇南北部暖温带湿润气候，具明显的垂直分带气候特征。据文县气象局资料，多年平均气温14.9，极端最高气温37.7，极端最低气温-7.4；多年平均降水量600mm，蒸发量2122.0mm；平均风速2.4m/s，最大风速16m/s；最大积雪厚度5cm，最大冻土深度9cm，冻土时间出现在122月间。水文矿区外围水系较为发育，主要有让水河、白水（龙）江，自西向东分别流经工作区南北边缘，在东部边缘汇入白龙江水利枢纽碧口水库。让水河、白水江其支沟极为发育，多为南北向展布，强烈切割，大多形成陡峻的山坡或悬崖绝壁，基岩裸露，矿区内最大的支沟为铜沟。白水江为常年性河流，据文县站资料，流域面积6935km2，多年平均流量86.285m3/s，历年最大流量357m3/s，历年最小流量27.6m3/s，径流量主要集中在8、9、10月份，当年11月份至翌年2月份较小；让水河是白龙江右岸一级直流，由于存在丰沛的降水，径流量年际变化不甚显著，但年内的分配极为不均匀，洪枯差异显著，510月为丰水期，集中了全年70以上的径流量，11月至次年的4月为枯水期，枯水期径流补给主要靠上游林区的地下水，枯水期流量小而稳定，最小枯水期一般出现在23月，汛期大暴雨多形成洪水，峰形稍胖，洪水量大。白水江、让水河均汇入白龙江，据碧口站资料，白龙江流域面积26086km2（碧口站以上），多年平均流量285.1m3/s，历年最大流量2420m3/s，历年最小流量76.43m3/s，径流量主要集中在7、8、9月份，约占全年的67，12月至次年的3月为枯水期，径流量较小，仅占14.7，河水清澈透明，径流湍急，含沙量小。矿区最大的沟谷铜沟，平水期流量仅为0.40.5l/s，丰水期（69）径流量可达2025 l/s，特征是含砂量小，径流量变幅较大。其它冲沟多数无长年流水，丰水期正常流量0.10.5l/s，多于时段可陡增至25 l/s，但雨后不久即迅速减少直至消失。据水质分析资料，矿区沟谷地表水水水化学类型为HCQ3Ca2+型，矿化度0.0948g/l。（2）地形地貌筏子坝矿区地处西秦岭南侧的的陇南山地，海拔高程6371820米，相对高差1183米，地貌类型属侵蚀构造中山区。地势险峻复杂，山大沟深，峰峦叠嶂，高低起伏，山梁狭长，呈刀背状，沟谷谷坡陵峭，多呈“”字型峡谷，自然坡度一般均在60以上，切割深度一般大于500m，谷底狭窄。山坡坡上分布有灌木、草丛等，植被发育，基岩裸露地段发育有缓坡、小台地等侵蚀微地貌。 2、矿区地下水类型及富水性根据地下水的赋存和埋藏条件，地下水可分类型划分为第四系松散岩类孔隙水、碧口群阳坝组变质岩基岩裂隙水。（1）第四系松散岩类孔隙水呈条带状或不规则面装分布于斜坡及沟谷区，赋存残破积或沟谷第四系砂砾卵石孔隙之中，水位埋藏浅，一般小于3.0m，含水层较薄，厚度1.03.0m左右，由于砂砾卵石孔隙中泥质成分含量高，渗透性、富水性较差，枯季地下水径流模数小于11/s.km2，属水量贫乏区。（2）变质岩基岩裂隙水分布在整个矿区，赋存于矿区碧口群阳坝组片岩、石英岩节理裂隙之中。岩石中主要发育3组较为规则的节理，实测产状分别为33030、6070、10085，一般长数米到数十米，宽210cm，多被后期石英岩脉所充填；其次发育有大量片理，产状20070风化后多呈薄层碎片，层厚0.55mm，但多被泥质胶结物充填。岩层中发育的节理裂隙及片里构造为基岩地下水的储存运移创造了空间，但受岩性裂隙率低及节理充填程度高等因素的影响。该类地下水水位埋藏变化较大，含水层厚度不均匀，顶板埋深0300m，富水性较差，枯季地下水径流模数0.0161/s.km2，地表部位成现为风化裂隙潜水，深部则为脉状承压水。3、地下水的补给、径流、排泄条件及动态特征（1）第四系松散岩类孔隙水主要接受大气降水及基岩裂隙水、冰雪融化水入渗补给，自上游向下游径流，水力坡度1540，径流速度较快，以转化成地表水或补给谷底基岩裂隙的形式排泄。其水位动态随季节变化比较明显，年水位变幅0.51.2m。（2）变质岩基岩裂隙水以接受大气降水及冰雪融化水补给为主，在河（沟）谷分布区，接受地表水及潜水渗漏补给。一般规律是：补给区的汇水面积大，地形较平缓，岩石裂隙发育，降水量大，植被茂密时补给量大，反之则较小。地下水自上游向下游，由地势高处向低处径流，水力坡度5090，径流距离较短，径流速度较大，当裂隙含水层遭受沟谷切割时，即向山坡上、冲沟旁、陡崖上、地形急变处、山坡下沟岸旁溢出，以泉、转化为地表水或补给第四系孔隙潜水形式排泄。由于地形特点，该类地下水静储量较小。4、地下水水质根据前人取样的水质分析资料，区内地下水水化学类型简单。第四系松散岩类孔隙水均为重碳酸钙型水，地下水矿化度小于1.0g/l，水质良好；变质岩裂隙水水化学类型为SO42Ca2+型，矿化度1.19 g/l，总硬度840.67，PH值7.81，水中Zn2含量较高，大于生活饮用水标准。3.1.2 矿床充水影响因素1、构造破碎带、风化裂隙带对矿床充水的影响矿区范围构再简单，岩层向南陡倾，走向近东西，成单斜构造，未发现大的断裂，根据坑道掘进观察，主要为3组不同期次的张性节理，多被后期石英岩脉充填。3组节理控制着该区地层和矿体的完整程度，另外风化剥蚀作用使岩层多处裸露于地表，岩层表面粒状节理、裂隙又比较发育，可以直接接受降水入渗补给。因此构造节理破碎带、风化裂隙带是大气降水、相邻含水层中的地下水进入矿床的主要通道，也是矿坑涌水的主要因素，但由于节理裂隙紧闭性强、充填程度高，对矿坑充水条件影响有限。2、地表水对矿床充水的影响主要含矿带标高介于1577米500米之间，预计矿井最低排泄面708.8m，因此，部分矿井部分地段最低排泄面海拔高程低于地表水水位，矿区内虽无导水断层等规模性充水构造，但地表水体任可能沿构造破碎带，风化裂隙带入渗，对矿床充水有微弱影响，地表水不构成矿床充水的主要因素。3、老窿水对矿床充水的影响矿区现已发现老硐10余处，最大深度约150余米，深部采空区长度约100米。由于前人开采条件限制，因此，古采硐多分布位置较高，与矿床之间存在100300m的垂直距离，且含矿岩体裂隙不甚发育，富水性较差，老窿中也未积累过多多地表水入渗，因此老窿水对矿床充水的影响较小。但在开采过程中要加强防范，不可轻视。3.1.3矿坑涌水量预测1、区域水文地质筏子坝铜矿是以裂隙充水岩层为主的矿床，矿床的充水程度主要取决于充水岩层的富水性、风化裂隙、构造裂隙性质和发育程度及胶结物充填程度，其次为地表水与矿井之间是否存在联系通道。矿区大部分矿体排泄面位于最低侵蚀基准面之上，并且裂隙发育程度随深度增加而减弱，裂隙开启度低、充填程度高，加至矿区地处本区让水河与白水江分水岭，水文网发育，沟谷深切，地下水、地表水排泄条件良好，不利于地表水入渗和地下水的汇集，矿床地下水的储存量较小，地下水一般以分散水流的形式向矿井充水，矿坑涌水量一般较小。但随着开采矿井施工，部分矿井最低排泄面已处于最低侵蚀基准面之下，矿井涌水量也会增加，给后续采矿造成一定难度。矿床最低侵蚀基准面标高为708.8m（碧口水库），主要含矿带开采标高介于1577米500米之间，矿井最低排泄面白龙江，地层倾角介于6085之间，矿体倾角略小于围岩倾角，平均产状5570。依据矿区水文地质工程地质勘探规范（GB1271991）和固体矿产地质勘查规范总则（GB/T139082002），勘探类型为第二类（裂隙充水为主），以大气降水和基岩裂隙地下水为充要水水源，构造节理破碎带、风化裂隙破碎带直接导水水文地质条件简单的矿床，地表水不构成矿床充水的主要因素。为此，我们对1502米中段坑道（PD1）、1427米中段坑道（PD2）、1068米中段坑道（PD8）、1025米中段坑道（PD9），进行矿坑涌水量计算。2、矿坑涌水量预测由于矿区现存的施工坑道倾斜角度小于45，因此，都按水平坑道对待。基岩含水层底板倾角大于虽大于45，但均概化为水平含水层，利用承压潜水非完整水平坑道涌水量计算方法预测：水平坑道左侧涌水量计算公式：，Q取其一半。水平坑道右侧涌水量计算公式：其中：Q水平坑道涌水量（m3/d）；K基岩裂隙水渗透系数 取0.9353B水平坑道长度（m）；H含水层底板之水位（m）；R1、R坑道在补给方向上和排泄方向上的影响宽度（m）；m含水层厚度（m）；h坑底至隔水底板的距离（m）。计算结果见下表。矿区坑道涌水量结算结果坑道编号坑道长度B（m）水位降低S（m）补给方向上的影响宽度R1（m）排泄方向上的影响宽度R2（m）坑底至隔水顶板的距离m0（m）坑底至隔水底板的距离T（m）坑底宽度b（m）水平坑道涌水量Q（m3/d）150223050.036.2349.1062.2618.461.530.24142735092.361.7054.2088.2029.782.047.101068190121.391.4564.53118.1536.472.055.721025590187.26176.8279.54284.1247.602.064.63上表水文地质计算参数值，主要来源于两份矿区早期的水文地质勘查资料甘肃省筏子坝铜矿水文地质普查报告和甘肃省武都天水地区区域水文地质普查报告，结果可能有略有偏差。但在矿体开采时，坑道施工应依照规范，预留顶地板及侧帮厚度必须满足要求，以防矿井涌水。3.1.4 矿区供水水源评价综上所述，矿区赋存的水资源有地表水和地下水两类。由于本次水文地质勘查工作量投入十分所限，对矿区水资源只作概略评价。1、地表水矿区外围白水（龙）江、让水河为常年性流水，水量大，清澈透明，依据前人地表水样品测试分析结果，以国家现行的地表水环境质量标准（GHZB11999）作为评价依据对比分析，属于类水，可做为矿区生产用水和生活用水。但供水高差太大、供水距离也相对较远，成本高、难度大。据调查，矿区内铜沟地表水含砂量小，径流量变幅虽大，但离矿区很近，对矿区供水意义较大。据前人地表水样品测试分析结果，比对现行国家标准铜沟地表水符合类质量要求，可作为矿区供水水源。 铜沟地表水水质分析（主要组分）成果表 单位：mg/l分析项目分析结果分析项目分析结果嗅和味无总硬度60.05肉眼可见物无锌未检出PH值7.45硝酸盐5.296矿化度94.80氟化物未检出2、地下水矿区内地下水以岩溶裂隙水为主。根据本次调查取得的样品测试分析结果（表3），以国家现行的地下水质量标准（GB/T14848-93）作为评价依据，选择生活饮用水卫生规范（卫生部2001）要求的基本因子予以评价，地下水除锌离子外，其它组分满足于类水要求。因此，分布于矿区变质岩基岩裂隙水经适当处理后，可做为矿区生产生活饮用水。 矿区基岩裂隙地下水水质分析成果表 单位：mg/l采样地点分析项目分析结果分析项目分析结果嗅和味无锌3肉眼可见物无硝酸盐3.861502中段PH值7.81亚硝酸盐0.122总硬度840.67氨氮未检出矿化度1199.3氟化物0.06可溶SiO211.03COD3.5铁未检出镉未检出锰未检出铬未检出铜未检出铅未检出3.2 工程地质3.2.1 岩土体工程地质类型的划分及特征1、矿区土体工程地质类型矿区土体的分布与沉积环境和地貌条件有关。依据土体的粒度成分及工程地质特征分为的双层结构坡残积土和单层结构的碎块石。坡残积土： 分布在沟谷两侧及山梁平缓地段，上部为黄土状粉土、粉土和粉质黏土，厚度较薄，一般为1-2.0M，结构松散，渗透性较强，含砂510%，砾石1015%，粘粒7585%。主要物理力学性质指标：天然含水量1419%，天然容重13.220.3KN/m3，孔隙比0.511.32，内摩擦角2730，液限13.4518.7%；干燥时强度较高，塑性指数8.5515.2；中低压缩性，压缩模量150250Kpa。底部为砾卵（碎）石类，成分以石英岩、片岩为主，粒径210mm，占7080%，大于10mm，占2030%，磨圆度较差，呈棱角状，主要物理力学性质指标：天然容重21.722.4KN/m3，孔隙比20，内摩擦角5158，干抗压强度200500KPa。碎块石类： 为矿区勘查及生产过程中堆积的废石，呈松散状，堆积于冲沟谷坡地带，松散岩石自然堆放形成废石堆，以罗盘测绳测得松散废石安息角为31.5度。因此矿山开采过程中堆积的废石强度低，稳定性差。遇突发性暴雨将成为沟谷泥石流的主要物质来源，存在的潜在危害性较大。2、岩体工程地质特征矿区工程地质岩体属于变质岩建造，再根据岩性组合、岩体结构、岩石工程地质性质进一步划分为单一的较坚硬坚硬绿帘绿泥绢云片岩、绿泥绿帘石英片岩、磁铁石英片岩岩组。矿区大面积分布，由碧口群阳坝组岩层组成，岩性以灰绿色黄绿色绿泥绿帘片岩、浅灰绿灰色绢云石英片岩石英岩透镜体、浅灰绿色含绿泥绢云石英片岩为主，岩体受断裂构造破坏作用弱，岩体较完整，节理裂隙紧闭，表层风化弱。1502米中段坑道（PD1）岩样分析结果表明：绿泥绿帘石英片岩（远矿围岩）抗压强度（MPa）三组数值分别为73.8、125.44.3、平均81.0；绿帘绿泥片岩（矿体顶、底板）三组数值分别为81.8、33.6、65.6，平均60.4，磁铁石英岩（矿体）三组数值分别为38.4、82.0、85.2，平均68.5。3.2.2 矿区围岩稳定性分析矿区主要为较坚硬坚硬层状片岩、石英片岩组，地质构造简单、断裂构造不发于，岩体较致密，整体性好，主要物理力学性质指标：干容重2.202.81g/cm3。干抗压强度61.5120MPa，软化系数0.250.93，矿体的顶底板皆相对稳定，除老硐分布区外，工程地质条件良好。但在得硐室开挖过程中，当降水沿裂隙入渗或遇构造节理裂隙带，同样会引起硐室塌方掉快，要引起足够重视。3.3 环境地质 3.3.1 矿区环境地质条件1、地震根据甘肃省地震局资料，矿区处于构造复合部位，矿区及其相邻地区震中分布多。有事记载历史以来，文县发生4.56度地震2次，710度地震3次，2008年5月12日，我国四川省汶川县发生里氏8.0级地震，地震波及矿区，影响较大，碧口镇居民房屋产生裂缝或倒塌现象严重，财产损失巨大，文县各乡镇滑坡泥石流地质灾害频发。根据中国地震动参数区划图GB1830262001，矿区基本地震烈度为度，基本地震动峰值加速度值取0.20g；根据建筑抗震设计规范的有关规定划分, 矿区场地土属中硬土, 场地类别为类，属对建筑抗震相对不利地段，抗震设防烈度8，设计基本地震加速度值0.20g，为第一组。2、新构造运动特征矿区位于秦岭造山带西段腹地，扬子板块北缘，紧邻南秦岭印支陆隆构造带，属我国东西和南北地质构造域结合、交汇枢纽地区。第四系中更新世时期，矿区经历了两次大的升降运动，沟谷普遍深切，上更新世末期，经受区内断裂强烈活动及剥蚀作用，形成了现今地貌形态。晚近期以来，由于地球内应力的不平衡，区内一些区域性构造体系具继承性活动的特点，导致地震不断频繁发生，这些震中多沿松潘构造带与秦岭构造带的复合部位分布，表明这些断裂具继承性，而且至今仍在活动中，随着地震的发生，还出现山崩、滑坡等地质灾害。3.3.2 地质灾害与环境污染1、地质灾害现状矿区属内力作用弱的工程地质岩体较稳定区。改革开放初期，个体采矿者及少量私营企业对矿产的无序开采，造成水土流失，产生崩塌、滑坡、水石流，对生态系统破坏较为严重，近年来的封山育林政策，对自然生态系统回复快。据调查，勘查、初采阶段施工硐室产生的废石将近20万吨，形成潜在崩塌体约10处，给沟谷性暴雨泥石流的形成提供了必要的固体松散物质，对矿区生态环境和周边居民生命财产安全构成了威胁。2008年5月12日，我国四川省汶川县发生里氏8.0级地震，地震波及矿区，引发了少量规模较小的崩塌地质灾害。2、环境污染现状（1）人为肆意砍伐林木，开垦土地，致使腐植酸，SO42-在饮用水中含量改变，从而使局部水源轻微污染。（2）随着矿山勘探开采进程的深入，个体户乱开乱采，局部地段废石不合理堆放，引起环境质量改变，易产生滑坡、崩塌、小型泥石流。（3）改革开放初期，个体冶炼矿石产生的废液、废渣中的有害成分进入地表水、地下水，污染环境。近年来，随着矿山开采有序化，矿山环境恢复治理项目的实施，生态环境质量逐步好转。（4）矿山生产生活垃圾对环境的轻微污染。3.3.3 矿区环境地质质量影响因素1、自然地质作用对环境影响矿区属于内动力作用弱工程地质区，岩体稳定性总体上较好，根据调查大规模发生泥石流、滑坡、崩塌等地质灾害的现象以前几乎不存在，仅在2008年5月12日，我国四川省汶川县发生里氏8.0级地震时，地震波及矿区，对矿区环境构成了明显影响，部分地段岩层松动，山体体裂缝。