白音华露天矿边坡地质环境分析

刘志刚

白音华煤田地处内蒙古中东部，大兴安岭西坡南段之北侧。矿区系丘陵低山区，剥蚀堆积地形，冲洪积平原，标高976.10—1100.90m，相对高度124.80m，南西高东北低。煤田内是地势平缓的草原、沼泽地形，两者间的过渡带则是由剥蚀堆积和风蚀形成的缓波状丘陵。

在煤田东北和西南两侧发育有彦吉嘎、高力罕两条老年期季节性内陆河流。彦吉嘎河为本井田主要河流，自东北流向西南，在金星大队附近转向东北，呈蛇曲形蜿蜒于煤田东北部大面积沼泽地带内，在煤田内长达26km，水量不大，为季节性河流。高力罕河位于煤田西南部，自东南向西北横切煤田而过，在煤田内流长5km。河谷呈“U”字形，水深一般为1m左右，据内蒙古锡林郭勒盟行政公署水利局资料，平均流量0.63m3/s，年平均迳流量为0.1671亿 m3，总的流量变化是随降水量的大小而变化，春汛流量较大，最低侵蚀基准面标高1003m。丰水期流量100585m3/d

该地区属中温带干旱半干旱气候，基本特征为春季多风易干旱，夏季温热雨不匀，秋季凉爽霜雪早，冬长寒冷冰雪茫。据西乌珠穆沁旗气象局（1954年11 月）资料：多年极端最高气温37.4℃（1987年7月29日），最低气温-38.6℃（1964年2月4日）。1971年～2000年间年平均降水量345.9mm，年平均蒸发量1769.0mm。每年的6、7、8三个月为雨季，占全年降水量的68%。年最大降水量564.5mm（1998年），最小189.0mm（1988年）。

一、露天矿地层岩性

白音华煤田为全掩盖煤田。外围有石炭系浅变质岩和侏罗系大面积火山岩出露，其地层分区属天山兴安地层区—兴安分区—西乌旗小区。地层由老至新有：中生界侏罗纪上统兴安岭群，白垩系下统白音华群，新生界第三系上统，第四系下、中、上更新统，全新统。

（1）下白垩统白音华组（Klb）：为一套河流、湖沼相沉积的含煤、含油碎屑岩系，不整合于兴安岭群（J3xh）之上。由粗—细—粗三套碎屑岩组成一个完整的沉积旋回。下部为深灰、褐、棕褐色粉砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩与深灰、灰、灰绿色泥岩互层。中下部以大套深灰、黑灰色泥岩为主体岩性，夹有浅灰、褐色泥岩和粉砂岩。中部为灰～深灰色粉砂岩、泥岩、细砂岩及灰白、浅灰色砂砾岩、粗砂岩，含煤层。泥岩页理发育，厚度变化大，巨厚煤层和粉砂岩互层，夹薄层中粗砂岩或泥岩，为区域重要含煤层位。中上部以灰白、灰、深灰色泥岩、粉砂岩为主，局部为灰色砂砾岩或粗砂岩，泥岩和粉砂岩中富含炭屑或夹煤线及炭质泥岩。上部以浅灰、灰白-灰绿色砂砾岩、中粗砂岩为主，夹细砂岩、粉砂岩和泥岩，局部中粗砂岩及细砂岩互层，砂砾岩成分复杂，胶结疏松，固结程度低。（2）第三系（N2）：由杂色碎屑岩组成，灰色、棕红色砂砾岩、泥岩或粘土。（3）第四系（Q）：广泛发育。更新统（Qp）：下部为冲洪积砾石层，中部为灰色湖滨冲积砂砾层，上部为黄褐色古阶地冲积砂砾层。全新统（Qh）：下部为褐黄色、灰色冲积、风积、残坡积砂土、砾石层组成，中部为风积沙，上部为褐色、灰色冲积、湖积砂砾、砂土、淤泥层。

二、露天矿构造

白音华煤田为大兴安岭南段西侧的山间断陷盆地，北东～北北东向长条状展布。白音华三号矿位于二连坳陷东端乌尼特断陷带的东北端——白音华断陷之内。井田位于断陷中部，其主体构造形态为一不完整的走向北40°东，倾角1～8°的宽缓向斜，中部为一同沉积隆起，与主体构造复合，使全井田的构造形态呈“马鞍”状，形成“两凹一隆”的构造格局，井田内构造简单，未发现断层。

三、露天矿水文地质条件

白音华煤田属白音华盆地水文地质单元的一部分，标高940～1388m，相对高度448m，煤田地貌特征为冲洪积平原的低缓丘陵。

区内有两条南北向河流，均发源于大兴安岭，属内陆水系。

高力罕河从一号露天矿西缘由东南向北西流过，长达5km，河谷呈U型，水深一般为2m，据锡林郭勒盟水利局资料，平均流量为0.63m3/s，年平均流量为0.1671亿m3。

彦吉嘎河以北东向穿越煤田，在四号露天矿东侧呈蛇曲形蜿蜒于沼泽中，长达26km，水深1m左右，洪水期流量7.0 m3/s，平均流量1.0 m3/s。地形低洼分布大小不等，季节性湖泊赛罕诺尔湖面积最大，可达0.16k㎡，一般为8000 k㎡，积水深度多为0.2～0.5m，赛罕诺尔湖水深1.5m，春季干涸。

河湖地表水水体发育地段沼泽发育，生长芦苇芨芨草等喜水植物，近年沼泽蜕变，地表沙化明显。

（一）含水层。（1）第四系孔隙潜水含水层。含水层分布于高力罕河，彦吉嘎河两河谷平原之间的广大冲洪积平原区，由上更新统冲洪积中细砂，含砾中砂组成，最大厚度39.80m，单位涌水量0.0279～0.187L/s·m，渗透系数0.564～2.727m/d，属弱～中等富水性含水层。（2）白音华组裂隙承压含水岩组。包括一、二、三煤组三个含水岩组，与煤层分布范围一致。富水性受裂隙发育程度控制，三个含水岩组富水性在区域内，1、2煤组含水岩组为中等，3煤组为弱—强。

（二）隔水层。第四系潜水含水层底部隔水层为中更新统湖积粘性土，第三系粘土及泥岩，1煤组顶部泥岩，厚度49.44m，1、

2、3号煤组含水岩组底板基本发育有稳定隔水层（局部地段缺失），岩性由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩组成，厚度分别为

58.89m、45.75m、33.34m。

（三）地下水补给、径流、排泄。本区属白音华盆地水文地质单元的一部分，前期人对该单元作了概略研究，而区域内水文地质条件比较复杂，按地下水赋存类型分别叙述如下：

潜水在自然状态下靠大气降水、河流、基岩裂隙水侧向补给，少量的水汽凝结水。潜水面上覆地表岩性一般为粉细砂，粉质粘土，粉土，厚度0.3.m～14.50m，多为3m。大气降水在不同地段渗入补给强度各异，直接入渗补给潜水，其余降水形成地表径流或湖泊。区内多年平均降水量345.90mm，集中在6、7、8三个月，5月份为解冻期，因此，潜水位在5月和8、9月出现两次不同程度的高峰。5月和8、9月份河水上涨，水位高于潜水位，丰水期河流补给潜水，枯水期潜水则向河流排泄。

潜水含水层多直接覆于基岩之上，彼此连通，故基岩裂隙水侧向补给潜水，水力坡度1-3‰，总体由南向北径流，通过河谷平原以地下径流形式向北排泄，另外，由潜水面蒸发，植物蒸腾及人工排泄（农牧业用水）等形式进行排泄。

白音华盆地上部普遍被第四系覆盖，第四系潜水底部为厚度49.66m粘性土、泥岩，故潜水很难垂直向下渗补给承压水。

盆地东西两侧均为基岩，岩性为上侏罗统凝灰岩、下二叠统砂岩及花岗岩，因此，承压含水层直接与基岩接触，彼此沟通，有利于基岩裂隙侧向补给承压水。盆地水力坡度为1.5-2.1‰；边缘含水层颗粒较粗，一般为砂岩、砂砾岩，径流条件好；愈往盆地中心，含水层愈细，径流条件愈差，以地下径流形式向北东排泄。

四、工程地质评价（以东端帮为例）

东帮边坡坡长约315m，深度约82m，坡角15.1°，岩性为第四系细砂层、第三系红粘土层及白垩系煤岩地层。①第四系细砂层全区普遍发育，埋藏深度5.00 m～33.60 m，平均厚度12.94m。②第三系红粘土普遍发育，埋藏深度4.30 m～36.50 m，平均厚度15.95m。③煤系地层全区分布，主要岩性为泥岩、砂岩、煤层。其中3-1、3-2、3-3煤层发育均匀，沿走向较平缓。其物理力学性质见表

第四系细砂：东端帮普遍发育，内摩擦角为30.5°，粘聚力平均为2.0KPa，边坡角为15.1°，地表如无大的荷载一般不易滑动。第三系红粘土：东端帮普遍发育，内摩擦角平均为

34.8°，凝聚力（变角剪）平均为140KPa。边坡角为15.1°，地表如无大的荷载一般不易滑动。但红粘土中蒙脱石含量较高，遇水软化产生塑性变形，抗剪强度大大降低，易产生滑动。白垩系含煤段：主要以煤、泥岩、砂岩为主，泥岩细腻、裂隙发育，易风化，是较弱岩层。砂岩大多为凝灰质胶结，松散易碎，煤层较硬，裂隙发育，含水。底板泥岩遇水软化。但矿坑垂直走向剥离，与边帮岩层近于垂直，无滑动倾角，一般不易滑动。

为由此可以看出，东端帮岩层较平缓，地下水渗透系数小，边坡设计合理，地表无负载，其稳定性较好。但第四系渗透系数较大，东端帮易出现第四系塌落。