内蒙古扎鲁特旗罕山叶蜡石矿开采技术条件浅析

张云学

（中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古 呼和浩特　010010）

【勘探技术】

内蒙古扎鲁特旗罕山叶蜡石矿开采技术条件浅析

张云学

（中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古 呼和浩特010010）

本文浅析了内蒙古自治区扎鲁特旗罕山叶蜡石矿水文地质、工程地质、环境地质特征；矿坑涌水量计算；矿层、岩体稳定性；对开采时存在的环境地质问题进行了分析说明，定量地评价了该矿区的开采技术条件。

水文；岩体；环境；边坡角；叶蜡石

1　矿区水文地质概况

1.1地形地貌

矿区位于扎鲁特旗西北，大兴安岭南麓，为山区草原地貌，地势总体西部高东部低，山势近东西向展布，区内海拔最高1 100m，最低880m，相对高差220m，属中低山区。区域内大面积被第四系残坡积物及腐植土层覆盖，沟谷为冲洪积砂砾石层，基岩出露较少。

1.2水文气象

该地区地表水发育，溪水错综复杂，最终汇入阿日坤都冷河，流域面积为2 317.8km2，多年平均年径流总量11 492.1万m3，最高洪水位约3.4m。

本区属亚寒带大陆性季风气候，多年平均气温-0.5℃，年平均降水量为380.5mm，最大为549.9mm (2013年)。年降雪量为50mm，全年降水(雨和雪)日数为92～106天。年平均蒸发量为1 700mm，是降水量的4.5倍。年平均风速4.6m/s。年平均相对湿度为68%。

1.3水文地质单元

矿区内没有常年性河流，沟谷平时干涸，有部分第四系松散岩层中的孔隙水在低洼地带渗出，沿沟谷流出矿区，形成几条季节性河流。

矿区东侧为沟谷地带，南北两边山体中的地下水沿地层倾向向下运动，在沟谷地带溢出地表，形成基岩上升泉群。矿区北西侧沟谷地带有泉水出露。

本次勘查的叶蜡石矿矿体主要分布在山脊部位，矿区所处水文地质单元为基岩裂隙水补给、径流区。水文地质简图见右图。

1.4 地下水补给、径流、排泄条件

矿区位于大兴安岭南麓，植被发育，降雨量多，第四系孔隙水补给来源主要有两个方面：①大气降水直接入渗补给地下水；②附近地表水的侧向径流补给。

矿区水文地质简图

1.5 矿区水文地质条件

据简易水文地质钻孔静止水位及矿区周边民用井观测所得，水位埋深一般13.80～60.00m，地下水位标高为894.40m，最低开采标高900.00m，最低侵蚀基准面908.20m。矿体全部位于地下水位之上。

1.6矿坑涌水量估算

本矿区为露天开采，根据抽水试验得知，矿层内部及矿层顶板地层中地下水水量微弱，主要以大气降水涌水为主。雨季日平均涌水量370.20m3/d，日最大涌水量14 808.00m3/d。

1.7水文地质勘探类型划分

裂隙为矿区内含水层主要充水介质，中等富水性。含水层为裂隙充水的水文地质条件中等的矿床，即第二类。

2　工程地质

2.1岩(土)体质量评价

矿区岩体采用RQD分类法、岩体质量系数(Z)法及岩体质量指标(M)法对矿区岩体质量进行综合性半定量评价。

(1) 松散堆积残坡积物：在图幅中西部大面积出露、中东部出露于地势低洼地带，岩性主要为冲积、湖积、沼泽堆积淤泥和沙砾，风积、冲积砂土和残坡积砂砾，厚度＞52m。不整合于下伏各老地层之上。RQD值0～25%，岩体质量极劣。孔隙发育，遇水极易变形或坍塌，岩芯松散，是露天开采的主要剥离物。

(2) 粘土化叶蜡石化凝灰岩: 灰黄、灰绿色，凝灰结构，块状构造，岩石由火山碎屑和胶结物组成，火山碎屑含量30%～60%，胶结物含量40%～70%。火山碎屑由晶屑和少量岩屑组成，晶屑成分为钾长石、斜长石及少量黑云母，岩屑成分为硅质岩及泥质岩，胶结物为火山玻璃。

该层为矿层的直接顶板，平均RQD值72.78%，岩体质量等级为Ⅲ级，矿体中等完整，呈层状分布。岩体质量系数(Z)为0.53，岩体一般，属层状结构，结构面类型为Ⅱ1。岩体质量指标(M)为0.18，岩体类型Ⅲ级，岩体质量中等。根据以上三种方法得出该层岩体质量为中等，属半坚硬岩类。

(3) 叶蜡石片岩：本层主要分布在矿区中部，岩性主要为白色，灰绿—深绿色、淡青—淡粉色硅化粘土化叶蜡石化凝灰岩夹白色、黄白色，粉白色、淡青色叶蜡石片岩及紫红色、紫褐色硅化粘土化角砾凝灰岩，呈背斜产出。本层厚度＞121.84m。岩层产状：北倾岩层倾向5～17°，倾角28～38°，南倾岩层倾向115～219°，倾角34～57°，与上覆硅化粘土化角砾凝灰岩及硅化粘土化凝灰岩(J3mk2-3)及下伏硅化粘土化凝灰岩(J3mk2-1)均为整合接触。该层为本次工作的含矿层位。平均RQD值78.63%，岩体质量为Ⅱ级，岩体较完整。岩体质量系数(Z)为0.33，属薄层状结构，结构面类型为Ⅱ2。岩体质量指标(M)为0.11，岩体类型Ⅳ级，岩体质量较差。根据以上三种方法得出该层岩体质量较差，岩体呈薄层状构造，结构面类型为Ⅱ2。属软弱岩类，遇水易软化，岩体完整性较好。

(4) 硅化粘土化凝灰岩：为矿层底板，本层主要分布在矿区中偏北东部及南部，岩性主要为硅化粘土化角砾凝灰岩及硅化粘土化凝灰岩，呈背斜产出，本层厚度＞39.62m。岩层产状：北倾岩层倾向5～17°，倾角28～38°。南倾岩层倾向151～216°，倾角22～36°。与下伏硅化粘土化叶蜡石化凝灰岩及叶蜡石片岩(J3mk2-2)呈整合接触。RQD值为83.50%，岩体质量等级为Ⅱ级，岩体完整性较好。岩体质量系数(Z)为0.15，岩体一般，属块状结构，结构面类型为Ⅰ2。岩体质量指标(M)为0.07，岩体类型Ⅳ级，岩体质量差。根据以上三种方法得出该层岩体质量较差，属软弱岩类，岩芯完整性差。

2.2岩(土)体边坡稳定性评价

2.2.1 自然边坡现状

矿区构造较简单，岩层构造形态为一个紧闭型背斜，自然边坡角＜45°，自然边坡较稳定，滑动的可能性不大，但局部有崩塌现象。

2.2.2 边坡角的确定

根据矿区的工程地质条件，采用工程地质类比法和经验数据方法确定采矿场的边坡角(见表1)。

表1　采矿场边坡角确定

最终边坡角确定：建议中段坡高＜20m，直线型边坡，最终边坡角＜55°；中段坡高＞20m，二级阶梯型坡面，最终边坡角＜45°。

2.2.3 露天边坡稳定性评价

根据矿区地形地貌及矿体构造、围岩产状，该矿体为露天开采，岩层构造形态为一个紧闭型背斜。边坡稳定性分析见表2。

(1) 变形类型与模式：可能滑动面与边坡面及软弱夹层面斜交，局部岩体有松动、变形或崩塌的可能。

岩体强度：粘土化叶蜡石化凝灰岩76.11MPa、叶蜡石片岩44.25MPa、硅化粘土角砾凝灰岩化26.45MPa。

(2) 工作帮工程地质评价：边坡与软弱夹层和岩石反向外斜，结构面交线和边坡线倾向斜交、且内斜，倾角小于边坡角，岩体滑动的可能性较小，但在风化、雨水侵蚀及人工爆破作用下有松动、变形及局部崩塌的可能性，边坡较稳定。

(3) 北端帮工程地质评价：北端帮与软弱夹层和岩石反向外斜，结构面交线和边坡线倾向小角度斜交、且内斜，倾角小于边坡角，岩体滑动的可能性较小，但在风化、雨水侵蚀及人工爆破作用下有松动、变形及局部崩塌的可能性，端帮边坡较稳定。

表2　边坡稳定性分区评价

(4) 南端帮工程地质评价：南端帮与软弱夹层和岩石反向外斜，结构面交线和边坡线倾向小角度斜交、且内斜，倾角小于边坡角，岩体滑动的可能性较小，但在风化、雨水侵蚀及人工爆破作用下有松动、变形及局部崩塌的可能性，端帮边坡较稳定。

经分析可知，工作帮和端帮岩体结构类型虽然在整体上强度较高，变形特征上也接近于物质弹性各向同性体，但节理裂隙特别是风化裂隙发育密集且无序，边坡结构面组合关系复杂，在开采、风化及地表水冲刷作用下，边坡易变形，岩体易失稳，局部有滑动和崩落的可能性，但总体边坡较稳定。由于影响边坡稳定的因素还有很多，如地震、构造活动、开采爆破等，均可降低原有岩体的力学性质，改变原有边坡的平衡与稳定。开采过程中要注意观察边坡变形，预防局部岩体的崩落与滑动。

2.3工程地质勘探类型的划分

矿区工程地质勘查类型属于层状、块状岩类工程地质条件简单型，即第三—四类，第Ⅰ型，即工程地质简单型矿床[1]。

3　环境地质

3.1环境地质现状

(1) 原生地质环境。

矿区位于扎鲁特旗西北，大兴安岭南麓，为山区草原地貌，地势总体西部高东部低，山势近东西向展布，区内海拔最高1 100m，最低880m，相对高差最大220m，属中低山区。区内第四系覆盖严重，基岩出露较少。地貌形态以构造剥蚀及侵蚀堆积地貌为主，地形起伏较小，没有滑坡、泥石流等不良物理地质现象，主要以人工开采叶蜡石片岩所形成的危岩体为主要的地质灾害类型。地表水系较发育，矿区北西侧沟谷地带有多处地下水以泉的形式流出地表，形成多条小溪。植被发育良好，春季干燥多风，夏季温热多雨，早晚凉爽，秋季晴冷温差大，冬季严寒。矿区周边多为草原，无工业污染，地下水及地表水体清澈透明，环境优美。

(2) 地震。

矿区位于全国地震烈度分区6度区内，断裂活动性差，构造运动微弱，区域稳定性良好。据GB18306-2001《中国地震动峰值加速度参数区划图》[2]，矿区地震动峰值加速度为0.05、对照烈度为6度。

3.2环境地质预测及防治意见

3.2.1矿床开采环境地质预测

矿区工程地质条件简单，风化带和构造破碎带不发育，第四系覆盖层厚，矿区地下水、地表水水质很好，未受人类活动影响，为宜作各种用途的良好水源，水环境质量为Ⅰ级。

露天开采形成的废石(包括剥离土)和废弃的尾矿，会分解出部分有害组分，在降水淋滤作用下会产生轻度污染。矿坑排水量有限且是间断的，矿坑排水不会造成很严重的水体和土壤污染。疏干排水时不会引起地面塌陷沉降、山体开裂，危岩崩落、滑坡复活等不良物理地质现象，同时也不会影响当地居民生活用水和工农业用水。

叶蜡石矿山生产工艺过程简单，污染物质单一，排放量又很有限，即矿山开采后污染物排放量与矿区本身环境容量相比是很小的。所以，矿山开发对地质环境影响很小。

总之，矿床开采只会产生局部地表变形，对地质环境破坏不大；矿区内无重大污染源、无热害。地表水、地下水水质良好，矿坑排水对附近水体、土壤污染很小；矿石和废石分解的有害组分污染轻微，无其他环境地质隐患，属地质环境质量良好的类型区。

综上，矿区地质环境质量良好，属于第Ⅰ类[1]。

3.2.2矿床开采技术条件勘查类型划分

经综合分析，矿区内含水层充水介质以裂隙、断裂带为主，矿区北西侧沟谷地带为地下水排泄区，地表水系发育，矿层位于山脊部位为基岩裂隙水补给径流区。静止水位标高894.40m，矿坑最低开采标高900.00m，矿区北侧沟谷地带地形最低标高908. 20m，为矿区的最低侵蚀基准面，地形有利于自然排泄。水文地质勘探类型为水文地质条件中等的矿床；工程地质勘查类型属简单型，即第三—四类，第Ⅰ型；矿区地质环境条件为简单型，属于第Ⅰ类[1]。

矿床开采技术条件类型划分为：开采技术条件中等的以水文地质问题为主的矿床，即Ⅲ-1型[1]。

3.2.3防治建议

(1) 环境地质：要采取科学措施，防治结合，综合利用，以减轻对环境的污染。

(2) 开采过程中产生的废渣及松散物剥离体禁止向沟谷随意堆放，应专门选择平缓地带堆放；避免泥石流等地质灾害的发生。

(3) 工程地质：要注意避免第四系松散岩层在雨季饱水后形成滑动和崩塌；进一步查明露采边坡与结构面的组合关系，确定合理的边坡角。

(4) 水文地质：要注意防止第四系松散岩层及裂隙带在雨季饱水后，孔隙、裂隙水流入矿坑。

TD873.1

A

1007-9386(2016)03-0034-04

2016-01-25

[1]全国矿产储量委员会.GB12719-91 矿区水文地质工程地质勘探规范[S].北京:国家技术监督局发布,1991.

[2]中国地震局.GB18306-2001 中国地震动参数区划图[S].北京:国家技术监督局发布,2001.