广东省德庆县某金矿矿床开采技术条件研究

李健平

（广东省地质局第五地质大队，广东 肇庆 526020）

矿区详细调查勘探阶段的水工环地质工作主要是：对矿区进行水文地质调查与测绘、工程地质、环境地质调查工作，实现基本查明矿床的开采技术条件。查明矿床充水的主要含水层，及含水层水文地质参数；对矿体及其顶底板围岩的物理力学性质进行实验测试和研究，确定矿体与围岩岩体质量和主要不良工程地质层位，指出影响矿山安全生产开采的主要水文地质、工程地质和环境地质问题，为矿床初步技术经济评价、矿山总体建设规划和矿区勘探设计提供依据[1]。

1 水文地质

本矿区总体上位于区域上水文地质单元的补给区，局部位于排泄区，其中位于调查区中部的山间盆地，属水文地质单元排泄区；而位于区内西部和东部的丘陵山地，属水文地质单元的补给区。矿区最低侵蚀基准面位于区内中南部的河流河床一带，海拔标高约23.00m。

1.1 地下水类型及富水性

矿区地下水类型按赋存埋藏条件可划分为：松散岩类孔隙水和基岩风化裂隙水两种，其富水性特征如下：

（1）松散岩类孔隙水。主要分布于矿区的河流和溪沟两岸，山间盆地一带局部可见有分布。地下水主要赋存于岩性为含粘土细砂、粗砂和砂质亚粘土的孔隙中，总体属无压性。水位埋深0.15m～1.28m，标高23.53m～24.59m，平均标高24.06m。根据本次矿区施工钻孔揭露松散孔隙含水层底板埋深7.52m～57.65m，标高-14.16m～19.33m，平均标高6.58m，含水层厚0.38m～21.35m，平均厚度11.14m。据ZK1、ZK2抽水试验结果汇总计算可知：该含水层单位涌水量0.434～1.495L/（s·m），渗透系数1.295～15.411m/d，富水性中等～强。水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca型，pH值5.91～6.16，溶解性总固体0.122～0.128g/L。

（2）基岩风化裂隙水。赋存于震旦系坝里组和海西—印支期花岗岩风化裂隙中，岩性主要为石英千枚岩、中粒混合花岗岩，含水层厚度受控于岩石风化裂隙发育程度，其底板与岩石风化底界一致。地下水多为无压性，地下水水位和含水层顶板埋深0.5m～43.30m，标高12.97m～77.91m，平均标高28.90m，含水层底板埋深12.10m～100.76m，标高-33.04m～58.19m，平均标高5.08m，含水层厚度1.14m～56.65m，平均23.82m。据ZK1和ZK2钻孔抽水试验结果汇总计算可得：钻孔单位涌水量分别为0.043L/(s·m)、0.017L/(s·m）,渗透系数分别为0.479m/d、0.133m/d（见表2），富水性弱。水化学类型为HCO3-Na·Ca型，pH值5.84～6.97，溶解性总固体0.134～0.433g/L。

（3）隔水层。分布于地表浅部的全～强风化岩石、坡残积土，多呈土状，孔隙发育，多为粘土矿物充填闭合，透水性差，可视为相对隔水层；分布于地下深部的完整新鲜的基岩以及局部分布的新鲜完整的岩石，裂隙不发育，局部发育的裂隙多呈充填闭合状态，皆可视为相对隔水层。

2 工程地质

2.1 矿区工程地质岩组划分

根据野外地质观察、岩石力学实验测试等方法，将矿区岩土体划分为四种岩组，分别为松散岩组、破碎软岩组、较破碎较软岩组和较完整较坚硬～坚硬岩组。各岩组特征分述如下：

（1）松散岩组。广泛分布于矿区的平坦的山顶和坡角上，岩性以砂质粘性土与全风化岩石，呈可～硬塑状态，散体结构，厚度0.69m～29.39m，平均厚度6.93m，粘聚力（c）13.2kPa～51.0kPa，平均32.1kPa，内摩擦角（φ）3.6°～26.7°，平均14.3°，压缩系数（av）0.30～0.61MPa-1，平均0.44MPa-1；压缩模量（Es）3.57MPa～6.02MPa，平均4.51Mpa。

（2）破碎软岩组。主要分布于调查区岩体上部，主要由强风化花岗岩、强风化糜棱岩等组成，一般呈半岩半土状，厚度0.83m～29.81m，平均厚度9.46m，岩石饱和单轴抗压强度（Rc）1.8MPa～3.2MPa，平均2.4MPa，岩石质量指标（RQD）0%～5%，平均2%，岩石质量极劣的，岩体破碎，岩石等级为Ⅴ级，岩体质量指标（M）0.002，岩体质量坏，属Ⅴ类岩体。

（3）较破碎较软岩组。广泛分布于矿区岩体上部，主要由中风化花岗岩、中风化糜棱岩等组成，岩石饱和单轴抗压强度（Rc）11.7MPa～ 30.4MPa，平均19.55MPa，岩石质量指标（RQD）20%～76%，平均32%，岩石质量劣的，岩体完整性差，岩石等级为Ⅳ级，岩体质量指标（M）0.209，岩体质量中等，属Ⅲ类岩体。风化裂隙发育。

（4）较完整较坚硬～坚硬岩组。广泛分布于矿区各个层位，由微风化～新鲜花岗岩、新鲜的糜棱岩等组成，岩石饱和单轴抗压强度（Rc）48.6MPa～86.8MPa，平均60.83MPa，岩石质量指标（RQD）52%～99%，平均69%，岩石质量中等的，岩体中等完整，岩石等级为Ⅲ级，岩体质量指标（M）1.399，岩体质量良的，属Ⅱ类岩体。

表1 松散岩类孔隙水含水层渗透系数计算表

表2 裂隙潜水含水层渗透系数计算表

2.2 矿区工程岩体结构面分级及其特征

矿区内分布有变质岩、火山岩，又位于粤桂隆起区广宁～罗定褶断带内，加之受韧性剪切断裂带的影响，岩体的原生结构面、构造结构面和次生结构面发育，矿区内结构面可分为Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级三个等级的结构面，各级别结构面特征分述如下：

（1）Ⅱ级结构面。该结构面为矿区的主要断裂，多为北北东向断裂主要由F8断裂总体走向北北东23°，南段16°，北段26°，近似“S”形展布，出露长度大于1000m，可见宽度大于4m，产状倾向南东东，倾角70°～75°。该结构面对区内金矿化及金异常的分布起控制作用

（2）Ⅲ级结构面。该结构面为矿区内次一级断裂。在矿区内主要表现为：①南北向断裂，区内出露较大规模的南北向断裂，以F6为主，长度大于500m，宽3.6m～10m，延深大于350m，产状70°～220°∠70°～75°，切割破坏了区内金矿体，为成矿后构造，属张扭～压扭性断裂，性质为逆断层。②北西向断裂，主要有F2、F3、F4、F5断裂，呈北西向斜切工作区，总体走向310°，呈“S”型展布，倾向南西或北东，倾角70°～80°，长度200m～800m，宽度0.95m～8m，属张扭～压扭性控矿断裂，局部形成金矿(化)体。

（3）Ⅳ级结构面。该结构面是矿区内的节理、层理、片理和风化裂隙。矿区内岩石层理、片理主要发育于泥盆系老虎头组、志留系连滩组、奥陶系兰瓮组、寒武系八村群和震旦系坝里组的变质石英砂岩和石英千枚岩中。地表附近的风化裂隙较发育，对岩体的力学性质影响较大。

2.3 矿体及围岩稳固性评价

矿体赋存于碎裂的花岗质糜棱岩中，矿体厚度总体为东厚西薄，矿石多为碎裂结构，硅化、黄铁矿化蚀变强烈，裂隙发育，多为断层泥充填，遇水易软化，属碎裂结构的软弱岩层，稳固性差，开采时需进行支护。东侧矿体分布于糜棱岩带与F2断裂交汇部位，顶板为碎裂岩、碎裂岩化岩石，蚀变强，岩质软弱，裂隙发育，多为泥质充填，遇水易软化，井巷掘进或开采时可能发生垮帮、冒顶和坑道变形等工程地质问题，因此，开采掘进过程要留意顶底板岩性的改变，一旦发现可能会发生工程地质问题危险时，应及时采取支档措施（岩石破碎段应采用钢筋混凝土支护），确保采掘安全。底板为糜棱岩化花岗岩、弱绿泥石化岩石，为半坚硬～坚硬岩石，岩体较完整，稳固性好。

3 矿区环境地质

3.1 区域稳定性评价

矿区处于广东省肇庆市西南部，据当地多年监测记录可知，矿区附近区域未发生过强震，本区地震动峰值加速度为0.05g[根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2015）的划分]，为地震烈度Ⅵ度区，区域地壳稳定，地震对矿山开采一般影响不大。

3.2 岩 （矿）石放射性特征

本次采集的岩（矿）石放射性测定结果可知：围岩的IRa内照射指数为0.2～0.4，Iγ外照射指数为0.6～0.7，矿体的IRa内照射指数为0.4，Iγ外照射指数0.6，均符合A类装修装饰材料标准，矿山开采过程中放射性对工作人员及周边环境影响不大，矿石和废石成分较稳定，不易分解出有害物质，矿床开采除粉尘外，一般不会产生环境污染。

通过区域泉点、钻孔和民窿调查测定，区内地下水水温为18℃～21℃，属正常地下水温，矿区无地热异常。

3.3 水环境质量评价

矿区水环境质量评价方法为：地表水根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）进行评价，钻孔所采水样和泉水等地下水采用《地下水环境质量标准》（GB/T14848-2017）进行综合评价。

（1）地表水。河流和溪沟的水化学类型为HCO3—Ca型，pH值为7.14～8.85，溶解性总固体为0.075～0.078g/L。根据相关水域规划，矿区水环境质量评价执行Ⅲ类标准，实验结果表明，所采集的水样各项指标均符合标准要求，表明矿区所在区域的地表水体水环境质量总体较好。

（2）地下水。钻孔采集的基岩裂隙水化学样品，由试验结果可知：水化学类型为HCO3·SO4-Ca和HCO3—Ca型，pH值7.84～7.93，溶解性总固体含量0.223～0.268g/L，地下水质量为Ⅳ类至Ⅲ类。泉水所采集的水化学样品，由试验结果可知：水化学类型为HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca和SO4·HCO3-Ca·Mg型，pH值6.78～8.46，溶解性总固体含量0.039～0.083g/L。地下水质量属Ⅱ类至Ⅰ类。

3.4 环境地质问题预测

根据矿山所在的地质环境条件，考虑到矿山的开采类型、矿体的规模大小、矿石的组合成分以及矿体顶底板围岩的力学性质，预测本矿区未来矿山在建设和开采过程中，可能引发坑道坍塌、冒顶及片帮；地面塌陷；老窿突水和矿坑水污染等环境问题。

（1）坑道坍塌、冒顶及片帮。根据矿体形态和赋存特征，未来矿山采用地下坑道开采，区内构造破碎带较发育，使得矿体和围岩构造裂隙很发育，并且绿泥石化蚀变作用普遍，因此，在构造裂隙发育部位的岩石破碎，属于软弱岩，遇水易软化，使得岩石稳定性变差，在矿山开采坑道开拓到该层位时，容易出现坑道坍塌、冒顶及片帮等危及矿山安全生产的现象。所以在开采过程中必须采用合理的开采开拓方法，采取有效工程支护措施进行安全防护。

（2）地面塌陷。未来矿山开采会形成的范围较大地下采空区，如果采空区两侧围岩受外力挤压而未进行有效支护，可能引发采空区上部地面发生塌陷，矿山在开采建设时必须引起足够的重视，在矿山开采时应采取有效的工程措施进行防治，建议可采用充填法进行矿山开采，可有效防治采空区出现地面塌陷。

（3）老窿突水。目前矿区于矿体的上部存在以前民采形成的开采民窿，各民窿均不同程度存在地下采空区的问题，而且多未进行充填，因此在矿山开采区内存在老窿积水的现象，因此在设计建设开采矿山，设计建设地下开采坑道时，对老窿积水的问题必须引起足够的重视，为有效防止老窿积水对矿山开采造成突水事故等环境问题，可在开采前对老窿进行疏干排水。

（4）矿坑水污染。根据本次于矿区的钻孔采集的矿床地下水的水样化学分析结果，根据《地下水环境质量标准》（GB/T14848-2017）划分，水环境质量为Ⅳ类至Ⅲ类，根据《广东省水污染物排放限值》（DB44/26-2001），矿坑水的污染物基本控制在允许排放浓度之内，因此矿坑水排放总体当地的水环境影响不大。但矿石、围岩及夹石由于其含有黄铁矿、方铅矿等金属硫化物，受降雨淋滤及自然氧化作用，较易析出重金属对其下游的地表水体将可能造成污染。

4 结论

通过本次矿区水文地质测绘、钻孔简易水文观测、水文地质编录、工程地质编录、钻孔抽（放）水试验、地下水、地表水动态观测、岩（土）样及水样采集并试验等工作，基本查明了矿床的开采技术条件：矿床内地表水体较发育；主矿体位于当地侵蚀基准面以下，为基岩裂隙水直接充水矿床，富水性弱，矿床内发育构造破碎带富水性弱，但矿床上部的松散岩类孔隙潜水、风化裂隙潜水和地表河水会对矿床形成间接充水，地下水补给范围大，水文地质边界较复杂；矿床水文地质条件属中等。矿体主要赋存于糜棱岩带和构造破碎带中，围岩为花岗岩和糜棱岩，矿床上部岩石风化较强烈，风化层较厚且厚度变化大，构造裂隙发育地段的岩石较破碎，多属于软弱完整性差岩石，坑道开拓通过该部位时较易造成坍塌、掉块及片帮等。矿床中下部的微风化岩石及新鲜的基岩，以半坚硬完整性中等岩组～坚硬完整岩组为主，稳固性较好。综合矿床工程地质条件属中等。矿区区域地壳稳定，原生地表水和地下水水质较好，但矿山开采对周边地质环境会产生一定的影响，开采时可能出现老窿突水问题，并且矿区地表潜在发生地面塌陷、矿坑水污染地表水等矿山环境地质问题。综合矿区环境地质质量中等。

综上所述：矿床水文地质条件中等，矿床工程地质条件中等，矿区环境地质质量中等，开采技术条件属于兼有水文地质、工程地质和环境地质复合问题的中等的矿床（Ⅱ-4）。

5 建议

（1）根据收集的民窿资料，矿体东端民采最低标高已达-60.0m，老窿积水较严重，对未来开采地下坑道存在充水或突水影响的可能，矿山开采时应予重视，以避免造成突水和淹井事故。

（2）本矿床具中型规模，矿山生产建设需水量大，建议矿山对供水问题进行专门的水文地质勘查工作。

（3）由于矿体大部分位于侵蚀基准面以下，矿山开采坑道主要在当地侵蚀基准面之下开拓，应注意坑道开拓时可能遇到联通含水层的导水构造破碎带，预防出现透水和突水问题，必须做好矿坑水的抽排工作。

（4）矿体主要赋存于构造破碎带中，岩石的构造裂隙发育，岩石破碎，结构较松散，坑道开拓时会造成坍塌、掉块及片帮等不良工程地质现象，因此未来矿山开采生产时必须系统设计合理的坑道开拓及有效安全的支护措施，以保障采矿坑道的安全。

（5）矿山开采过程中产生的尾矿水和矿坑水，必须进行处理达标后才能排放，对开采过程中产生的废石（土），应选择合适排土场堆放，以免影响矿山开采及周边地质环境。

[1]国家技术监督局,矿区水文地质工程地质勘探规范，1991.