青海省格尔木市大干沟饰面大理石矿矿床开采技术条件浅析

摘要：本文浅析了青海省格尔木市大干沟饰面大理石矿矿床开采技术条件，从水文地质条件、工程地质条件、环境地质条件进行分析说明，并划分了矿床开采技术条件类型。

关键词：饰面大理石矿；露天开采；水文地质；工程地质；环境地质

1 矿区水文地质

1.1 地形地貌

矿区地处昆仑山脉北麓，总体地势中间高、南北两侧低，中间为走向近东～西的山脉，南北两侧则均为地形平缓的沟谷，矿区海拔3364～3529m，最大相对高差仅165m，为低中山区。

1.2 水文气象

矿区附近各主要河流均发源于多年冻土区，除昆仑河、雪水河、格尔木河等主要河段为常年性河流外，多数支流和其它河流均为季节性河流。昆仑河发源于昆仑山北麓，源头黑海，多年平均流量为12.308m3/s；雪水河主要为冰雪融水及地下水的汇集，多年平均流量为7.13m3/s；水泥厂上游1km处昆仑河和雪水河向下游汇合成格尔木河后注入达布逊湖，是昆仑山区注入柴达木盆地内陆水系中的第二条大河，是格尔木地区地下水、地表水的主要补给来源。

矿区属典型的高原大陆型气候，表现为寒冷、干旱、日照强、多风的气候特点。年最高气温25℃，年最低气温-20℃左右，年平均气温-2.9℃～5.5℃，每年10月至翌年4月为负温期，冬季漫长而寒冷；年降水量148.6～287.0mm，年蒸发量1469.80～1881.66mm；区内紫外线辐射强，日照时间长，光能资源丰富；常年风沙较大，盛行西北风。

1.3 含（隔）水层特征

裂隙不发育的基岩构成区内主要的隔水层，而含水层则主要有：

1、松散堆积物孔隙水：分布于矿区南北两侧沟谷中，主要由砂卵砾石、碎石等组成，厚度较大，分布面积较广，其孔隙率大，渗透性好，形成区内孔隙潜水含水层。该含水层接受大气降水的补给，同时接受周边山区地下水的侧向补给，富水性弱，地下水位埋深较大，主要在深部进行运移。

2、碳酸盐岩类裂隙-岩溶水：分布于矿区北部，主要由大理岩、灰质白云岩组成，岩石中发育有风化裂隙、构造裂隙及溶隙，形成碳酸盐岩类裂隙-岩溶水含水层。该含水层主要接受大气降水的补给，富水性不均匀。矿区内施工的3个45°斜孔在钻进过程中均未见涌水现象，但普遍存在漏水现象，可见该含水层水位埋深大，且地下水径流较畅。

3、基岩裂隙水：矿区南部大面积分布的砾岩、片岩及千枚岩中发育的节理裂隙为裂隙水的赋存和运移提供了空间条件，形成裂隙水含水层。该含水层主要接受大气降水的补给，受补给条件限制，含水层富水性弱，基岩裂隙水大部分经短距离径流后补给其它含水层，仅小部分沿有利入渗的地段向深部运移。

1.4 断层对矿床充水的影响

矿区南侧砾岩中分布有一逆断层，该断层呈仅东～西向延伸，断面倾向北，倾角60°左右，延伸长度大于1.5km，形成宽3～10m的破碎带。断层附近未见地下水出露，且距资源量估算范围有较远距离，故对矿体开采不会产生大的影响。

1.5 矿坑汇水量预测

矿区内矿体位于地下水水位之上，未来开采也不易形成封闭洼地形，地形有利于自然排水。矿山开采方式为露天开采，大气降水为矿坑的主要充水水源。露采区总汇水面积（F）约0.8km2，日最大降水量（H）为19.1mm，入渗系数（α）取值0.2，则矿坑最大日汇水量（Q）约为1.22万m3/d，可见矿坑本身汇水量均较小，不会对矿山开采构成危害。

矿区内存在的一定量的地下水径流量和静储量，为矿坑开采后期的正常涌水量，水量小，影响不大。

2 矿区工程地质

2.1 矿区工程地质特征

1、工程地质岩组

矿区内工程地质岩组主要有：

①软弱松散状堆积物：分布于矿区沟谷中或地形平缓处，主要由冲洪积砂砾卵石、残坡积碎石与风积粉砂土组成，沟谷中厚度较大，而山坡上一般厚0～2m，呈松散状，物理力学性质差。因在开采范围内分布面积有限且厚度较小，开采时可先将其进行剥离，对矿山开采无大的影响。

②半坚硬块状灰色大理岩岩组：仅在矿区中部有小面积分布，呈块状构造，表层弱风化，其饱和单轴抗压强度为31.75～44.34MPa，平均為39.77MPa，干燥状态下，单轴抗压强度为46.19～73.06MPa，平均为56.37MPa，软化系数0.59～0.89，根据ZK101的统计数据，平均RQD值为61.9%，岩体质量指标（M）为0.08。可见岩石质量中等，岩体完整性为中等完整，岩体质量差。

③半坚硬～坚硬块状灰白色大理岩岩组：在矿区北部大面积分布，呈块状构造，表层弱风化，其饱和单轴抗压强度为54.71～60.61MPa，平均为57.60MPa，干燥状态下，单轴抗压强度为66.72～78.86MPa，平均为70.69MPa，平均RQD值为78.5%，岩体质量指标（M）为0.15。可见岩石质量好，岩体完整性为较完整，岩体质量中等。

④半坚硬～坚硬层状砾岩、片岩岩组：在矿区南部大面积分布，普查工作区范围内仅见片岩分布，受风化影响，表层破碎，其饱和单轴抗压强度为36.82～77.15MPa，平均为56.99MPa，干燥状态下，单轴抗压强度为72.78～97.88MPa，平均为85.33Pa，抗剪强度为12.49～14.98MPa，平均为13.74MPa，内摩擦角为29.01～32.31°，平均RQD值为30.4%，岩体质量指标（M）为0.06。可见岩石质量劣，岩体完整性差，岩体质量差。

⑤坚硬块状灰质白云岩岩组：仅在矿区中部有小面积分布，呈块状构造，表层弱风化。其饱和单轴抗压强度为68.37～86.97MPa，平均为77.67MPa，干燥状态下，单轴抗压强度为95.33～97.69MPa，平均为96.51MPa，抗剪强度为5.35～10.92MPa，平均为8.14MPa，内摩擦角为47.32～51.98°。

2、构造、结构面

矿区所处大地构造位置为东昆仑南坡俯冲碰撞杂岩带，构造线总体呈近东～西向。

①矿区内未见褶皱构造。

②矿区南部发育有1条逆断层，呈近东～西向延伸，延伸长度约1.5km，向东延伸出矿区外，向西被第四系覆盖。断层断面倾向北，倾角60°左右，形成有宽3～10m的断层破碎带。因该断层距饰面石材矿开采范围具较远距离，故对饰面石材矿开采影响不大。

③发育于大理岩、灰质白云岩中的节理裂隙构成矿区Ⅳ级结构面，主要有3组：5～13°∠62～76°、55～68°∠41～54°与207～214°∠46～52°，节理贯通性均较差，局部地段节理与节理交错成“X”状。节理裂隙破坏了岩体的完整程度，使岩石力学性能降低，影响岩体的局部稳定性。

2.2 工程地质评价

矿山开采方式为露天开采，未来将形成东边坡、北边坡、西边坡与南边坡四个边坡，各边坡最终边坡角均为60°。

1、东边坡的稳定性

边坡坡向276°，最大高度仅38m，边坡受力岩组主要为半坚硬～坚硬块状灰白色大理岩，局部为半坚硬块状灰色大理岩。该边坡不易受节理裂隙的影响，但块状灰色大理岩在雨季期间受雨水浸泡后，其稳固性将会有所降低，影响边坡局部稳定性。

2、北边坡的稳定性

边坡最大高度约52m，边坡受力岩组主要为半坚硬～坚硬块状灰白色大理岩，局部为半坚硬块状灰色大理岩。边坡坡向179～194°，与207～214°∠46～52°节理组倾向相近，且节理倾角小于边坡坡角，岩体可能沿该组节理面滑塌，影响边坡稳定性。块状灰色大理岩在雨季期间受雨水浸泡后，其稳固性将会有所降低，也会影响边坡的局部稳定性。0线附近，该边坡的稳定性还易受节理裂隙密集带的影响。

3、西边坡的稳定性

边坡坡向96°，最大高度仅31m，由半坚硬～坚硬块状灰白色大理岩构成边坡受力岩组。因边坡坡向与55～68°∠41～54°节理组倾向相近，且节理倾角小于边坡坡角，岩体可能沿该组节理面滑塌，影响边坡局部稳定性。

4、南边坡的稳定性

边坡最大高度可达82m左右，由半坚硬～坚硬块状灰白色大理岩构成边坡受力岩组。边坡坡向1～10°，与5～13°∠62～76°节理组倾向、灰白色大理岩岩层倾向相近，但因节理倾角、岩层倾角均大于边坡坡角，岩体不易沿节理面或岩层面滑塌，不会影响边坡稳定性。

综上，矿山开采最终形成的边坡高度局部较大，尽管设计的最终边坡角较缓，但因受节理裂隙及受力层自身力学性质的影响，局部边坡仍不易保持稳定，故在未来开采过程中，应严格控制开采台段高度及台段边坡角，同时在开采过程中需密切关注岩体稳定性，对于失稳岩体应及时清除。

3 矿区环境地质

3.1 区域稳定性评价

区域地处柴达木～阿尔金地震带与巴颜喀拉山地震带之间，受喜马拉雅造山运动的影响，新构造运动十分强烈，深大活动性断裂规模大，地震活动不但频繁，而且强度大，是破壞性地震的多发地区。

根据GB18306-2015《中国地震动峰值加速度区划图》和《中国地震动加速度反应谱特征周期区划图》，矿区一带的地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相应的地震烈度为Ⅶ度。

3.2 矿山开采对地质环境的影响

矿区位于低中山区，基岩多裸露，山高坡陡，局部形成有危岩体，发生崩落的可能性较大，除此之外，矿区内未见滑坡体分布，亦无形成泥石流的可能。

矿区处于水文地质单元补给～径流区，矿区及其附近未见地下水出露，附近地表水水质较好，矿区附近无污染源，矿石和废土石均不易分解出有害组分，仅会因机器油料的使用对水体产生轻度污染。

矿区沟谷中及山坡平缓处生长有少量灌木丛，生态环境脆弱，未来开采过程中应采取措施尽量减小对周围植被的破坏，并做好复垦工作。

矿山开采将产生不同程度的环境破坏，在局部地段引起崩落、垮塌，破坏原始自然景观；另外，在采矿过程中会产生一定量的废土石，这些废土石应尽量综合利用或者合理堆放，严禁盲目堆放。同时矿山生产过程中，易产生大量粉尘，应定期对矿山道路等进行洒水，以达到降尘目的，减小粉尘污染。

4 开采技术条件小结

矿区内主要矿体位于当地侵蚀基准面以上，矿床主要充水含水层富水性弱，矿山开采后不会凹陷地形，地形有利于自然排水，水文地质条件简单。

矿区内地层岩性较复杂，地质构造不发育，岩体结构以块状结构为主，但受节理裂隙影响及受力层自身力学性质的影响，局部边坡仍不易保持稳定，可能发生矿山工程地质问题，工程地质条件属中等型。

矿区地质环境质量良好，矿区附近无污染源，地表水水质良好，矿石和废石不易分解出有害组分，矿山开采仅会在局部地段引起崩落、垮塌等环境地质问题，而不易引发地面塌陷、滑坡等不良地质现象。

矿床开采技术条件类型划分为以工程地质问题为主的矿床，即Ⅱ-2型（水文地质条件简单、工程地质条件中等、地质环境质量良好型）。

参考文献：

[1]蒋炳丰，王海宁.青海省格尔木市大干沟饰面大理石矿详查报告[R].2018.

[2]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.

[3]中国地震局.GB18306-2015中国地震动参数区划图[S].北京：国家技术监督局发布，2015.