辽宁省桓仁县穷棒子沟钼矿床开采技术条件分析

王国君

（辽宁省有色地质勘查总院有限责任公司，沈阳，110013）

穷棒子沟钼矿床位于辽宁省桓仁满族自治县境内，北距桓仁铜锌矿床5km。矿区位于中生代火山岩区，长白山余脉东南延伸部分，地形总体上北、东部山势高，西南部地形较低，地形切割强烈，起伏变化较大，沟谷发育，地形较陡。地貌属于丘陵-低山区。区内最高山峰（影壁山）海拔700.1m，最低侵蚀基准面230m（漏河），矿床开拓底面标高为160m。年均降水量895mm，多集中于七、八月份，年均气温6.2℃，属温带大陆性湿润季风气候。区内水系发育呈树干支状，小溪常年流水，水自北东向南西流，至沙尖子乡漏河汇入浑江水域。该矿床尚属待开采阶段，本文通过对矿区水文、工程、环境地质条件的分析，查明矿床的充水因素、预测涌水量大小、矿体顶底板稳定性等，为矿山资源开发利用提供参考。

1 矿区地质条件

矿区区域上位于华北克拉通北缘东西向太子河—浑江古凹陷东段，更次一级构造单元是桓仁古凸起与太子河古凹陷的镶嵌处[1]。

矿区内地层主要为下白垩统小岭组下段（K1xl1）火山岩，其为一套陆相火山岩及火山碎屑岩建造。主要岩性为角闪安山岩、安山岩、安山质凝灰角砾（熔）岩、安山质岩屑晶屑凝灰岩等。

区内构造发育，钼矿床受控于火山口环形构造，表现特征地貌为负地形，火山口被次生石英岩化流纹斑岩所充填，其岩石发育有火山角砾状构造，研究认为是火山震碎作用所致。围绕流纹斑岩周边断裂构造十分发育，在火山口东部发育有弧形酸碱性岩脉，说明该火山口周围有弧形断裂构造存在。

矿区岩浆岩分布较少，主要表现为少量酸、碱性脉岩和几处小规模的正长闪长岩侵入体。

钼矿体主要受控于火山机构环状构造裂隙，钼矿体赋存于次生石英岩流纹斑岩体与安山岩的内外接触部，产状为内倾，倾角85°，其形态呈同心环状分布（图1）。矿体赋存标高为10～230m，矿床类型为斑岩型。

图1 穷棒子沟钼矿床160米中段地质平面图

2 矿区水文地质条件

2.1 矿区地下水含水层

矿区内主要含水层为第四系冲积松散层孔隙含水层、基岩裂隙含水带和构造裂隙含水带。

（1）第四系松散层孔隙含水层

第四系松散层主要分布在穷棒子沟前缘冲沟、河谷两侧，由冲积层、残积层卵砾石、砂砾、碎石土等组成。砾石成分较杂，粒度不均，多呈圆状、浑圆状、棱角状等，厚度为0.5～8.0m左右。补给主要为大气降水，为季节性潜水含水层出现。

（2）基岩裂隙含水带

基岩裂隙含水带分为火山喷出岩和侵入岩两类裂隙含水带。火山喷出岩主要含水岩性由安山岩、安山质凝灰角砾熔岩及玄武岩风化裂隙含水带及裂隙含水带组成。侵入岩主要含水岩性有黑云母正长闪长岩、流纹斑岩，脉岩类型有流纹斑岩、石英正长斑岩、闪长玢岩、煌斑岩等。

基岩构造风化裂隙较发育，风化带厚10～12米。该层构造风化裂隙较发育，但因所处位置较高，天然排水条件较好，不利于地表水及地下水汇集和储存，因此富水性较差，属弱含水层。坑道排水观测资料显示，出水量为24.28m3/d（0.28L/s），为弱富水性。水质全分析结果为：地下水PH值7.10～7.20，属弱碱性水；总硬度2.10～2.50mmo/L，属软水；矿化度94.20mmo/L，属淡水；水化学类型为重碳酸硫化钾钠钙镁型水。从长期抽水资料看（表1），地下水位受季节影响较大，雨季水量增大，接受大气降水及地表水补给，地下水沿基岩裂隙径流，遇低洼处以渗流形式排泄，富水性与岩层裂隙发育程度相关。

（3）构造裂隙含水带

区内构造裂隙较发育，主要分为NE和NW向两组：①NE向裂隙走向10°～60°、倾向SE～NW、倾角 49°～79°；②NW向裂隙走向280°～355°、倾向SW～NE、倾角 22°～85°。这些裂隙大部分被石英细脉充填，致使裂隙含水率低。测得坑道涌水量为0.015～0.28L/s，日涌水量为1.17～14.58m3/d，单位流量为0.001～0.002L/s.m，以上数据表明该含水层富水性弱。

2.2 隔水层

根据已有坑道观察，岩石多为干燥，坚硬完整，裂隙节理不发育，是相对的隔水层，局部北东向构造有小的滴水现象，坑内所见含水现象均为构造裂隙中含的少量水。矿床内各矿体及上、下盘围岩为安山熔岩、次生石英流纹斑岩，岩石中不含水或微含水，属不透水岩层。定为隔水层。

2.3 地表水特征

矿区内山高，地形切割强烈，起伏变化较大，沟谷地表水系发育，各沟谷的地表水汇入漏河流入浑江水域。根据水文地质调查，各沟水沿松散层岩石接触部裂隙和残坡积层流出地表。通过对下降泉的观测，流量为0.014～0.022L/S，日涌水量为1.21～1.90m3/d，地表水流量随季节性变化。

表1 穷棒子沟矿区2007年坑道排水流量观测统计表

地表水主要靠大气降水补给和少量岩石风化裂隙水汇聚而成，由于受降雨量集中、地形坡度较大等因素影响，降水多形成地表径流排走，少量渗入地下成为基岩风化裂隙水的补给源。潜水水位随季节变化明显，一般降雨后3-5天地下水位开始抬高。潜水排泄途径为：一是以季节泉的形式排道沟谷低洼处呈溪水流；二是以高水位向低水位排沟谷低洼处汇聚到小溪流到漏河。

矿区内穷棒子沟小溪水量约57.45m3，钼矿床西部边缘漏河水域流量约1267.24m3。

由于本矿区岩体厚度较大，开采标高低，地表水对矿床充水影响不大，有少量水通过基岩风化裂隙、成岩裂隙渗透赋存空间及矿井，使坑道涌水量增大，在今后的工作中应加强矿区的水文地质工作。

2.4 矿床充水因素分析

钼矿体围岩主要为安山岩、次生石英岩，岩石坚硬完整，裂隙不发育，含水量很小，是相对的隔水层。矿区内构造裂隙含水带的特点是构造裂隙多属于闭合裂隙，虽出水点多，但水量不大，未直接与地表水和第四系孔隙潜水沟通，属弱富水性。根据矿区现状及地质、水文地质条件等情况认为，构造裂隙水为矿床的直接充水因素。大气降水对矿床充水影响很大，是矿床的主要充水因素。大气降水受季节变化明显，对地下水位影响较大，降雨后水位快速上升，随后水位逐渐下降。另外，地表水体渗透补给基岩裂隙水也是矿床间接的充水因素。

2.5 矿坑涌水量预测[2]

矿坑涌水量预测利用坑道的实际排水观测资料，建立对应的方程式来计算设计矿坑的涌水量。本矿区坑道采用1中段进行探采，为160m中段。

本次采用单位涌水量法：

已知160m中段现有矿坑的开采面积为F0=1500m2，水位降深为S0=70.00m（漏河最低基准面），涌水量为Q0=5.00m3/h（现有最大涌水量），求矿坑单位面积单位降深涌水量q0，即：

q0=Q0/F0×S0=5.00/1500×70.00=0.23m3/h·m

设计开采面积为F1=50000m2；水位降深S1=70.00m，时坑道涌水量Q1即：

Q1=Q0×（F1× S1/F0×S0）1/2=5.0 0×（50000.00×70.00/1500.00×70.00）1/2=28.87 m3/h

如160m中段坑道设计开采面积为50000m2，水位降深为70.00m（现有坑道底面标高）时，坑道每小时涌水量为28.87m3/h。枯水季节每小时涌水量为14.0m3/h。

3 矿山工程地质评价及防治措施

3.1 矿山工程地质评价

根据岩石物理力学性质，矿区岩体划分为第四系松散岩类和坚硬半坚硬岩类。第四系松散岩类多分布于山的前缘冲沟、河谷两侧地带。坚硬半坚硬岩类分为强风化岩、火山喷出岩、侵入岩，其中强风化岩分布在丘陵边缘及山坡地带，工程力学性质差；火山喷出岩、侵入岩均为硬质岩石，岩石较完整，岩石强度较高（表2）。其中，安山岩的层底深度为10～100m，安山质凝灰角砾熔岩、黑云母正长闪长岩、流纹斑岩等的层底深度为100～300m。通过对区内典型钻孔岩芯RQD质量观测，以及对相关岩芯段进行岩石物理力学性质室内试验，系列数据分析表明（表3），区内自上至下岩石总体为较硬质岩或硬质岩，且为厚层块状结构，岩石以较完整为主，局部为中等完整，岩石工程地质条件为良好或中等类型。矿体顶底板围岩为安山岩及次生石英岩，围岩具较高强度，岩体稳定，工程性质较好。

表2 穷棒子沟矿区典型岩心样物理力学性质一览表

表3 穷棒子沟矿区工程岩组层位划分情况一览表

3.2 矿床开采地质问题防治措施[3]

矿区出露地层全部为中生代白垩系小岭组火山岩，钻探、坑道工程施工表明，岩石强度较高，岩石稳定性好。矿区表层风化岩中节理裂隙发育，在矿山建设开挖过程中形成的不稳定面是产生滑坡的主要因素，在基建施工中要重点对易产生滑坡的区段进行监测，做好防范、排险工作。矿山在井巷开采时，需注意断层破碎带坍塌、片帮以及地表水渗漏产生突水现象，采掘时加强井巷支护，采用护壁等有效保护措施，保证采矿的安全进行。

4 环境地质条件

4.1 地震及地质灾害评价

根据国家标准《中国地震震动参数区规划图》（GB18306-2015），矿区所处本溪地区地震抗震设防烈度为Ⅵ度，地震峰值加速度为0.05g。设计地震分组为第一组，该区尚未发生地震，区域稳定性良好。

矿区位于漏河分支水系上游的分水岭处，地表植被发育，居民稀少。现状条件下不具产生滑坡、泥石流、崩塌、陷落等条件，地质灾害弱发育。区内暂没有人工污染源存在，自然环境地质条件优良。

4.2 矿山开采对生态环境的影响

本矿床钼矿体厚度较大，呈层、脉状产出，适宜井巷开采的方式。采矿对矿区环境的影响主要表现在矿坑疏干排水造成地面塌陷、泉水枯竭和区域地下水位下降；地面开挖、地下采掘易引起崩塌、滑坡、地面开裂与沉陷等；选矿产生的尾矿、尾水中存在有害化学成份需无害化处理，若处理不当，会污染环境，危害生态[4]。

4.3 减少矿山生态环境不良影响的建议

矿山为拟建设中，选矿厂、尾矿库、沉淀池、废石场等应建在合理部位，否则会导致矿区水文和环境地质条件复杂化。 矿山开发利用时应严格执行开采技术相关规范，采用先进的采、选矿技术，以最大幅度降低采、选矿过程对环境带来的影响。同时，应改善坑道通风措施，合理布局防洪系统。矿山开采过程中产生的工业和生活污水以及废气、废渣必须通过物理、化学方法处理达到环保标准后方可排放，并制定严格的监管和控制措施，使资源开发与环境保护协调发展。

5 结论

穷棒子沟矿区钼矿体赋存于当地侵蚀基准面以下，矿体所处岩层富水性弱，钼矿床以构造裂隙充水为主；矿床顶底板围岩主要为坚硬岩石，岩体稳定性好，工程地质条件良好；环境地质条件良好，属简单类型。基于上述分析研究认为，矿区水文地质、工程地质、环境地质属于简单—中等类型，矿床开采条件属复合问题型（Ⅱ-4），矿山生产过程中需加强对矿区水文地质、工程地质、环境地质的监测。