东沟钼矿外围多金属矿床开采技术条件分析——以绿竹坪铅锌矿床为例

马 玲,韩建涛，底楷潮，张 烨

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院,河南 郑州 451464)

0 引 言

豫西南外方山山脉北麓汝阳南部钼铅锌银矿田是河南省内多金属矿产资源的主要产地之一。半个多世纪以来，国家在基础地质和地质矿产勘查方面均投入了巨资及大量工作。通过广大地质工作者长期的艰苦努力，矿田内取得的地质矿产成果硕果累累，为河南省国民经济以及地方经济的提升和发展发挥了重要作用。其中东沟钼矿外围的绿竹坪铅锌矿床是矿田内已经详查探明的岩浆期后热液充填的构造蚀变岩型铅锌矿床[1]。该矿床位于东沟钼矿紧邻北部外围，研究、分析该矿床的矿山开采技术条件是矿床勘查与评价的一个重要方面。

1 大地构造与区域成矿地质背景

该区位于华北板块向扬子板块的仰冲带上。中元古代晋宁期随着华北板块和扬子板块的逐步分离，东秦岭开始出现大陆裂谷环境，幔源拉斑玄武岩浆沿深大断裂上侵，随着裂谷规模的加大变宽，东秦岭形成上千千米的火山岛弧型的熔透式火山喷发，这就是规模宏大的中元古界熊耳群火山岩系。至中生代白垩纪形成了东沟钼矿，熊耳群火山岩不仅是东沟钼矿的直接赋矿围岩，也是东沟钼矿外围地区所有脉状铅锌矿的间接性赋矿围岩。该区地层分区属华北区(I)豫西分区(I2)熊耳山小区(I21)，区域上主要出露中元古界长城系熊耳群鸡蛋坪组、马家河组、许山组火山岩系[2]。区域构造方面属于华北地台南缘隆起区与台缘坳陷区之间的过渡地带。区域上以断裂构造为主，褶皱构造不发育。区域内生金属矿产主要有铅、锌、钼等。绿竹坪矿区位于东沟特大型钼矿床的紧邻外围(图1)，与王坪西沟大型铅锌矿床、老代仗沟、西灶沟及裂子山3个中型铅锌矿床共同构成汝阳南部钼铅锌多金属矿田[3]。

2 矿区地质

2.1 地 层

主要出露中元古界长城系熊耳群鸡蛋坪组(Pt21j)一段、二段火山岩。地层总体走向北西—南东向，倾向130°～185°(拔菜坪背斜北翼西北角岩层倾向变为290°～330°)，倾角8°～33°。出露主要为鸡蛋坪组一段和二段火山岩组合。岩性为英安岩、杏仁状安山岩、安山岩和少量凝灰岩；鸡蛋坪组二段主要分布于矿区西南部，岩性主要为玄武安山岩和英安岩。

2.2 侵入岩

侵入岩体(脉)的形成时间主要有2期，即王屋山晚期形成的石英二长岩体、闪长岩岩体和中生代燕山晚期形成的细粒花岗岩、正长斑岩、石英脉等。

图1 区域地质矿产略图

1—第四系全新统；2—熊耳群马家河组；3——熊耳群鸡蛋坪组；4—熊耳群许山组；5—燕山晚期花岗岩；6—石英闪长岩；7—石英二长岩；8—地层岩体界线；9—压性断层；10—压扭性断层；11—铅锌矿化点；12—中型铅锌矿床；13—大型铅锌矿床；14—大型钼矿床

2.3 断 裂

断裂主要为东西、近东西向和北东向断裂，少量北西向断裂。近东西向矿化蚀变破碎带为区内主要容矿断裂构造，规模较大者有十余条，近平行排列，主要分布于泉水沟矿段和绿竹坪矿段，在区内长1 300～2 200 m，最长可达3 900余米(LP1)，宽1～10 m，最宽可达40余米，倾向一般为330°～15°，局部地段南倾，倾角60°～87°，局部直立(图2)。

图2 绿竹坪矿区地质图

1—新近系；2—鸡蛋坪组三段；3—鸡蛋坪组二段；4—鸡蛋坪组一段；5—中元古界熊耳群许山组；6—安山岩；7—英安岩；8—凝灰炭；9—石英二长岩；10—闪长岩；11—细粒花岗岩；12—安山斑岩；13—正长斑岩；14—矿山破碎带及及编号；15—断层产状及编号

3 矿床开采技术条件

3.1 勘查内容

在对绿竹坪铅锌矿床进行地质详查的同时，同步开展了水文地质、工程地质的详查工作，其任务是基本查明矿区水文地质工程地质条件、矿床充水因素，指出供水水源方向，对坑道顶底板岩石稳固性及影响矿床开采的主要工程地质问题作出评价，确定矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查类型，预测矿床开采可能引起的主要环境地质问题，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[4]。

3.2 水文地质特征

3.2.1 气象、地貌及地表水特征

3.2.1.1 气象要素

本区属大陆性气候，年降水量406.4～995.5 mm，年降水日数77～109 d；日最大降水量109.2 mm(1994年6月8日)，年蒸发量1 393.0～1 885.9 mm；年平均气温13.9～15.3 ℃，最高气温39.8 ℃(2002年)，最低气温-12.5 ℃(1997年)。降水多集中在6、7、8月份。

3.2.1.2 地貌形态

矿区位于汝阳县绿竹坪村、拔菜坪村及上庄村。地势总体上为北高南低，东西高、中部低，相对最大高差515.00 m。沟谷多被第四系松散层覆盖，低山丘陵基岩裸露，岩性为英安岩、安山岩、石英二长闪长岩和花岗岩等。最高处位于矿区西南部，标高1 106.80 m，最低处位于矿区东端，标高591.80 m，为矿区最低侵蚀基准面标高。

3.2.1.3 地表水

矿区内主要地表水为沟溪水，沟溪水流量一般5.00～20.55 L/s，枯水期流量明显减小，丰水期流量明显增大，最大可达800.00 L/s，受季节影响比较明显。沟溪水流量无论大小，但常年有水，说明沟溪水接受地下潜水的侧向径流补给[5]。根据水质分析化验资料，水质类型为HCO3·SO4-Ca·Na型，矿化度243.75～276.43 mg/L。绿竹坪矿区面积22.05 km2，分为3个矿段，分别为绿竹坪矿段、泉水沟矿段和土桥沟矿段。绿竹坪矿段以黄沙岭和西大洼为分水岭，沟溪水流向分别向北和向东流动；泉水沟矿段以西马槽村西和五羊垛为分水岭，沟溪水流向分别向北东和北西向流动；土桥沟矿段沟溪水流向总体上向西流动。

3.2.2 含水层和隔水层

3.2.2.1 新近系坡积物松散层孔隙水含水层及基岩风化裂隙水含水层

新近系坡积物松散层孔隙水含水层与基岩风化裂隙水含水层之间无隔水岩层存在，在沟谷内多组成统一的地下潜水，在山坡上局部可形成上层滞水。富水性一般沟谷处高于山坡，河流下游高于上游[6]。水位埋深一般2.30～70.00 m(为终孔稳定水位观测值)，与地形变化基本一致。根据邻区东沟钼矿简易抽水试验，民井涌水量0.018～0.027 L/s，单位涌水量0.010～0.017 L/m.s，水质类型为HCO3·SO4-Ca型，矿化度184.00 mg/L。

第四系坡积物松散层孔隙水含水层：分布于沟谷和山间小盆地中，岩性为粘质砂土、砂质粘土及砂砾石，厚度1.00～15.00 m，富水性弱。直接接受大气降水补给。

基岩风化裂隙含水层：矿区内大面积出露。分布于矿区安山岩、英安岩和石英二长闪长岩等的风化裂隙中，风化裂隙发育深度，一般为3.44～64.44 m，平均29.10 m，风化程度由浅至深降低，裂隙水含水层的富水性亦降低。富水性弱。

3.2.2.2 地质构造破碎带弱脉状裂隙水含水层

脉状裂隙水是指埋藏于构造破碎带中的地下水。它常沿破碎带及其两侧裂隙发育带呈脉状延伸展布，具有方向性。含水带的长度和深度远远大于宽度。矿区地质构造破碎带弱脉状裂隙水含水层的含水性极不稳定，差异性很大。构造破碎带岩性中的硅化碎裂岩和硅化角砾岩，裂隙虽然发育，但多为闭裂隙和隐裂隙，所以富水性极弱或不含水；具碳酸盐化、绿泥石化和碳酸盐细脉发育的碎裂岩和角砾岩，岩石大多破碎，富水性会明显增强。从坑道内可以明显观察到，碳酸盐化强、裂隙比较发育的碎裂岩和角砾岩，就会出现滴水、淋水或潮湿现象，并易发生冒顶和片帮等工程地质问题[7]。硅化、绢英岩化强的碎裂岩和角砾岩，坑道的顶和壁一般是干燥的。

3.2.2.3 基岩隔水层

安山岩、英安岩和石英二长闪长岩等岩性的风化裂隙发育段以下，岩石致密坚硬，岩体比较完整，富水性极弱，可视为隔水层。

3.2.3 地下水的补给、径流、排泄条件

矿区内地下水以大气降水为主要补给来源，大气降水通过各类岩石的裂隙、孔隙、断裂破碎带渗入地下，在不同的地质构造及地形、地貌条件控制下，进行垂直或水平位移，在深切沟谷处部分地下水以泉的形式排泄。地下水与地表水的分水岭基本一致，以垂直补给为主，径流途径短，向沟谷和河流排泄。

3.2.4 矿床水文地质特征

工业矿体绝大部分在风化带以下，矿石赋存于地质构造破碎带碎裂岩和角砾岩等岩石中。根据上述含(隔)水岩组的论述，地质构造破碎带属弱脉状裂隙水含水层。因此，矿床充水直接水源为弱脉状裂隙水。矿区内6个漏水钻孔，其中，4个钻孔在地质构造破碎带碎裂岩中漏水，2个钻孔地质构造破碎带边缘的英安岩和石英二长岩中漏水，漏失量小，属轻微漏水，富水性极弱。

3.2.4.1 矿床充水因素

(1)构造破碎带对矿床充水的影响：地质构造破碎带为弱脉状裂隙水含水层，透水性极差，富水性极弱。赋存于地质构造破碎带碎裂岩和角砾岩等岩石中的矿体，绝大部分位于当地最低侵蚀基准面以上，与地表水体联系不密切。根据老硐调查，老硐水涌水量一般小于3.00 t/h。因此，在正常情况下，对矿床充水影响小。在连续降雨时，老硐水涌水量会明显增大，这是因为大气降水沿构造破碎带下渗造成的。因此，降雨时应加大矿井排水力度，做到安全生产。

(2)地表水对矿床充水的影响：矿区内主要地表水为沟溪水。赋存于地质构造破碎带碎裂岩和角砾岩等岩石中的矿体，绝大部分位于当地最低侵蚀基准面以上，矿体围岩为厚层的安山岩、英安岩和石英二长闪长岩等岩石，在自然状态下透水性弱，可视为隔水层，并且矿体多位于地表水体以上，故地表水对矿床充水的影响不大。

(3)新近系坡积物松散层孔隙水及基岩风化裂隙水对矿床充水的影响：新近系坡积物松散层孔隙水含水层与基岩风化裂隙水含水层之间无隔水岩层存在，二者组成统一的地下潜水。在自然状态下，地下潜水补给河水，补给形式一般以潜流形式补给。矿体围岩致密坚硬，裂隙不发育。故在一般情况下，基岩风化裂隙水对矿床充水的影响小。当坑道内竖井穿见风化裂隙带、遇到弱透水层和导水裂隙带时，基岩风化裂隙水才会对矿床充水造成影响。

(4)老硐积水对矿床充水的影响：经调查，矿区内老硐均有一定量的积水，在开采老硐附近矿体时，应注意老硐积水沿裂隙对矿坑充水的影响。可先进行积水疏干，确保施工安全。

3.2.4.2 供 水

矿区内的地表水为众多的沟溪水，可作工业供水水源，经净化处理后也可作饮用水供水源地。地下水为第四系松散层孔隙水和基岩风化裂隙水，可作饮用供水源地。

3.3 矿床工程地质特征

3.3.1 矿床工程地质特征

3.3.1.1 矿床工程地质岩石特征

赋矿岩石主要为地质构造破碎带内的构造碎裂岩和构造角砾岩。钻探岩心以块状、碎块状和碎屑状为主，短柱状次之，裂隙密集发育，裂隙密度一般大于10条/m，多属闭合裂隙，含弱脉状裂隙水[8]。根据邻区东沟钼矿物理力学试验资料，碎裂岩的主要物理力学指标为：饱水率3.0%，含水量0.5%，抗压强度24.3 MPa，饱和抗压强度20.7 MPa，内摩擦角33°22′，饱和内摩擦角33°09′，凝聚力系数6.0，饱和凝聚力系数4.2。坑道中构造碎裂岩和构造角砾岩易冒顶和片帮[9]。

3.3.1.2 矿床顶、底板工程地质岩石特征

矿床顶、底板岩石主要为安山岩、英安岩和石英二长闪长岩。钻探岩心以长柱状和短柱状为主、块状次之，属块状坚硬岩类。RQD一般大于80%，岩石质量好，岩体较完整[10]。岩石裂隙密度从靠近地质构造破碎带的一般大于10条/m至远离地质构造破碎带的2～3条/m，裂隙紧闭或裂隙虽然开启，但亦被后期的碳酸盐细脉和石英细脉充填，极少量的张开裂隙多位于地质构造破碎带两侧，与地质构造破碎带一起形成统一的弱脉状裂隙水含水层。

根据邻区东沟钼矿物理力学试验资料，安山岩的主要物理力学指标为：饱水率0.1%，含水量0.1%，抗压强度93.5 MPa，饱和抗压强度75.5 MPa，内摩擦角40°39′，饱和内摩擦角40°10′，凝聚力系数12，饱和凝聚力系数12。坑道内安山岩岩体完整，局部岩体完整性差，有利于矿石的开采。

英安岩的主要物理力学指标为：饱水率0.3%，含水量0.2%，抗压强度105.6 MPa，饱和抗压强度99.3 MPa，内摩擦角40°30′，饱和内摩擦角39°50′，凝聚力系数15，饱和凝聚力系数12。坑道内英安岩岩石完整，局部岩石完整性差，有利于矿石的开采。

3.3.2 风化带特征

风化带岩石破碎程度受岩性、产状、地貌特征、距构造破碎带远近、蚀变类型等因素控制。风化带深度3.44～64.44 m，平均29.10 m。

矿区地表出露岩性主要为石英二长闪长岩、安山岩和英安岩。石英二长闪长岩地表易风化，风化后呈松散状、土状，岩石力学强度较低；英安岩地表抗风化能力最强，风化后多呈块状、碎块状[11]；安山岩地表抗风化能力介于石英二长闪长岩和英安岩之间。山坡上开垦之农田多为石英二长闪长岩和安山岩风化层。

3.3.3 生产矿井工程地质特征

矿区内大大小小民采矿井统计有21个，由于探采规模小，生产是时断时续，通过对坑道调查，坑道内围岩岩石坚硬，裂隙较发育，但其延伸不长，紧闭，岩体完整、稳定。赋矿岩石碎裂岩和角砾岩，当硅化强时岩石坚硬，岩石完整、稳定；当碳酸盐化、绿泥石化强时，坑道顶板易出现塌落及冒顶现象，坑道顶板常出现滴水、淋水和潮湿现象。

3.4 环境地质

3.4.1 地 震

根据地震历史资料，汝阳县历史上无发生5.0级以上的地震，据河南省地震烈度区划图，汝阳县地震基本烈度为6°(图3)，地震动峰值加速度0.05 g，矿区及附近无活动断层存在。区域稳定性好。

图3 河南省地震烈度区划图

3.4.2 滑坡、崩塌

矿区内沟谷较狭窄，山坡较陡，岩石风化较强烈，风化裂隙发育，易产生小滑体，在个别地段陡壁上，易产生微小型崩塌体[12]。

3.4.3 地裂、塌陷

矿床岩石坚硬，属稳固性岩体，井巷开采一般不会引起地表塌陷。在开采浅部矿体过程中，采空区地表易形成地裂和塌陷。

3.4.4 地表水和地下水

矿区主要饮用水源为第四系冲洪积物孔隙潜水及基岩风化裂隙水。矿区内现有居民主要从事农业生产，部分居民在当地矿山从事短期工作，除生活垃圾和矿山生产垃圾对地表水有轻微污染外，没有重大的污染源，根据本次水质分析结果，各项化验指标均符合国家饮用水标准。因此，地表水和地下水水质良好。

4 归纳评价及建议

4.1 水文地质、工程地质和地质环境类型

矿床大部分位于侵蚀基准面以上，有利于自然排水，位于侵蚀基准面以下的矿体部分，由于矿床本身为弱脉状裂隙水含水层，透水性极差，因此，在开采侵蚀基准面以下矿体时，井巷内涌水量也不会明显加大。总之，矿床水文地质复杂程度为第二类第一型，属裂隙充水的水文地质条件简单的矿床。

矿区地形有利于自然排水，地层岩性比较单一，地质构造比较简单，岩石强度高，稳定性和完整性好，不易发生矿山工程地质问题。因此，矿床工程地质复杂程度类型划分为第二类(块状岩类)简单型。

在开采浅部矿床时可能产生局部地表变形，但对地质环境破坏不大。区内无大的污染源，地表水和地下水水质良好，故矿床地质环境类型属第一类，即矿区地质环境质量良好。

4.2 工作程度评述

通过水文地质、工程地质工作，基本查明了矿床主要充水因素，地表水与地下水的关系，以及对矿床充水的影响程度，指出了供水方向。基本查明了矿床工程地质条件，对井巷围岩的稳固性评价是合理的。对矿床地质环境质量的评述及预测矿床开采可能引起的主要地质环境问题是切合实际的。详查成果基本满足“规范”要求。

4.3 问题及建议

(1)岩石物理力学试验，采用的岩石物理力学试验资料为汝阳县东沟钼矿岩石物理力学试验资料，建议在矿山开采时进行一定数量的野外岩体现场测试，以利于矿坑的衬砌和支护。

(2)在将来建设矿山及选厂时，选厂排出的废液是地表水及地下水受污染的主要来源，应采取措施，输送至远离水源地后集中处理；若遇雨季时，应及早采取防范措施，防止沟谷汇水及山洪将竖井淹没。

5 结 语

陕西金堆城钼业集团于2004～2005年两年间对河南汝阳东沟超大型钼矿床进行了详查到勘探，目前正投入开发。东沟钼矿周边外围一系列铅锌矿床普查、详查已经结束的有老代仗沟、西灶沟、王坪西沟、裂子山及绿竹坪矿床，这些矿床的勘查与开发为河南省乃至地方资源的配置发挥了重要作用。国家对于脉状的构造蚀变岩型铅锌热液矿床的勘查对开采技术条件的标准要求尤为严格。本文采用系列数据归纳并分析了绿竹坪铅锌矿床开采技术条件，以期为广大地质工作者提供相关借鉴和参考。