篦子沟铜矿床开采技术条件分析

周 超

（山西中条山集团篦子沟矿业有限公司，山西 运城 710016）

1 水文地质条件

1.1 含水岩组

横岭关片岩、界牌梁石英岩及余元下大理岩微含水层分布于矿区西部边缘，厚数百米，倾向110°～70°，倾角25°～45°。横岭关片岩组包括云母片岩，角闪石黑云母片岩等，一般易风化，张开裂隙少见，未见泉水出露。界牌梁石英岩组细粒坚硬块状，浅灰色稍有铁染，厚42m～20m，不见泉水出露[1]。余元下大理岩组分为上下两层，上层为硅化大理岩，厚30m～80m，沿倾斜延深与黑色片岩相互穿插，平均裂隙率为0.15%，没有地下水作用的痕迹，硅化大理岩不但不含水而且起隔水作用；下层为钙质云母片岩，片理发育、有间歇泉出露，泉水由片理裂隙中流出。

1.2 片岩含水层

岩性复杂，包括黑色片岩，石榴子石云母片岩、不纯大理岩。硅化大理岩和方柱石黑云母片岩等。大理岩中有断层，片岩中褶曲普遍，因此产状变化大，倾向50°～110°，倾角25°～40°。由于岩性不同，含水性亦有差异。

黑色片岩为篦子沟片岩层的主体，其它岩性在本层内均呈透镜体存在，产状厚度和分布范围完全与篦子沟片岩相吻合。黑色片岩裂隙较发育，破碎，易风化为碎片，但裂隙发育不均，局部硅质含量较高，岩性致密坚硬有隔水性。本层钻孔中多处见涌水现象[2]。篦子沟组片岩主要为矿体的顶板，局部构成矿体，勘探时对该层进行了专门抽水试验，1009 孔对黑色片岩及其内夹的破碎带，不纯大理岩和硅化大理岩等进行了混合抽水，三次水位降低，所求得的渗透系数为0.188m/昼夜，单井涌水量为0.334L/s.m，Q～S 曲线呈潜水性质。971 孔对黑色片岩抽水所求得的渗透系数为0.01m/昼夜，1013 孔涌水试验求得的渗透系数为0.076m/昼夜。矿山竖井工程孔抽水试验降低两次，求得渗透系数为0.045m/昼夜，Q～S 曲线呈潜水性质。虽然以抽水试验所求得的渗透系数彼此差异很大，但由于它们所处的位置不同，均代表不同水文地质特点的实际情况。1009 孔代表着受构造裂隙影响黑色片岩的渗透系数，而竖井工程代表着一般的黑色片岩的渗透系数。

硅化大理岩：是黑色片岩中最大的透镜状夹层，其中出露地表分布最广的有东西两条，东条长400m，宽140m，倾斜延深厚度稳定，中间有闪长岩墙侵入。沿层理夹有方柱石片岩。西条长250m，倾斜延深至700m 标高。硅化大理岩为灰白色，致密坚硬块状，岩心采取率在70%以上，裂隙不发育，平均裂隙率0.22%，即是在雨季坑道内也少见有滴水现象，说明透水性微弱，可视为相对隔水层。

不纯大理岩：地表出露不多，地下分布零星而普遍，与黑色片岩成相变。一般致密块状，近地表有风化裂隙，裂隙面有铁染现象。1074 孔机台本层裂隙率为0.89%，深部具有隔水性，由于分布范围小，厚度在20m 以下，最厚者不超过40m，基本起隔水作用。

石榴子石钙质云母片岩：主要分布在黑色片岩的顶部，厚度仅几十米，片理不发育，估计它的富水性与透水性较黑色片岩小，一般距矿体较远，对矿床开采影响极小。

1.3 第四系孔隙含水层

第四系（厚约7.0m）零星分散。主要分布在篦子沟和黑阴里沟沟底。近地表0～3m 为残积、坡积粘质砂土，并夹有细砂和角砾。一般不含水。3m 以下为冲积层，分选性好，较松散，含水较富。在篦子沟内有层状流出的泉水，但流量最大不超过2 升/秒。黑阴里沟是个枯水沟，在上游有W5 泉，层状流出，流量为0.3 升/秒，向下游50m 即渗入地下。整个第四系受大气降水及基岩裂隙水所补给，含水较富。但由于排泄条件良好，分布范围狭小，含水较富地段距矿体较远，对矿床开采影响不大。

矿床经过多年的开采，已经改变了原来水文地质状态，形成了较大降落漏斗，汇水面积较大；受大气降水影响但仍有部分废弃老硐雨季重新积水，其它诱发因素导致矿坑突然涌水，给矿床开采带来隐患，所以，水文地质条件属复杂，要预防下大雨、暴雨、连阴雨时矿坑涌水量突然加大造成的危害。

2 工程地质条件

2.1 矿石和围岩的坚硬性

矿石和围岩的坚硬性，取决于矿物成分和结构构造及地下水影响程度[3]。本区勘探时对矿体及其顶底围岩进行了采样，测试结果显示：矿体和围岩的抗压强度：硅化大理岩1857kg/cm2～2259kg/cm2，不纯大理岩980kg/cm2～2608kg/cm2，黑 色 片 岩268kg/cm2～1857kg/cm2。矿体和围岩的抗剪强度：硅化大理岩107kg/cm2～265kg/cm2，不 纯 大 理 岩92kg/cm2～243kg/cm2，黑 色 片 岩164kg/cm2～449kg/cm2。矿体和围岩的抗拉强度：硅化大理岩21kg/cm2～73kg/cm2，不纯大理岩31kg/cm2～62kg/cm2，黑色片岩15kg/cm2～105kg/cm2。

2.2 矿石和围岩的稳固性

按岩（矿）石的稳固性，将本区岩（矿）石化分为不稳固岩石、中等稳固岩石和稳固岩石三类。①不稳固岩石，矿体上盘的黑色片岩和下盘的方柱石黑云母片岩，风化破碎裂隙发育，呈松散碎片状，矿床开采过程中，岩石极易发生垮塌现象，生产中必须加强维护。②中等稳固岩石，不纯大理岩，因受风化作用影响岩石裂缝加宽，较易塌陷或穹起，故需支护或稀疏支护。某些硅化大理岩也有此现象，出现穹起，并需支护。③稳固岩石，具有少数裂隙的硅化（黑云母化）大理岩，不纯大理岩和部分黑色片岩，岩石致密坚硬，呈厚层状，构造、裂隙、节理不发育，工程地质条件好，但在在深部开采时应引起高度重视。

矿石湿度平均值为0.97%，数值很小，故体重计算未以其校正。矿体松散系数为1.86～2.16。多年的矿床开采，黑色片岩（方柱石黑云片岩）和大理岩破碎带为不稳固岩性，有塌方、冒顶现象，需支护，含矿主要岩石硅化大理岩，在开采后虽未出现大的异常，但虽深度的增大，地应力增强，局部地段裂隙发育岩石出现失稳滑落情况，因此，矿区工程地质条件属复杂。矿山生产过程中，要加强岩石稳定性监测，在不稳固岩层部位要采取支护措施。

3 环境地质条件

3.1 环境地质条件评价

矿区环境地质问题主要来自塌陷、地裂缝、地下水位下降、废石堆和尾矿库溃坝可能引发的潜在泥石流等方面。由于地下开采形成大面积采空区后，原有的周围应力平衡状态遭到破坏，岩土体在自重和上覆岩（土）体的压力作用下，开始垮塌，发展至地表，在采空区上方形成了地表塌陷变形及地裂缝灾害[4]。塌陷区以群集式出现，走向方向与采掘方向一致，塌陷形式呈波状起伏的碟状，周边有裂缝出现，表明塌陷有进一步扩大之势。塌陷物为篦子沟组黑色片岩、绢云母片岩、不纯大理岩及钙质云母片岩为主，塌陷区外缘部位多引发滑坡崩塌等小型次生地质灾害。根据塌陷体稳定性评价标准判定，区内塌陷稳定性分级为不稳定。目前开采深度到439m，随着开采深度的加大，塌陷范围还会增大，因此要加强管理，防止突然塌落。为此在开采过程中，应加强采空区和塌陷区的管理，定期组织专业人员对其监测，密切注意新的地裂缝的产生；在地表塌陷范围设置栅栏和标志，禁止人员和牲畜进入其中。篦子沟矿山有选厂一座，其选矿尾渣全部排放到尾矿库。在主平硐（660m 标高）南部，有20余万方废石堆放。因此矿区环境地质问题属复杂。

3.2 环境地质预测评价

随着开采深度的加大，矿区地表塌陷、地裂缝的范围将会增大，潜在的泥石流依然存在，所以，在今后的开发中，应采取积极的态度，加大环境投入治理力度，采用适当有效措施加以防范。如采用回填采矿法，采空区注浆等方法，消除地应力影响，减少地面塌陷和地裂缝的产生。减少废石堆放、尾矿库加固等多项措施，预防泥石流的发生。同时保护好生态环境，做到开发与保护相协调，在发展的过程中保护好环境。

4 开采技术条件小结

矿床水文地质条件属复杂，工程地质条件复杂，环境地质条件为复杂，因此矿床开采技术条件为复杂型（Ⅲ-4）。