木耳溪金属矿开采技术条件分析评价

周 俊，龙海花

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队，贵州 清镇 551400）

木耳溪锰矿行政区划隶属贵州省铜仁市松桃县孟溪镇管辖，距松桃县城公路里程数约50km，距渝怀铁路孟溪站约18km，松桃至孟溪镇有省道S304通过，矿区有简易公路及乡村公路与S304相连，交通条件方便，全区网络覆盖，通信条件好。矿区地理极值坐标为东经108°53′05″～108°55′40″，北纬28°03′22″～28°04′31″，矿区呈不规则多边形，面积6.59km2。矿区矿石资源量145.12万吨，其中控制锰矿石资源量为84.41万吨，推断锰矿石资源量为60.38万吨，分布标高为+450m～+690m。矿床开采技术条件对矿产资源开发的经济意义影响巨大，矿产勘查报告审查备案中，矿床开采技术条件勘查程度具有一票否决权，查明其开采技术条件，特别是水文技术条件的查明迫在眉睫，意义重大。

1 矿区水文地质条件

1.1 区域水文地质概况

木耳溪锰矿矿床区域上位于乌江和沅江两水系之分水岭之乌罗-大屋水文盆地，北起笔架山，南至思力董-小湾瑙，东起大坳，西至杨家湾，分属松桃、印江两县所辖，地理坐标东经107°50′05″～108°55′56″，北纬27°59′55″～28°06′09″，为一个完整的水文地质单元，面积约75km2。

区域含水层第四系富水性弱。寒武系纽芬兰统及第二统（Є1-2）清虚洞组白云岩和灰岩含岩溶水，富水性强；九门冲组细晶灰岩、牛蹄塘组底部硅质磷块岩含岩溶裂隙水或承压裂隙水，富水性弱。震旦系（Pt33）灯影组、陡山沱组白云岩含岩溶水，富水性强。南华系（Pt32）南沱组冰渍砾岩及含砾质砂岩、粉砂质粘土岩，大塘坡组第一段含锰矿层及富禄组的长石石英砂岩、砂岩、冰碛砾岩等，富水性弱，含基岩裂隙水或承压裂隙水。

区域内寒武系高台组（Є3g）、杷榔组（Є2p）、变马冲组（Є2b）、南华系大塘坡组第一段(Pt32bd1)及青白口系张家坝组（Pt31dzh）为相对隔水层，其岩性为泥质白云岩、砂质页岩、粉砂质粘土岩及板岩等。

1.2 矿区水文地质条件

1.2.1 气象水文

矿区内气候属中亚热带季风气候，冬冷夏热，春温秋爽，四季分明，气候宜人，雨量充沛，热量丰富。据气象资料，区内12月至翌年2月为旱季，年均气温为10℃，月均最高气温为25℃，月均最低气温为2℃，1～2月有霜冻，全年无霜期大约291天；年均降水量为1386.45mm，月最大降水量为1194mm，日最大降水量为101mm，5～7月份为雨季，降水量达898mm。降雨丰富，溪流众多，北部有由北西、南西-北东流的木耳溪、青石溪，属长江流域沅江水系。

1.2.2 地形地貌

矿区地形上以山谷相间斜坡地形为主，属河流侵蚀切割地貌，地势陡峻，总体地貌是南东高北东低，形成多个“V”字形峡谷，山脉呈北东向展布。最低处位于矿区北东端，海拔标高为480m，为当地最低侵蚀基准面，最高处位于矿区南东侧，海拔标高970m，最大高差490m，一般高差一般高差300m～400m，属云贵高原贵州东部的中低山地貌。

1.2.3 地层含隔水性

矿区及其邻近范围内，各地层含隔水性分述如下。南华系富禄组（Pt32bf）含基岩裂隙水，富水性弱，该层为矿层的底板直接充水含水层；大塘坡组第一段（Pt32bd1）习称为“含锰岩系”，厚0～25m，含基岩裂隙水，富水性极弱，该层为矿层的顶板直接充水含水层；大塘坡组第二段（Pt32bd2）厚170m～217m，该层含基岩裂隙水，富水性弱；南沱组（Pt32cn）含基岩裂隙水，富水性弱。震旦系陡山沱组（Pt33d）为碳酸盐岩岩溶裂隙水及基岩裂隙水组合，富水性中等，远离矿层，对矿床充水基本无影响；灯影组（Pt33bЄdy）为碳酸盐岩岩溶裂隙水及基岩裂隙水组合，富水性中等，远离矿层，对矿床充水基本无影响。寒武系牛蹄塘组（Є1-2n）该层含基岩裂隙水，富水性弱，层远离矿层，对矿床充水基本无影响；九门冲组（Є2jm）远离矿层，对矿床充水基本无影响；变马冲组（Є2b）含基岩裂隙水，富水性弱，远离矿层，对矿床充水基本无影响。第四系（Q）主要分布在斜坡、河谷及山间低洼地带，岩性为粘土、亚粘土、砂、砾等，结构疏松。地下水类型主要为孔隙水，在调查区未发现泉点，对矿层充水无影响。

1.2.4 主要构造破碎带的水文地质特征

矿区内摇香董正断层（F1）位于矿区北东角摇香董附近，总体呈北东向（39°～219°）延伸，倾向北西，倾角62°，区内延伸长约1km，断距约30m，断层上、下盘皆为大塘坡组的粉砂质粘土岩和南沱组的冰碛砾岩，该断层未切割锰矿层，对矿床充水不影响。道塘正断层（F3）位于矿区中部斜穿道塘水库，总体呈北东向（45°～225°）延伸，倾向南东，倾角83°，区内延伸长约1.8km，断距约15m～25m，断层的南东盘为上盘，上盘为大塘坡组的粉砂质粘土岩和南沱组的冰碛砾岩，下盘的地层主要为富禄组的砂岩，大塘坡组的粉砂质粘土岩和南沱组的冰碛砾岩，该断层未切割锰矿层，对矿床充水不影响；木耳溪正断层（F5）为矿区内的一级断裂，从矿区北西角干田湾附近穿过，总体呈北东向（64°～244°）延伸，倾向南东，倾角74°，其上、下盘岩性主要为南沱组的冰碛砾岩，断距不详，该断层未切割锰矿层，对矿床充水不影响。

1.2.5 地表水及地下水动态

矿区内沟谷发育，泉井（点）地表出露较多，受大气降水控制，主要汇入矿区中部的道塘水库；区内河水、沟水一般在暴雨后短时间内流量暴涨，雨后水位迅速下降，枯水期流量明显变小，流量变幅较大。地表水的变化与降水量的变化趋于一致性，水温随气温变化而变化。矿区内地下水主要以基岩裂隙水的形式存在，经长观显示，流量随季节性变化幅度较小；对矿区做了Pt32bd2、Pt32bd1及Pt32bf组的混合抽水试验，进行了3个降深抽水，求得渗透系数为0.0062，由此可知该矿区范围内地下水系统含水性整体含水性弱。

1.2.6 充水因素分析

（1）充水来源。

直接充水水源是矿体顶板大塘坡组第一段（Pt32bd1）及矿体底板富禄组（Pt32bf）所含的基岩裂隙水含水层，矿山开采过程中，将直接进入矿坑，成为矿床充水的直接水源。间接充水水源有大塘坡组第二段（Pt32bd2）基岩裂隙水地下水，与含矿层之间有底部的炭质页岩相隔，这些裂隙水通过构造裂隙、冒落裂隙等通道进入矿井。道塘水库位于矿区的中部，相应库容为1690万m3，当矿床开采标高低于水库的水位时，水库的水将会通过构造裂隙、冒落裂隙等充向矿床。

（2）充水通道：主要构造裂隙、冒落裂隙。

构造裂隙其导水性随深度的加大而变弱，为浅部锰矿矿床充水的直接通道。采矿期间产生的冒落裂隙将会起到主要的导水作用，其作用是使锰矿巷道与上覆含水层、地表水体等沟通，从而使上述各类充水水源渗入或涌入矿井；通过计算，落带最大高度为8.0m，导水裂隙带最大高度为35.53m，采矿影响顶板总高度为43.53m。矿区矿层上覆隔水层均大于43.53m，在深部采矿时导水裂隙带导通锰矿层与道塘水库之间的水力联系的可能性小。

（3）矿区充水因素及地下水的补给、径流、排泄条件。

矿区内地下水补给来源主要靠大气降水及矿区北东侧的道塘水库，通过基岩裂隙直接渗透至含水层，含水层露头面积少，成带状分布，受水面积小，仅在低洼及溪沟部分有地表水渗透，未来矿坑充水主要受矿层层间小断层和裂隙控制。矿区充水直接靠大气降水和地表水补给，经地下径流之后，以泉点形式排出地表，再补给地表水。道塘水库是矿区的补给来源也是排泄通道，在采矿过程中，位于道塘水库蓄水水位之上的矿石资源量，可采取自然排水，而埋于道塘水库蓄水水位以下的部分资源量，要特别注意道塘水库对矿坑充水的影响。

1.2.7 供水水源

矿坑涌水由于含锰比较高，不能直接进行利用为矿山生活生产用水。矿区北东侧的坪南河，是道塘水库下游河流，未受工业污染，坪南河流量较大，常年流水，枯季调查其流量为220L/s。取水样进行水质分析，达到生活饮用水标准，可作为未来矿山生产和生活水源地。

1.2.8 水文地质类型

矿体顶板大塘坡组第一段（Pt32bd1）及矿体底板富禄组（Pt32bf）所含的基岩裂隙水，即矿床为顶、底板直接充水；区内主要矿体的大部分位于当地侵蚀基准面以上，而有小部分矿体位于最低侵蚀基准面以下，上覆层较厚且存在隔水层，地形有利于自然排水。综上所述，矿区为以裂隙充水为主的直接充水矿床，水文地质类型属第二类，水文地质条件复杂程度为中等复杂。

2 矿井涌水量预测

2.1 涌水量预测的原则、范围及边界条件

本次研究矿体产出标高为+450～+690m，采用+450m标高以上矿层的开采面积估算范围0.578816km2计算未来锰矿开采的矿井涌水量。先期开采区离露头区较近，开采地段的外围多为自然疏干边界。

2.2 预测方法及预测结果

2.2.1 大井法

根据矿区水文地质结构，未来开采中地下水向矿井的充水定为潜水运动，故矿井涌水量预算公式采用无压“大井”公式计算，计算得Q一般为670.11m3/d，Q最大为1427.33m3/d。

2.2.2 比拟法

利用邻近白石溪锰矿生产矿山的生产资料,采用“水文地质比拟法”预测+450m标高以上水平矿坑涌水量，具体算得出：Q一般为1709.69m3/d，Q最大为3641.64m3/d。

2.2.3 涌水量预测结果及评述

经过上述预测，用“大井法”自含水层抽水试验成果，基本上反映了矿床主要充水含水层的富水性及导水性。“比拟法”预算建立在水文地质条件相似的生产矿井调查资料基础上，涌水量数据来源于生产实践，建议采用“比拟法”预测结果作为未来矿山总体建设规划和矿井设计的依据，一般涌水量为1709.69m3/d，最大涌水量为3641.64m3/d。

3 矿区其他开采技术条件

3.1 矿区工程地质条件

3.1.1 工程地质岩组划分

根据矿区内各岩组的工程地质特性、物质成份及其组合关系分析，可将矿区内的工程地质岩组划分松散岩组、软质岩组和硬质岩组三类。松散岩类工程地质岩组为第四系粘土、亚粘土、卵石、砂砾石等，其自然斜坡稳定性差，结构松散，力学强度低，易产生滑坡。软质岩类工程地质岩组为炭质页岩、粉砂质粘土岩、砂质页岩及粉砂岩，岩石力学强度低，局部地段风化程度高，工程力学性质差，斜坡自然稳定性差，易发生滑坡、滑塌等地质灾害。硬质岩类工程地质岩组主要岩性为灰岩、白云岩、含砾（冰碛）砂岩、长石砂岩、石英砂岩，其岩石力学强度高，工程地质条件好。

3.1.2 岩土体工程地质特征评价

锰矿层位于Pt32bd1底部地层中，其直接顶板为Pt32bd1的炭质页岩为软质岩类，岩体质量级别较差，其顶板稳定性较差。矿层直接底板为Pt32bf的含砾砂岩，岩体完整，岩体质量级别较好，底板稳定性较好。矿区内分布的软质岩组普遍，其物理力学性质和抗风化能力均较差，受风化和构造等节理裂隙影响，其稳定性较差，易失稳，边坡稳定性总体较差。

综上所述，矿区工程地质条件属于第二类第二型，即坚硬-半坚硬岩层为主的工程地质条件中等的矿床，不良工程地质问题单一，对矿床开采影响不大，工程地质条件复杂程度为中等复杂。

3.2 矿区环境地质条件

3.2.1 地震及不良地质现象

矿该区地震基本烈度为小于Ⅵ度区，地震峰值加速度小于0.05g，区域地壳稳定。目前未发现有滑坡、崩塌、地表塌陷、泥石流等不良地质现象存在。矿区内出露地层岩性主要为碎屑岩类岩石，该类岩石易风化，力学性质较差，稳定性亦较差，应预防上述不良地质现象的发生。未来井下开拓开采及矿床疏干排水，可能在地表诱发崩塌、地裂缝、地面塌陷等地质灾害，其发生的可能性大，其危害性大。

3.2.2 矿区水环境

地表水及地下水的污染评价：由于矿石和围岩中含有害元素，经过溶滤作用可能随矿井污水一起排出地面，污染地表水体；矿井水的主要污染物为岩粉、锰粉等悬浮物（SS），含有较多的有机物、有机碳元素，从而使废水中化学需氧量（COD）偏高；生活污水悬浮物、细菌含量及生化需氧量（BOD）值较高。因此，矿井水和生活污水排放后，将会污染地表水体、地下水，影响地表水环境；有害元素随水渗入地下，也会造成对土壤污染。

地下水的变化预测：随着开采面积的增大，开采时间的增长，沟通裂隙导水带，含水层中的地下水就会直接进入矿坑，以矿井为中心的降落漏斗趋于稳定，水位不断降低，部分含水层由层压转为无压，矿井排水量靠入渗补给，处于补、径、排平衡状态。矿井开采进入后期，由于含水层部分被疏干，导水裂隙带和节理裂隙被逐步充填，地表入渗补给量逐步减少，则矿井排水量逐步衰减。矿井开采进入末期，在其影响范围内，矿井排水变小或不排水。

综上所述多种制约环境地质的因素，矿区环境地质属第二类。

4 结论

矿区内最低开采标高位于当地侵蚀基准面之下，锰矿层和地表有较厚的隔水层，而且地形有利于自然排水，充水水源为大气降水和地下水；矿区涌水量Q一般为1709.69m3/d，Q最大为3641.64m3/d，矿山水文地质条件属中等类型。矿层顶板属软质岩类，稳定性较差；底板属硬质岩类工程地质岩组，底板稳定性较好；地表岩土体受风化等构造节理裂隙影响，其稳定性较差，矿山工程地质条件属中等。矿山环境地质条件属中等类型。矿区开采技术条件属中等复杂类型。