建德市石马头矿区石灰岩矿开采技术条件分析.pdf

第 4 期建德市石马头矿区石灰岩矿开采技术条件分析翁路祺1，王浩2（1.建德市自然资源综合服务中心，浙江 建德311611；2.中化地质矿山总局浙江地质勘查院，浙江 杭州310002）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 4 期2024 年 4 月Vol.44 No.4Apr.2024摘要：浙江省建德市石马头矿区位于建德市更楼街道岩源村石马头自然村，是重要的熔剂用和水泥用石灰岩产区。文章结合文献资料，并实地勘查，根据 GB/T 127192021 矿区水文地质工程地质勘探规范 的有关规定，对矿区水文、工程和环境地质条件进行综合分析，以期指导矿山下一步开采。矿区内划分 2 个含水岩组、1 个隔水岩组、3 个工程岩组，并对矿区地质环境条件进行了基本分析，结果表明，矿区水文地质条件简单、工程地质条件中等，地质环境质量良好偏中等，开采技术条件较好。关键词：石灰岩矿；地质特征；开采技术条件；建德石马头作者简介：翁路祺（1989），男，浙江建德人，主要从事矿政管理工作。浙江省建德市石马头矿区位于建德市区 225毅方向，直距 8km 的更楼街道岩源村石马头自然村，行政属建德市更楼街道管辖。矿区经县道更石线、320 国道，与金（华）岭（后）铁路更楼站或溧宁高速寿昌互通相衔接，交通十分便利。经查明矿区范围内熔剂用石灰岩资源量 15627.9 万吨，水泥用石灰岩矿资源量 841.3 万吨，为大型优质熔剂用石灰岩矿床。文章结合矿区勘探资料，对矿区开采技术条件进行评价，以期指导矿山下一步开采。1矿区及矿体地质特征1.1矿区地质特征矿区大地构造位置位于扬子准地台、钱塘台褶带、华埠-新登陷褶带、上方-罗村拗褶束的外岭坂-石马头复式向斜的南西端咱1暂。出露地层有泥盆系上统珠藏坞组（DCz），石炭系下统叶家塘组（C1y），石炭系上统老虎洞组（C2l）、黄龙组（C2h）、船山组（Cpc），下二叠统栖霞组（P1q）及第四系（Q）。总体构造形态为向斜，呈北东向展布。栖霞组（P1q）和船山组（Cpc）地层组成向斜核部，珠藏坞组、叶家塘组、老虎洞组和黄龙组构成向斜两翼，两翼大致对称。向斜轴部走向 45毅耀60毅，北西翼倾向 128毅耀170毅，倾角23毅耀65毅；南东翼倾向 260毅耀316毅，倾角 21毅耀80毅。向斜总体形态较简单。矿区主要发育 3 条断层：北东向 F20、F30 和南东向 F31，其中 F20、F31 规模较大，贯穿全区。1.2矿体地质特征矿区主要有熔剂用灰岩与水泥用灰岩两个矿种咱2暂，熔剂用石灰岩圈定 1 个矿体，岩性主要为黄龙组生物碎屑微晶灰岩、微晶灰岩和船山组含生物碎屑微晶灰岩，呈向斜层状产出，矿体随向斜变化而变化，矿层厚度稳定，连续性好，北东长 2290m，南东宽约 650m。水泥用灰岩圈定 2 个矿体，分布于矿区西南部船山组与栖霞组接触带附近，岩性为船山组含生物碎屑微晶灰岩，矿体呈中厚层状，受区内褶皱构造的影响矿体也主要呈向斜形态产出。2矿区水文地质特征2.1地形地貌及地表水矿区多为狭长山间盆地或低山丘陵，总体呈北东向不规则展布，矿区最高处位于西北角，平均标高约380m，最高可达 398m，山坡坡度较缓，植被茂密；中间地势较两侧略低，平均标高约 260m。矿区自然山体分水岭与沟谷界限明显，为独立的水文地质单元，当地侵蚀基准面位于村庄附近，标高约160m。地表水沿坡面向沟谷处汇流，地下水径流方向大致与地表水一致，仅在采场地段，地下水遭受人为截排，沿采场坡面渗流入采场，转化为地表水。矿区内地表水不发育，下雨时地表坑洼处存在多处积水；矿体内有 2 处地表渗流点，流量极小，水流主要来自灰岩裂隙-岩溶水出流补给以及自然降雨汇流。2.2气候区内属亚热带季风气候，气候温和湿润，雨量充沛。多年均值气温 16.7，最低温度-8.7，最高温度42.9。七月最热，一月最冷，全年霜期 104 天。该区全年多年平均降水量 1603.8mm，平均降雨达 163.9 天，6月多雨，12 月少雨。当地多刮东北风，低速风。2.3矿区含（隔）水岩组及其特征矿区基岩部分裸露，根据矿区岩性特征及岩层含水空间特征，分 2 个含水岩组和 1 个隔水岩组（见图 1）。2.3.1第四系上更新统、全新统残坡积孔隙潜水含水层（Q）分布于矿区北西侧以及中部山间谷地、山坡及喀61冶金与材料第 44 卷斯特溶沟中，以坡积、残积为主，厚度 0.235.22m。由褐色之残积亚粘土，转石以石英砂砾岩与灰岩碎石组成，含水层属于孔隙潜水含水层，富水性强，主要受自然降雨以及上游区域的渗流补给；通过下渗和出流排泄。2.3.2碳酸盐岩岩溶裂隙潜水含水层位于矿区中部，地下水流向由东北向西南方向流动。该含水层主要由栖霞组（P1q）、黄龙组（C2h）和船山组（Cpc）纯灰岩为主要矿层，老虎洞组（C2l）白云质灰岩次之。根据其构造及其富水性特点将其分为：上石炭统黄龙组（C2h）和船山组（Cpc）纯灰岩裂隙-岩溶含水层，厚度可高达 250m 以上，该层裂隙构造发育，富水性中等，水质类型为 HCO3-Ca 型；该组含水层地下水水位埋深 3.9015.77m，平均 8.47m。单孔注水试验，其渗水、漏水情况严重，渗透系数 6伊10-4L/s.m。水化学类型 HCO3-Ca型。石炭统老虎洞组（C2l）白云质灰岩裂隙-岩溶弱含水层，厚度约 4070m，该层裂隙构造一般，富水性较弱。2.3.3隔水层隔水层主要由叶家塘组（C1y）和珠藏坞组（DCz）组成，主要分布于矿区西北和东南方向。叶家塘组由砂砾迴岩、粉砂岩、黑色页岩和炭质页岩组成三个旋，下部迴迴含煤旋，中上部为砂岩、泥质岩旋，整层厚 4070m，矿区北西翼及东北部局部出露。珠藏坞组中下部以石英砂岩为主，上部为砂页岩互层，顶部为古风化壳粘土层，整层厚约 100127m，出露于矿区南北两翼。在西北角和东南角构成地下水的隔水边界。2.4岩溶裂隙发育情况及分布规律调查表明，地表岩溶较不发育，地表溶蚀沟、溶蚀槽等较为常见，局部发育溶洞及溶蚀裂隙。有裂隙发育的地方偶有水流渗出，该处水流来自上覆岩层或相邻含水层的渗透出流。经 35 个钻孔线性统计，矿区深部岩溶率027.91%，平均岩溶率 2.33%，12 个钻孔遇岩溶，属岩溶不发育地区。且岩溶分布不均匀，以断层 F20 为界，断层以南，溶洞不发育，岩溶率 1.97%。断层以北，岩溶较发育，岩溶率 2.69%。岩溶多见于近地表地段，离地表 10100m。矿区见 3 处较大溶洞，其一位于燕山东北部边坡底部，物探结果显示该溶洞埋深约 120m，呈椭圆形，长 160m，宽100m，深度 92m咱1暂；溶洞内部有较大水流通过。其二位于燕山北西侧边坡上，溶洞目测长 23m，宽约 2m，深12m，顶部有渗水现象。其三位于矿区中部沟渠底部，溶洞目测长 56m，宽 34m，高 23m，溶洞内无水。2.5地下水的补给、径流、排泄条件矿区地势相对高差大，潜水面随地形起伏也较大，地下水位埋深 3.8148.3m，平均约 32m。大气降水是区域地下水补给的直接来源，碳酸盐岩含水层主要补给源为大气降水，其次为相邻的第四系更新统及全新统坡洪积孔隙潜水含水层的入渗补给。碳酸盐岩含水层通过渗流出露补给地表河流水系或相邻含水层之间补给进行径流排泄。地下水由不同方向往低洼处径流汇集，以泉等形式排泄出地表后汇入附近的沟溪中。2.6矿区充水因素和矿坑涌水情况矿床为山坡露天开采，大气降水是矿坑充水的主要因素，矿区以及高于矿体的山体坡面，无大的地表水系和地表水体，仅在安溪坪采场外围道路旁及燕山顶沟有水流存在，对矿床不会造成充水。地下水不具承压性质，矿坑遭遇承压水突水、涌水的可能性很小。矿区内未发现明显溶洞积水以及存在的断层构造等富水特征，因此其构造裂隙水并不发育。图 1石马头矿区石灰岩矿水文地质简图62第 4 期3矿区工程地质3.1工程地质岩组划分矿区岩土体按其岩性特征分为三个工程地质岩组：（1）松散碎石粘土岩组：由第四系上更新统坡洪积层，及全新统冲洪积层组成。分布于矿区东北侧、中部山间谷地、山坡及喀斯特溶沟中及南西侧开采区上覆第四系松散层。岩性为褐色之残积亚粘土，转石以石英砂砾岩与灰岩碎石组成。该岩组结构松散，工程稳定性差。（2）碳酸盐岩岩组：由黄龙组和船山组纯灰岩、栖霞组含燧石条带生物碎屑灰岩、老虎洞组白云岩组成，呈东北向展布。该岩组岩石结构致密，岩石饱和抗压强度 18.7064.96MPa，局部岩层裂隙发育造成岩石抗压强度降低，岩石平均 RQD 值为 70%，岩石完整性中等，质量指标 M约 1.20，质量良好。矿岩组总体工程稳定性良好。（3）钙质泥岩、页岩、粉砂砂岩组：地层为珠藏坞组、叶家塘组。分布在矿区外围东南侧和西北侧，岩石较软，节理发育，易风化，岩层稳定性较差。3.2构造破碎带工程地质特征矿区范围内发育有 3 条较大的断裂构造，即 F20、F30、F31 断裂。带内主要由断层角砾岩构成，局部充填有断层泥，角砾成分为灰岩，泥质或钙质胶结，角砾胶结不紧密，受到应力作用时容易破碎，岩石强度低，工程稳定性差咱3暂。在断层附近进行采矿时，可能会出现坍塌或掉块现象。3.3岩体节理裂隙分布规律矿区节理较发育，根据与岩矿层层面产状不同可划分为三种类型：纵节理：产状 150毅耀190毅或 330毅耀10毅蚁36毅耀88毅；横节理：产状 60毅耀100毅蚁40毅耀73毅；斜节理：走向北北东和北北西，节理裂缝宽度在 0.51.5mm不等，多被泥质、碳质及方解石脉充填。由于节理裂隙的相互切割，致使岩石破碎，局部可能存在掉块现象，降低了岩石稳定性，对矿区工程地质有一定影响。3.4边坡稳定性分析矿区内主要为碳酸盐岩体，岩体质量较好，地表植被发育，地形相对高差较大，自然坡度 15毅耀35毅，自然条件下山体基本稳定。矿山为露天开采，采场呈北东向展布，开采至后期，北东及南西部边坡均落于碳酸盐岩岩带中，为开采边坡，由中厚层灰岩组成，坡高 60130m，坡面与岩层斜交，对组合结构面无直接影响，边坡稳定；北西及南东部边坡为顺层边坡，边坡大多落于碳酸盐岩岩带，局部为砂页岩岩层中，岩石软弱-坚硬，开采时边坡坡角宜小于地层倾角，以防采场边坡形成临空面，可保持终了边坡的稳定。4矿区环境地质4.1矿区自然状态环境分析矿山开采对自然山体的完整性造成较大破坏，地表植被被剥离，沟溪改道。矿区岩溶不发育，现状条件下地表未见明显的岩溶塌陷、地裂、沉降等问题。矿区内的地表水、地下水的钙离子含量较高，长期饮用对人体健康有所损害。矿石和废石化学成分基本稳定，无明显放射性。矿区地震动峰值加速度为 0.05g，相应的地震基本烈度值为度，场区区域稳定性较好。4.2矿山开采对矿区环境影响矿山为露天开采，地下无采空区，地下岩溶发育一般，矿山开采过程中产生地面塌陷的可能性小。终了边坡，按照开发利用方案进行预留边坡，边坡整体稳定性较好，出现崩塌或滑坡的可能性小。矿山开采后，地表植被破坏严重，对当地生态环境有一定影响。5结论5.1矿区综合地质环境及开采条件该矿山整体属于溶蚀裂隙为主的岩溶充水矿床，富水性弱至中等。矿床主要充水含水层与矿体直接接触，大气降水及其形成的面流直接充水。矿体位于当地侵蚀基准面以上，未来采用山坡露天开采方式，矿坑出口宽度大，矿坑涌水可以自然排泄，无需人工抽水排水。地形地貌条件简单，地形有利于自然排水，地层岩性较复杂，地质构造一般发育，风化及岩溶作用中等，局部有较大岩溶，局部边坡高差大，局部边坡存在顺层坡现象，局部地段开采过程容易发生落石等地质问题。矿区附近无重大污染源，无热害，地表水、地下水水质较好，矿坑排水对附近水体有一定的污染，矿石和废石化学成分基本稳定，未出现其他环境地质问题。综上所述，矿区水文地质条件简单、工程地质条件中等，地质环境质量良好偏中等，开采技术条件较好。5.2存在问题与建议矿山开采中要注意植被保护，剥离体尽量加以利用。采坑、剥离物堆放区四周挖截流沟，截流坡面雨水和地表径流，表面种植植被。矿山开采前建议评估矿区节理裂隙之间的组合关系，及其与坡面组合关系所产生的边坡稳定性问题。在开采过程中随时注意节理裂隙发育情况及岩石组合特征，对节理裂隙发育地段及时采取加固措施；对覆盖层适当降坡，密切注意边坡岩、土体的稳定性，及时发现及时处理，防止地质灾害的发生。参考文献1 邱施锋，石伟波，刘强，等.浙江省建德市石马头矿区燕山矿段石灰岩矿勘探报告 R.建德：巨化集团建德矿业有限公司，2018.2 严鑫，王浩，翁路祺，等.浙江省建德市石马头矿区石灰岩矿勘探报告R.建德:建德市自然资源综合服务中心，2023.3 金芳禄.石马头石灰岩矿区边坡治理方案研究 J.化工矿物与加工，2018，47（10）：69-70.翁路祺等：建德市石马头矿区石灰岩矿开采技术条件分析63