宾德智
作者简介：宾德智，原国家矿产储量管理局高级工程师，矿产储量评估师。
固体矿产(金属、非金属、煤矿等)投入开发利用均涉及开采技术条件复杂与否的问题，也是固体矿床勘查工作必须清楚回答的一个问题。这里所说的矿床开采技术条件，是指决定和影响矿床开采的水文地质、工程地质、环境地质条件和问题，在固体矿产勘查规范总则中将其统一归并为矿床开采技术条件，笔者就此结合当前固体矿床勘查及成果编制中涉及的一些问题谈点看法，供讨论。
1 矿床水文地质条件及勘查中应查明的主要水文地质问题
矿床水文地质条件是指直接或间接影响矿床开采的地下水的分布、赋存条件、补给来源、水的物理性质与化学组分，不同含(隔)水层的含水性、渗透性及其相互水力联系的密切程度，地下水对矿床开采的不利影响及其防治，地下水资源的综合利用条件等。矿床水文地质勘查的基本任务是查明矿床的水文地质条件、矿床的充水因素、主要矿床水文地质问题及防治，预测矿坑涌水量，对矿床水资源综合利用进行评价，指出供水水源方向。具体内容包括以下几方面。
(1)研究矿床的区域水文地质条件，矿区所处水文地质单元位置，地下水的补给、径流、排泄条件，区域地下水对矿区地下水的补给途径。
(2)查明矿区含(隔)水层的岩性、厚度、产状、分布、含水层的富水性，矿床顶板隔水层的稳定性。着重查明矿床主要充水含水层的富水性、渗透性、水位、水质、水温、动态变化及地下水径流场的基本特征，确定矿区水文地质边界。
依据矿床主要充水含水层的容水空间特征，确定矿床充水类型，分为：以孔隙含水层充水为主的矿床，简称孔隙充水矿床；以裂隙含水层充水为主的矿床，简称裂隙充水矿床；以岩溶含水层充水为主的矿床，简称岩溶充水矿床。
依据钻孔单位涌水量大小，可将含水层的富水性分为：
①弱富水层：钻孔单位涌水量(Q)＜0.1L/(s·m)；②中等富水层：0.1L/(s·m)＜Q＜1.0L/(s·m)；③强富水层：1.0L/(s·m)＜Q＜5.0L/(s·m)；④极强富水层：Q＞5.0L/(s·m)。
按天然泉水流量分为：①弱富水Q＜1.0L/(s·m)；②中等富水1.0L/(s·m)＜Q＜10.0L/(s·m)；③强富水：10.0L/(s·m)＜Q＜50.0L/(s·m)；④极强富水：Q＞50.0 L/(s·m)。
(3)查明对矿坑充水有较大影响的构造破碎带位置、规模、性质、产状、导水性及其沟通各含水层及地表水的程度，可能引起矿坑突水的地段。
(4)查明矿床顶、底板主要充水层的水文地质特征和隔水层的岩性、厚度、稳定性及断裂构造破坏情况，分析采矿顶板冒裂带、底板破坏带及构造发育带可能引起突水的地段。依据矿床与主要充水层的关系，可将矿床的充水方式分为：①直接充水矿床：矿床主要充水含水层(含冒落带和底板破坏厚度)与矿体直接接触，地下水直接进入矿坑；②顶板间接充水矿床：矿床主要充水含水层位于矿层冒落带之上，矿层与主要充水含水层之间有隔水层或弱透水层，地下水通过构造裂隙带、矿层顶板采矿裂隙和弱透水层进入矿坑；③底板间接充水矿床：矿床主要充水含水层位于矿层之下，矿层与主要充水含水层之间有隔水层或弱透水层，承压地下水通过底板薄弱段、构造破碎带、岩溶陷落柱、矿层底板采矿破坏带和弱透水层进入矿坑。
(5)查明对矿床开采有影响的地表水体的汇水面积、分布范围、水位、水量、动态变化，对井巷的充水方式、地段和途径及其对矿床开采的影响。
(6)调查老窑(窿)的分布范围、深度、积水情况，圈定采空区，估算可能的积水量，提出防治建议。
(7)对有热水(气)的矿床，应基本查明热水(气)的分布、压力、温度、流量、组分，热水(气)的来源、控制因素及其对矿床开采的影响。
(8)冻土地区矿床，应查明冻土的类型、分布、厚度，层上水、层间水、层下水的空间分布、富水性及其对矿床开采的影响。
(9)在正确认识矿区的水文地质条件的基础上，建立矿区水文地质模型，选择有代表性的参数及合理的方法，计算矿区一期开拓水平的正常涌水量和最大涌水量，必要时，估算最低开拓水平的正常和最大涌水量。
(10)对矿坑排水利用的可能性、矿区内外可能的供水水源进行评价，指出供水方向。
(11)依据主要矿体与当地侵蚀基准面的关系、地下水的补给条件、主要含水层及构造破碎带的富水性和水力联系密切程度、第四系松散层覆盖情况等确定矿床水文地质条件的复杂程度，划分为三种类型：①水文地质条件简单的矿床：主要矿体位于当地侵蚀基准面以上，地形有利于自然排水，矿床主要充水含水层和构造破碎带富水性弱至中等，或主要矿体虽位于当地侵蚀基准面以下，但附近无地表水体，矿床主要充水含水层和构造破碎带富水性弱，地下水补给条件差，很少或无第四系覆盖，水文地质边界简单；②水文地质条件中等的矿床：主要矿体位于当地侵蚀基准面以上，地形有自然排水条件，矿床主要充水含水层和构造破碎带富水性中等至强，地下水补给条件好；或主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，但附近地表水构不成矿床的主要充水因素，矿床主要充水含水层和构造破碎带富水性中等，地下水补给条件差，第四系覆盖层不普遍、厚度小，疏干排水可产生局部塌陷，水文地质边界较复杂；③水文地质条件复杂的矿床：主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，主要充水含水层富水性强，并具较高水压；构造破碎带发育、导水性强，且沟通区域强含水层或地表水体；第四系覆盖层分布广、厚度大，疏干排水有产生大面积塌陷、沉降的可能，水文地质边界复杂。
2 矿床工程地质条件及勘查中应查明的主要工程地质问题
矿床工程地质条件是指直接或间接影响矿床开采的矿体围岩的工程地质特性，可能产生的工程地质问题等。矿床工程地质勘查的基本任务是查明矿床的工程地质条件、评价井巷围岩的岩体质量和稳固性或露天采矿场的岩体质量和边坡的稳定性，预测可能发生的工程地质问题。具体内容包括以下几方面。
(1)在查明矿区地层岩性厚度及分布规律的基础上，依据岩石的物质成分、成层条件、厚度、构造以及其他作用对岩石的破坏程度，划分岩(土)体的工程地质岩组，侧重查明对矿床开采不利的软弱岩组的性质、产状与分布。
(2)查明主要构造线方向，各级结构面的分布、产状、规模及充填、充水情况，确定结构面级别及主要不利结构面，指出其对矿床开采的影响。
结构面级别：依据结构面形式、规模及对岩体稳定性影响程度划分为五级：①一级结构面：区域断裂带，延伸数千米，控制区域稳定；②二级结构面：矿区内主要断裂或稳定的原生软弱层，长数千米，控制山体稳定；③三级结构面：矿区内次级断裂或不稳定的原生软弱层，长数百米，控制岩体稳定；④四级结构面：节理裂隙、层理、片理，延伸有限，破坏岩体完整，影响岩石力学性质及局部稳定；⑤五级结构面：微小节理、劈理，降低岩石强度。
(3)查明矿体及围岩的岩体结构、岩体质量，对岩体质量及其稳定性作出评价。
岩体结构的完整性及破裂程度分为：整体结构、块状结构、层状结构、薄层状结构、镶嵌结构、层状碎裂结构、碎裂结构和散体结构。
岩石质量等级评定，一般依据岩心钻探取心测定的“RQD”值(表1)。
表1 岩石质量等级表
岩体质量评定一般可依据岩块饱和轴向抗压强度及“RQD”值按公式M=-RC/300×RQD估算岩体质量指标并分级(表2)。
表2 岩体质量分级表
(4)查明岩体的风化程度、物理力学性质，确定强风化带界面及标高。对强蚀变矿区，应确定主要蚀变作用，圈定蚀变范围。
(5)对可溶岩类矿床，应查明岩溶发育的主要层位、深度、发育程度和主要特征、充填及充水情况，顶部覆盖层的厚度、岩性、结构特征及含水情况。
(6)系统测定矿床露采和井采影响范围内各种岩石(土)的物理力学参数。
(7)在构造活动强烈的高地应力地区，有条件时，应专门进行地应力测量，确定最大主应力方向及大小，为巷道工程科学布局提供依据。
(8)对露天开采的矿床，应查明岩矿石强度的空间分规律，对剥离物强度进行分级；重点查明采场边坡的岩(土)体岩性、结构、物理力学性质，含水层及软弱层的分布、各类结构面的发育程度和组合关系，对边坡的稳定性进行评价，提出建议边坡角。
岩石强度依据岩石抗压强度分为：松软岩类，岩石抗压强度小于6MPa；中硬岩类，岩石抗压强度15～6MPa；硬岩类，岩石抗压强度大于15MPa。
(9)依据矿床的工程地质条件、开拓方式，预测矿床开采中可能出现的不良工程地质问题。常见的主要工程地质问题有：边坡失稳(滑坡、塌方、掉块、倾倒等)、地面变形破坏(岩溶地面塌陷、地面沉降、开裂及陷落等)、坑道变形(片帮、冒顶、底鼓等)、巷道突水突泥及溃塌、山体失稳、冲击地压等。
(10)依据地形、地貌、地层岩性、地质构造、岩体风化及岩溶发育程度、第四系覆盖层厚度、地下水静水压力等因素，确定矿床工程地质条件的复杂程度，分为：①简单型：地形地貌条件简单，地形有利于自然排水；地层、岩性单一，地质构造简单，岩溶不发育，岩体结构以整体、块状、厚层状为主，岩石强度高，稳定性好，不易发生矿山工程地质问题；②中等型：地层、岩性较复杂，地质构造发育，岩石风化强度、岩溶发育程度中等或有软弱夹层及局部破碎带和饱水砂层影响岩体稳定，局部地段易发生矿山工程地质问题；③复杂型：地层、岩性复杂，岩石风化、岩溶发育程度高，构造破碎带发育，岩石破碎，新构造活动强烈，或松散软弱层厚，含水层多、分布广，地下水具有大的静水压力，矿山工程地质问题普遍存在和经常发生。
3 矿床环境地质条件及勘查中应查明的主要环境地质问题
矿床环境地质条件包括矿床所在地区原生环境地质条件和矿床开采可能引起的环境地质问题两个方面。矿床环境地质勘查的基本任务是：评价矿区的地质环境质量，预测矿床开采可能引起的主要环境地质问题，并提出防治建议。具体内容包括以下几个方面。
(1)区域稳定性调查评价：收集矿区附近历史地震资料，确定地区地震烈度；调查地区新构造活动情况，分析有无活动性断裂存在及其对采矿可能的影响。
(2)对矿区开发影响区内的滑坡、崩塌、山洪、泥石流等自然地质现象进行详细调查，圈定其范围，确定其发生、发展的原因和规律，对矿区的稳定性作出评价。
(3)调查矿区附近水体(地表水、地下水)质量，确定水环境背景值。
(4)在有放射性矿物分布的矿区，应调查测定地区的放射性强度，圈定放射性强度异常区，确定放射性强度背景值。
(5)对深部勘探(垂深大于500m)矿区及有热异常的地区，应进行深部测温调查，确定常温带的深度及温度、下部增温带的地温梯度，圈定有热害的地区及等级。
(6)对有毒、有害气体分布的矿区如煤矿瓦斯、硫化氢等，应测定其含量、气体成分，控制因素与分布规律，为制定防治措施提供依据。
(7)对采矿活动引起的地面变形破坏(沉降、塌陷、地面开裂、滑坡、岩崩等)进行调查，分析其发生、发展的原因，预测矿山开采可能引起的地面变形破坏地段及破坏的程度，提出减少和防治地面变形破坏的措施。
(8)对矿山疏干排水引起的环境地质问题(区域水位下降、生态环境恶化、土地沙化等)进行调查，预测其变化趋势，提出维护生态平衡的措施。
(9)对采矿活动可能引起的水体污染，固体废弃物分解的化学污染，废气、粉尘排放对环境的污染进行预测评价。
(10)在上述调查评价的基础上，对矿区的环境地质条件进行总体评价，确定矿区地质环境类型，分为：①矿区地质环境质量良好：矿区附近无污染源，地表水、地下水水质良好(Ⅰ，Ⅱ类)，矿石和废石不易分解出有害组分；②矿区地质环境质量中等：采矿活动可产生局部地面变形破坏，但对地质环境破坏不大；区内无大的污染源，无热害，地表水、地下水水质较好(不低于Ⅲ类)，矿山排水对附近水体有一定污染；矿石、废石的化学成分基本稳定，无其他环境地质隐患；③矿区地质环境质量不良：矿区水文地质工程地质条件复杂，因采矿活动可带来严重的环境地质问题，如地面塌陷、山体开裂失稳、井泉干涸，有热害或矿山排水及矿石、废石中有害组分的分解易造成对附近水体的污染，水体水质超过Ⅲ类标准。
4 固体矿床开采技术条件类型划分
全国固体矿床类型多样，所处地区自然地理环境不同，矿床地质、水文地质、工程地质背景不同，其开采技术条件千差万别，在研究单个矿床的开采技术条件时，发现有的以水文地质问题为主，由水文地质问题引发出工程地质和环境地质问A；有的以工程地质问题为主，由工程地质问题引发出水文地质和环境地质问题；有的则环境地质问题突出。矿床水文地质、工程地质、环境地质问题的多少及复杂程度，决定其开采技术条件的复杂程度。为方便应用，将固体矿床开采技术条件分类简化为三类九型，即：开采技术条件简单的矿床(Ⅰ类1型)；开采技术条件中等的矿床(Ⅱ类)，细分为水文地质问题为主的矿床(Ⅱ-1型)、工程地质问题为主的矿床(Ⅱ-2型)、环境地质问题为主的矿床(Ⅱ-3型)、复合问题的矿床(Ⅱ-4型)；开采技术条件复杂的矿床(Ⅲ类)，细分为水文地质问题为主的矿床(Ⅲ-1型)、工程地质问题为主的矿床(Ⅲ-2型)、环境地质问题为主的矿床(Ⅲ-3型)、复合问题的矿床(Ⅲ-4型)。各类型矿床开采技术条件基本特征及勘查工作要求见《固体矿产地质勘查规范总则》(GB/T 13908—2002)附表B：《固体矿产开采技术条件勘查类型划分及其特征简表》。
5 固体矿床勘查评价中几个值得普遍关注的问题
(1)采矿冒裂带高度研究及地面变形破坏的环境影响预测问题：地下矿床开采，采空区顶部受到来自上部岩层垂向压力而形成冒裂带，在上部为松散岩层的条件下，还由于含水层失水，土层压缩而形成大面积地面沉降，在岩溶发育地区，并可造成地面塌陷。浅埋矿床开采其冒裂带的形成与发育高度，对地面变形破坏的范围、矿坑涌水量、岩溶塌陷等问题都有重要影响，分析研究浅埋矿床开采采空区冒裂带的形成与发育高度，采取措施控制其发育高度，对于预测和减小矿床开采对地面的变形破坏范围、预测矿井涌水量、预防岩溶塌陷等有十分积极的意义。
(2)矿坑涌水量预测与动态监测问题：矿井涌水量预测的准确与否，对未来矿山设计与矿山开采成本有重要影响，这一问题历来受矿床地质勘探工作的重视，但往往由于受勘探程度和对矿床具体水文地质条件认识的限制，一些水文地质条件复杂的矿床，矿坑涌水量的预测精度并不尽如人意。多年开采矿床的实际矿坑排水资料表明，矿坑涌水量大小受多种因素的影响，对已采矿坑的涌水量进行系统监测研究，会有利于类似矿床开采和已采矿床的深部开采矿坑涌水量预测。在我国矿床开采深度逐步加大，不少煤矿面临开采水压高、底板水丰富的深部煤层的形势下，加强已采矿床矿坑涌水量的监测研究，就显得特别有意义。
(3)断裂构造带、矿井底板突水安全带设置与突水预防问题：断裂带突水、矿井底板突水是矿床开采中影响矿井安全生产的两个比较突出的水文地质问题，矿区主要断裂构造是导通相邻含水层和地表水进入矿坑的主要通道，矿床底板赋存有富含水层的条件下，开采深部矿体时，在高水头压力作用下，地下水沿底板薄弱处或断裂破碎带突入矿坑已为不少矿井发生的突水事故所证实，值得高度重视。为预防突水，矿床勘查中，应准确查明导水断裂带位置，研究矿层因断层错动与强含水层可能对接的部位，分析矿层底板隔水岩层厚度及可能的薄弱地段，为防水安全带的设置提供依据。
(4)矿区水资源保护、综合利用与地区生态环境保护问题：矿山开采中给当地水环境带来两个比较突出的问题，一是为矿床开采的需要，大量疏干排水，消耗了当地大量的水资源，多数情况下为淡水资源；二是矿山工业、生活污水排放又对当地的水资源造成一定的污染。在两者的共同作用下，使得当地可用水资源减少，水环境质量恶化。在整体环境质量不断下降的条件下，矿床开采中，注重矿区水资源的保护、防止污染、搞好综合利用与地区生态环境的建设就显得尤其重要，这是可持续发展的需要。
(5)有害气体测试研究：矿床中赋存的有毒、有害气体(如煤层瓦斯等)，在矿床开采中，是危及矿山工作人员生命安全的重大隐患，这方面的深刻教训不少。应研究其形成条件、物质成分、赋存规律及含量变化，为防治其危害提供依据。
(6)深部地温观测与矿山热害预防问题：矿山热害问题已在我国部分矿床开采中有所出现，有的还比较突出，如湖南郴州711矿、江苏苇岗铁矿等，A着我国不少矿床开采深度的加深，这一问题会逐渐凸显起来。在深部矿床的勘查工作中，应重视地温场的测量，确定矿区的地温梯度，圈定可能的地热异常区及可能的热害地段。应重视深大断裂构造带及隐伏背斜构造轴部附近地温场的变化，这些地段往往是深部热水的运移通道，是形成矿山热害的主要部位。
(7)深部地应力测试问题：对一些深部矿床，尤其是构造活动比较强烈地区的矿床勘查，应注意深部地应力的测试、分析，确定地区主应力方向，为矿床开采工程总体布局、采矿坑道维护提供依据。
(8)矿山环境整治与环境功能再建问题：一些矿山开采对地面形成了比较严重的变形破坏，地面塌陷给当地生产、生活带来安全隐患。这些地段的环境得不到有效治理，显然是重矿山开采轻环境建设、保护的结果，是开采资源以牺牲环境为代价的结果，这是在今后的矿山建设和生产中所不允许的。一些矿山生产建设中注意到了这个问题，开始重视利用技术、人才、资金优势，合理利用各种资源，再造一个新的环境，实现了矿山开发与环境保护建设的统一，这应该是我国今后矿山建设和发展的方向。
参考文献
矿区水文地质工程地质勘探规范(GB12719—91).北京：中国标准出版社，1991.
固体矿产地质勘查规范总则(GB/T 13908—2002).北京：中国标准出版社，2002.
中国固体矿床工程地质工作研究(地质专报，水文地质工程地质第7号).北京：地质出版社，1990.