武安坦嶺村水泥用石灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件

孫思曉

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北 保定 071000）

武安坦嶺村水泥用石灰?guī)r礦床地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件

孫思曉

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北 保定 071000）

河北省武安坦嶺水泥用石灰?guī)r主要賦存層位為中奧陶統(tǒng)磁縣組第二段(O2c2)。礦石各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到Ⅰ級(jí)品。通過(guò)對(duì)該礦床的地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件進(jìn)行研究，認(rèn)為本礦區(qū)開采技術(shù)條件簡(jiǎn)單，適宜露天開采。

石灰?guī)r礦；地質(zhì)特征；開采技術(shù)條件

1 地質(zhì)概況

河北省武安坦嶺村水泥用石灰?guī)r礦床位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ2)燕山臺(tái)褶帶武安凹斷的中部。分布地層主要為古生界奧陶系地層，水泥用石灰?guī)r主要含礦層位為中奧陶統(tǒng)磁縣組第二段

礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，地層總體呈單斜產(chǎn)出，傾向310～35°，傾角一般5～15°，局部略陡。產(chǎn)狀基本穩(wěn)定。發(fā)育斷層一條，分布于礦區(qū)東部邊緣，為逆斷層，延伸長(zhǎng)約900m。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦層特征

礦床由5個(gè)礦體和4個(gè)夾石層組成。礦體特征見表1。

2.2 礦石自然類型

礦石按自然類型可分為致密灰?guī)r、花斑狀灰?guī)r兩種。

表1 礦體特征

致密灰?guī)r：為深灰至灰黑色，隱晶結(jié)構(gòu)—微晶結(jié)構(gòu)、生物碎屑結(jié)構(gòu)、鮞粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由隱晶狀它型粒狀方解石組成，另有少量生物碎屑及多晶鮞。方解石含量＞90%，粒徑0.001～0.002mm。生物碎屑含量＜5%，為棒狀殼狀，由微晶方解石所充填，其內(nèi)的微晶一般為他形的方解石，粒徑0.01～0.02mm。多晶鮞粒含量＜5%。為薄皮多晶鮞，粒徑0.1～0.5mm。

花斑狀灰?guī)r：灰、深灰、灰褐色，微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，花斑狀構(gòu)造。礦物成分主要為方解石，其次為白云石、生物碎屑、鐵質(zhì)等。方解石含量90%～95%。粒徑＜0.01mm。白云石含量5%～10%，粒徑0.05～0.01mm。白云石化強(qiáng)烈。白云石交代方解石呈花斑狀分布于泥晶方解石中，構(gòu)成花斑狀構(gòu)造。

2.3 礦石化學(xué)成分及變化規(guī)律

礦石化學(xué)成分(%)為：CaO 44.27～54.94、 MgO 0.08～7.69、K2O+Na2O 0.008～0.606、SiO21.94～3.61、Al2O30.32～0.64、Fe2O30.16～0.42、LOI 41.37～42.54、SO30.053～0.064、Cl-0.007～0.010、fSiO20.26～0.34。

礦石化學(xué)成分總體上具有高鈣低鎂低堿的特性。

各礦體CaO、MgO和K2O+Na2O變化性質(zhì)和變化程度總體為：CaO變化屬均勻(變化系數(shù)3%)；MgO變化屬不均勻(變化系數(shù)97%)；K2O+Na2O變化屬較均勻(變化系數(shù)49%)。

從化學(xué)成分上看，礦石中MgO、K2O+Na2O含量偏低，CaO含量高，其他化學(xué)成分均含量低。各礦層平均成分詳見表2。

表2 礦體平均化學(xué)成分(%)

綜上所述，該礦床為一高品位水泥用石灰?guī)r礦床，按照DZ/T0213-2002《冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》中水泥用石灰?guī)r礦床評(píng)價(jià)的一般工業(yè)指標(biāo)要求：

Ⅰ級(jí)品：CaO≥48%、MgO≤3.0%、K2O+Na2O≤0.6%、SO3≤1%、fSiO2≤4%。

Ⅱ級(jí)品：CaO≥45%、MgO≤3.5%、K2O+Na2O≤0.8%、SO3≤1%、fSiO2≤4%。

5個(gè)礦體均為Ⅰ級(jí)品。

2.4 夾石類型及特征

該礦床有4層夾石，主要由白云質(zhì)灰?guī)r和花斑狀灰?guī)r組成，為低鈣高鎂質(zhì)夾層。各夾層特征見表3。

表3 各夾層類型及特征統(tǒng)計(jì)

3 礦床開采技術(shù)條件

3.1 水文地質(zhì)

礦區(qū)地處太行山東麓，屬低山丘陵區(qū)。總體地貌為一東西向山梁，中間高，南北兩側(cè)低。區(qū)內(nèi)最高海拔標(biāo)高為502.974m，最低海拔標(biāo)高為335.05m，相對(duì)高差為168m。

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，礦區(qū)內(nèi)巖溶不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)大的溶洞、漏斗或塌陷等，巖石中局部可見蜂窩狀溶孔及溶蝕坑。礦區(qū)節(jié)理裂隙主要有兩組，第一組傾向175°左右，傾角78°左右，第二組傾向275°左右，傾角83°左右，兩組節(jié)理走向分別為85°、5°，第一組占2/3，后者占1/3，裂隙率為1%。礦區(qū)所有鉆孔均漏水嚴(yán)重，終孔后孔底均無(wú)水，民采豎井經(jīng)調(diào)查均穿過(guò)礦床底板，未發(fā)現(xiàn)有水，故本區(qū)為透水不含水層，是良好的大氣降水排泄通道。礦區(qū)地下水補(bǔ)給主要靠大氣降水。

礦床為露天開采，最低開采標(biāo)高確定為340m，礦區(qū)內(nèi)侵蝕基準(zhǔn)面及最大洪水位標(biāo)高均在318m左右，低于最低采高約22m，有利于大氣降水的自然排泄。礦區(qū)內(nèi)所有水井已干枯，通過(guò)對(duì)周邊水井調(diào)查，地下水標(biāo)高在126.5～130.4m，低于最低采高約190m。由此看來(lái)地表水、地下水對(duì)礦山開采無(wú)影響。礦床水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

3.2 工程地質(zhì)

3.2.1 礦(夾)層及其頂?shù)装鍘r石及邊坡的穩(wěn)定性

本礦床主要礦石自然類型為致密灰?guī)r和花斑狀灰?guī)r，二者均為隱晶或微晶結(jié)構(gòu)，厚層—巨厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為方解石，礦石完整堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，穩(wěn)固性好。

夾層的主要巖石類型為白云質(zhì)灰?guī)r、花斑狀灰?guī)r。巖石為隱晶—細(xì)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為方解石、白云石。為中厚—厚層狀，致密堅(jiān)硬，穩(wěn)固。

礦體的頂板為白云質(zhì)灰?guī)r，巖石堅(jiān)硬穩(wěn)固。底板為角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r，為中厚層狀，角礫狀構(gòu)造，近地表風(fēng)化強(qiáng)烈，巖石變軟易碎，風(fēng)化深度1～2m。穩(wěn)固性相對(duì)較差，礦山開采時(shí)應(yīng)注意安全。

區(qū)內(nèi)斷層F1，斷距約105m，斷層走向近南北，傾向東，傾角45～55°，斷距約105m，斷層兩盤巖層有拖曳現(xiàn)象，且較破碎，故斷層對(duì)礦床開采有一定的影響。

本區(qū)巖溶不發(fā)育。節(jié)理裂隙主要有兩組走向分別為85°、5°，和開采邊坡走向均斜交，面裂隙率僅1%，裂隙不發(fā)育。故巖溶裂隙對(duì)礦床開采穩(wěn)固性影響不大。

按工業(yè)指標(biāo)要求，礦床北部邊坡高度＜150m，邊坡角按60°預(yù)留，邊坡傾向與地層傾向相反為穩(wěn)定型邊坡，底板邊坡按底板的自然邊坡，邊坡傾向與地層傾向相同，屬不穩(wěn)定型邊坡，但巖層傾角僅10°左右，邊坡尚屬穩(wěn)定，但開采時(shí)應(yīng)注意安全。

3.2.2 抗壓強(qiáng)度

為了解礦石和圍巖的力學(xué)性質(zhì),在礦體和底板共采取抗壓強(qiáng)度樣3組(每組6塊)，做垂直和平行層面的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列于表4。

表4 抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

由表4可見，礦夾石力學(xué)強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，穩(wěn)固性良好。工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

3.3 環(huán)境地質(zhì)

3.3.1 地質(zhì)環(huán)境及生產(chǎn)安全條件

為確保礦區(qū)的安全生產(chǎn)，對(duì)礦區(qū)的環(huán)境地質(zhì)條件進(jìn)行了調(diào)查了解，礦區(qū)遠(yuǎn)離地震活動(dòng)帶，區(qū)域穩(wěn)定性良好；礦區(qū)及其周圍不存在有害元素及污染源，所開采的礦石也無(wú)有害元素及污染物。

另外，礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。因此，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境和生產(chǎn)安全條件良好。

3.3.2 礦山開發(fā)對(duì)環(huán)境的影響及治理建議

(1) 礦山生產(chǎn)過(guò)程中，主要有以下污染源。

石灰?guī)r礦為山坡露天開采礦床，礦山的開采不可避免的對(duì)礦區(qū)及周圍環(huán)境造成一定程度的破壞。礦山開采可能產(chǎn)生的污染源有：①鑿巖：在鑿巖過(guò)程中將產(chǎn)生粉塵、燥聲污染；②裝卸、運(yùn)輸：無(wú)論礦石、廢石，在裝卸過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生尾氣、燥聲、粉塵污染；③固體廢棄物：礦山開采時(shí)對(duì)上覆的第四系黃土作為水泥粘土配料進(jìn)行開采，夾層及蓋層用碎石機(jī)加工成碎石作為建筑骨料使用，礦山開采過(guò)程產(chǎn)生的礦石廢渣、廢石等固體廢棄物較少，不會(huì)形成泥石流。

(2) 礦山開采可能造成的環(huán)境影響有：①大氣環(huán)境質(zhì)量變差，礦山開采使空氣中的可吸入顆粒物、NO2、CO等濃度增加，從而降低大氣空氣質(zhì)量；②礦山開采造成山體破壞、巖石裸露、植被破壞，從而加劇水土流失，造成土地砂化，崩塌滑坡產(chǎn)生的可能性增大。

(3) 環(huán)境治理的建議。

由于礦山開采可能對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的上述污染，建議在礦山生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中采取以下措施使危害減少到最低：①在礦石生產(chǎn)、裝卸及運(yùn)輸時(shí)實(shí)行濕式作業(yè)，以減少粉塵污染；②對(duì)鑿巖機(jī)等加裝消音裝置，減少燥聲污染；③合理安排開采區(qū)，盡量減少開采面積和巖石裸露面積,減少水土流失；④保護(hù)現(xiàn)有林木，在堆渣區(qū)及時(shí)種植樹木，以防止水土流失和生成泥石流，并減少粉塵和噪聲污染。

3.4 小結(jié)

本礦床為露天開采的水泥用石灰?guī)r礦，最低開采標(biāo)高位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上，地形有利于自然排水，礦山開采不受地下水威脅，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，礦夾層厚度較穩(wěn)定，礦石質(zhì)量較好，礦體裸露地表，覆蓋少，礦夾石力學(xué)強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，礦夾石穩(wěn)固性良好。廢石、廢渣不含有毒有害組分，對(duì)水土污染影響較小，對(duì)人體健康危害較小；因此本礦床為開采技術(shù)條件簡(jiǎn)單的礦床，適宜露天開采。

[1]河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.河北省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社, 1989:136-137,591-592.

[2]中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心.DZ/T0213-2002.冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

[3]王春華.石灰?guī)r礦安全高效坑采技術(shù)研究[D].贛州:江西理工大學(xué),2012.

Study on the Geological Characteristics and Genesis of Tanling Limestone Deposit for Cement in Wu'an City

SUN Si-xiao
(Hebei Branch of China National Geological Exploration Center of Building Materials Industry, Baoding 071000, China)

The position of Tanling limestone deposit for cement is the middle Ordovician Cixian formation the second paragraph (O2c2) in Wu'an City. Ore indicators meet the requirements of cement Ⅰ. Through the study on the geological characteristics and mining technical conditions of the deposit, the mining technical conditions is simple. It is suited to open-pit mining.

limestone deposit; geological characteristics; mining technical conditions

P619.225

A

1007-9386(2017)02-0027-03

2016-11-17