甘肅永登石砬溝石英石礦床地質(zhì)特征與開采技術(shù)條件

魏振元

摘要：石砬溝石英石礦床是近年來新發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的，礦區(qū)內(nèi)出露巖石有石英巖、絹云石英片巖夾變質(zhì)石英砂巖等。石英巖礦體厚大，層位穩(wěn)定，礦石質(zhì)量良好，品位穩(wěn)定，Si02含量最高為99.94%。礦床水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，工程地質(zhì)分類為Ⅳ～Ⅴ，屬中等堅(jiān)固性巖石。礦山采用露天開采，因此對(duì)環(huán)境的影響較大。地下水對(duì)礦山開采影響較小。礦山回采完畢后，要進(jìn)行采坑回填及覆土植被，減少對(duì)環(huán)境的危害。

關(guān)鍵詞：石砬溝，石英石礦床，地質(zhì)特征，開采技術(shù)條件，甘肅永登

1.前言

石英巖是以石英（Si02）為主要成分的沉積變質(zhì)巖石，為主要硅質(zhì)原料，其主要用途是：（1）冶金工業(yè)：主要用于制造耐火材料，冶煉硅質(zhì)合金（硅鐵、硅錳、硅鉻）和作熔劑。（2）玻璃工業(yè)：是制造玻璃的主要原料。（3）建筑工業(yè)：可作重要的建筑基石。（4）化學(xué)工業(yè)：硅石可制作各種硅化物和硅酸鹽及硝酸鹽，質(zhì)佳者可作耐酸l生的硫酸塔中的充填物。（5）研磨業(yè)：石英巖和石英砂巖可制作磨石、油石、砂紙及碳酸硅等研磨材料；石英砂也多用來鋸石料、磨光玻璃、磨金屬制品及石器制品的表面，石英也用于琢磨珠寶。（6）其他工業(yè)：可作搪瓷和陶瓷原料。

世界上石英巖分布很廣，主要產(chǎn)于蘇聯(lián)、日本及加拿大等地。我國(guó)石英巖資源豐富，探明儲(chǔ)量約32億噸。甘肅石英巖產(chǎn)出量亦較大，主要集中在北山及祁連山地區(qū)，隴南、甘南地區(qū)相對(duì)較少。石砬溝石英石礦床是近年來新發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的，對(duì)其礦床地質(zhì)和水文、工程和環(huán)境開采技術(shù)條件還缺乏足夠的研究，這對(duì)礦床下一步勘探開發(fā)不利，基于此，筆者在礦床地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，討論了其開采技術(shù)條件，以期為后期開發(fā)提供參考。

2.區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域出露地層屬震旦系黑龍群上組，由石英巖、絹云石英片巖、變砂巖等淺變質(zhì)巖系組成。自下而上依次可分為五個(gè)巖性段：灰黑一黑色絹云石英片巖；白色一灰白色厚層狀石英巖；灰黑色絹云石英片巖；白色一灰白色厚層狀石英巖，為本次核實(shí)工作的含礦巖層；灰黑色絹云石英片巖。此外，該區(qū)第四系分布廣泛，主要由黃土、殘坡積及沖洪積組成。礦區(qū)位于祁秦地軸西部北緣，次級(jí)小褶皺僅局限于絹云石英片巖層中，一般多為小型牽引褶曲。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，且規(guī)模小，主要斷裂有兩組。區(qū)內(nèi)僅見花崗閃長(zhǎng)巖體，出露于該區(qū)西部和北部。與圍巖地層呈侵入接觸，接觸面平直光滑。巖體呈灰一灰綠色，粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，西部呈片麻狀構(gòu)造，主要有斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、角閃石、陽起石等組成b。在巖體與絹云石英片巖接觸處，局部形成厚約10cm的綠泥石化帶，在圍巖中具角巖化和褪色現(xiàn)象，局部有鐵染。

3.礦床地質(zhì)特征

3.1巖層

礦區(qū)內(nèi)出露巖石有石英巖、絹云石英片巖夾變質(zhì)石英砂巖等。巖層走向與山系延伸方向大體一致，一般為310°～300°，SW傾向，傾角50°-70°。石英巖裸露地表，形成險(xiǎn)峻的山峰；而絹云石英片巖多為植被覆蓋，形成緩坡，僅在石砬溝西側(cè)及放馬溝一帶出露較好。區(qū)內(nèi)地層自下而上分別為五層：絹云石英片巖夾變質(zhì)石英砂巖、薄層石英巖層。白色—灰白色厚層狀石英巖。絹云石英片巖夾變質(zhì)石英砂巖、石英巖。石英巖，為礦層。絹云石英片巖夾變質(zhì)石英砂巖、薄層石英巖層。

3.2構(gòu)造

區(qū)內(nèi)為一單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀為205°～215°<50°-70°，見有小型斷層，對(duì)礦體影響不大，摩擦面或角礫巖中含鐵質(zhì)較高時(shí)對(duì)礦石質(zhì)量有一定的影響。

33巖漿巖

本區(qū)僅見一花崗閃長(zhǎng)巖體。分布于礦區(qū)西北部，呈巖基產(chǎn)出。巖體呈灰一灰綠色，內(nèi)有肉紅色脈狀花崗巖分異體，粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要有斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、角閃石、陽起石等。巖體與圍巖界線清楚，產(chǎn)狀平直，SE傾斜，傾角多在85°以上。內(nèi)接觸帶有圍巖（絹云石英片巖）捕虜體，生成時(shí)代為加里東期。

3.4礦體地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)石英巖礦體厚大，層位穩(wěn)定，質(zhì)地良好，出露長(zhǎng)度1500m左右，分割范圍內(nèi)礦體長(zhǎng)1400m，厚度150m-350m。近圍巖處局部呈中厚至薄層狀，單層厚0.2m-0.4m。沿層面有少量粘土質(zhì)薄膜、鐵質(zhì)物呈細(xì)脈狀雜亂分布。厚層石英巖質(zhì)量良好，薄層石英巖質(zhì)量較差。STB均位于2400m標(biāo)高以下，不在本次分割范圍內(nèi)。頂?shù)装鍑鷰r均為絹云石英片巖夾變質(zhì)石英砂巖、薄層石英巖層。礦體與上覆圍巖界線分明，而與下伏圍巖似有漸變過渡趨勢(shì)（即石英巖一石英巖與絹云石英片巖互層_絹云石英片巖夾石英巖、變質(zhì)石英砂巖薄層），過渡帶一般寬10m-20m。

3.5礦石質(zhì)量

礦石呈灰白色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英及微量絹云母。石英占97%以上，呈等軸粒狀或他形粒狀，粒度大小不等，大者達(dá)1.5mmX0.8mm，小者<0.005mm，一般0.15mmx0.7mm，彼此呈齒狀鑲嵌。礦石有破碎現(xiàn)象，局部被碾碎成隱晶質(zhì)石英，絹云母<2%，呈細(xì)鱗片狀，常分布于石英粒間或呈集合體無定向排列，為后期變質(zhì)礦物。

破碎帶及其附近的石英巖局部呈尖棱粒狀，粒度大小懸殊，大者約0.8mm-1.4mm，小者呈糜棱狀，其形狀極不規(guī)則，膠結(jié)物石英及少量粘土質(zhì)，并含有少量鐵質(zhì)。后者多為褐鐵礦，且呈粉末狀或細(xì)脈狀稀疏分布。

礦石質(zhì)量良好，品位穩(wěn)定，Si02含量最高為99.94%。礦區(qū)地表礦石平均品位：Si02：98.29%，A1203：0.59%，各剖面礦石品位變化如下表：

4.開采技術(shù)條件

4.1水文地質(zhì)

區(qū)域上屬內(nèi)陸干旱地帶，水文地質(zhì)簡(jiǎn)單，主要地下水補(bǔ)給為附近的大通河，是黃河的二級(jí)支流，平均流量為82m3/s；礦床附近的西寺溝亦有地表徑流，但位于分水嶺另一側(cè)，屬另一水文地質(zhì)單元，流量為0.5m。河谷開闊，逕流、排泄暢通。礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，地下水補(bǔ)給為大氣降水。礦區(qū)地形自河漫灘至分水嶺高差約600m，水平距離2540m。在水平分布上，存在地下水的地層主要位于階地第四系碎屑沉積物砂礫層。其底部存在少量孔隙水，但水量較少，形成不了地下潛流。區(qū)內(nèi)巖層風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖石表層破碎，加之由于構(gòu)造裂隙的影響，本應(yīng)該是雨水下滲的良好通道，但由于礦區(qū)地形坡陡溝深，在短短的水平距離之內(nèi)，高差懸殊太大，故致使降水利于流泄而不利于滲透；同時(shí)，由于礦體位于陰坡，地表又不同程度地有黃土及植被覆蓋，因而在礦區(qū)雖然地層風(fēng)化裂隙發(fā)育、破碎，而在淺部卻不存在基巖裂隙水。

石英巖節(jié)理發(fā)育，通過對(duì)淺井、采場(chǎng)的觀察，礦層基本不含裂隙水，圍巖片巖及變質(zhì)石英砂巖從巖石裂隙發(fā)育看，應(yīng)該是含水的有利部位，但經(jīng)過調(diào)查，卻未見含水的跡象，其原因是得不到補(bǔ)給。同時(shí)經(jīng)過這些年的采礦證實(shí)，礦體在地形上位于較高部位，在暴雨季節(jié)也有有利的地形條件排水。因此，礦床水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

大的斷裂構(gòu)造在區(qū)內(nèi)少見，且礦床開采范圍位于侵蝕基準(zhǔn)面之上200m左右。在小的斷裂內(nèi)未見充水現(xiàn)象。

4.2工程地質(zhì)

礦區(qū)巖石只有明顯的兩種巖性，一種石英巖，為礦體，另一種絹云石英片巖，是圍巖，二者的工程地質(zhì)穩(wěn)固性如下：

石英巖呈塊狀結(jié)構(gòu)，工程地質(zhì)分類為Ⅲ類，屬堅(jiān)固性巖石，圍巖由于片理化較發(fā)育，穩(wěn)定性較差，工程地質(zhì)分類為IV.～V，屬中等堅(jiān)固性巖石。

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松散系數(shù)：礦石松散系數(shù)平均值為1 74，圍巖松散系數(shù)平均值1.70。

自然安息角：平均值44°45'28"。

礦石比重：2.6t/m3；巖石比重：2.59t/m3。

4.3環(huán)境地質(zhì)

礦區(qū)位于馬雅雪山山脈東南部，據(jù)中國(guó)地震區(qū)劃圖：基本烈度Ⅶ度，地震分組屬第二組，設(shè)計(jì)地震基本加速度值0.10g。

礦山采用露天開采，因此對(duì)環(huán)境的影響較大。開采過程中，SiOz粉塵濃度較高，為避免從業(yè)人員吸入Si02粉塵后，對(duì)身體造成危害，應(yīng)盡量應(yīng)用濕式作業(yè)，配備防毒面具，采場(chǎng)和爆破堆上派專人灑水防塵土，尤其是在破碎篩分過程中產(chǎn)生的粉塵，要進(jìn)行噴水和通風(fēng)除塵，盡量減少粉塵的污染。

采場(chǎng)采空形成的邊坡，盡管圍巖相對(duì)較為穩(wěn)定，但由于地形高差大，表層分布有第四系松散碎屑物質(zhì)，易造成坍塌等地質(zhì)災(zāi)害，故頂板以上的地表植物和自然地形，不要任意破壞，對(duì)采礦形成的邊坡盡量恢復(fù)植被，避免造成巖石崩落，水土流失。

廢料的堆放不僅占有相當(dāng)大的場(chǎng)地，更污染環(huán)境，盡量做到綜合利用，以變廢為寶，改善環(huán)境。同時(shí)廢石堆放因暴雨而造成泥石流危害，應(yīng)建立防水、排水系統(tǒng)，在場(chǎng)地附近開挖排水溝，以防突發(fā)性洪水暴發(fā)而引起渣堆被沖毀，以及由此而造成的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。

破碎篩分場(chǎng)地生產(chǎn)用水，能做到循環(huán)使用，凈化達(dá)標(biāo)后排放。

礦山回采完畢后，要進(jìn)行采坑回填及覆土植被，減少對(duì)環(huán)境的危害。