常天印

(山西煤炭管理干部學院)

安哥拉Cacuaco-Vidrol礦區(qū)水泥用石灰?guī)r礦地質(zhì)特征及開采方法

常天印

(山西煤炭管理干部學院)

為了緩解安哥拉羅安達水泥短缺現(xiàn)狀，通過分析Cacuaco-Vidrol礦區(qū)水泥用石灰?guī)r礦床地質(zhì)特征、水文地質(zhì)特征、工程地質(zhì)特征、環(huán)境地質(zhì)特征，并討論了開采方法，對于同類型石灰?guī)r礦床的開發(fā)利用具有一定的參考價值。

水泥用石灰?guī)r礦 地質(zhì)特征 開采方法 建議

安哥拉羅安達基本建設(shè)急需的水泥供應短缺，對此中國國際基金投資公司在羅安達興建了1座大型現(xiàn)代化水泥廠。由于羅安達東南方向約60 km處Bom Jesus石灰?guī)r礦山含磷較高，影響水泥的凝結(jié)時間及強度。通過對安哥拉羅安達Cacuaco-Vidrol礦區(qū)水泥用石灰?guī)r礦地質(zhì)特征進行分析，提出了開采方法建議，為類似礦山開采提供參考。

1 礦區(qū)概況

1.1 礦區(qū)基本情況

Cacuaco-Vidrol水泥灰?guī)r礦區(qū)位于中基羅安達水泥廠西北方向,與水泥廠直線距離約30 km，行政區(qū)劃隸屬羅安達市管轄。該礦床賦存于早第三系中上部層位地層中，礦床NW—SE向最大長約2.38 km，NE—SW向最大寬約1.107 km。礦體厚度總體由北向南礦層逐漸變厚，平均厚38.89 m。該礦區(qū)水泥灰?guī)r(332+333)資源量14 528.84萬t，其中，332資源量9 559.02萬t，占總資源量的66%，333資源量4 969.82萬t，占總資源量的34%。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)概況

(1)地層。礦區(qū)內(nèi)分布地層為早第三系、第四系全新統(tǒng)。

(2)構(gòu)造。礦床呈簡單的單斜巖層產(chǎn)出，礦床由1個礦體組成，礦體總體產(chǎn)狀近水平，有寬緩的波狀起伏，西側(cè)傾向SE，東側(cè)傾向SW，傾角3°～5°。礦區(qū)內(nèi)未見明顯的斷層，未見巖漿巖出露或巖脈穿插。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦層劃分及厚度、質(zhì)量特征

(1)礦層。含礦層在礦區(qū)沿近NW—SE向分布，完整性及連續(xù)性較好。礦體沿走向、傾向方向厚度較穩(wěn)定。整個礦體主要由中厚層灰白色生物碎屑灰?guī)r及少量淺灰綠—灰綠生物碎屑灰?guī)r組成，礦石質(zhì)量沿走向及傾向方向總體變化基本穩(wěn)定，基本為Ⅰ級品。

(2)夾層。礦區(qū)內(nèi)夾有形狀與礦界形狀基本一致的不穩(wěn)定“高鎂夾層”，局部層數(shù)增多至2～3層，礦石質(zhì)量基本穩(wěn)定。

2.2 礦石中有益、有害組分的賦存狀態(tài)

(1)有益組分CaO。CaO主要以生物骨骼碎片、泥晶、亮晶方解石的形式存在。鏡下顯示，生物碎屑含量一般為50%～70%，基質(zhì)為結(jié)晶方解石，其次為白云石中少量的CaO。

(2)有害組分MgO。MgO主要以交代成因的白云石形式存在?；揖G色生物碎屑灰?guī)r白云石交代現(xiàn)象較明顯。白云石交代多呈透鏡狀或不連續(xù)條帶狀，灰黃—灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。白云石均以半自形-自形的細晶方式存在。礦區(qū)內(nèi)白云巖化作用表現(xiàn)強烈，是影響礦石質(zhì)量的主要因素。

(3)游離SiO2。SiO2以黏土礦物或游離狀態(tài)的形式存在，需進行游離SiO2項目分析，以確定游離SiO2對生產(chǎn)的影響。

(4)有害組分K2O、Na2O。K2O、Na2O以黏土礦物的形式存在。賦存形式：①碎屑中，由于弱的重結(jié)晶作用被析出，分布于方解石或白云石周圍；②作為填隙物分布于碎屑周圍；③分布于灰?guī)r的泥質(zhì)中?？傮w來講，K2O、Na2O的含量對礦石質(zhì)量幾乎無影響。

(5)其他組分的含量。①硫矸、Cl-，根據(jù)多元素樣品分析結(jié)果，作為有害組分，礦石中SO3、Cl-含量對礦石質(zhì)量影響不大；②P2O5，根據(jù)多元素樣品分析結(jié)果，P2O5含量一般為0.015%～0.086%，最大0.099%，最小0.014%，平均0.050%。

2.3 礦石類型

(1)灰白-淺黃色泥晶生物碎屑灰?guī)r(溶孔狀泥晶生物碎屑灰?guī)r)。塊狀構(gòu)造，基質(zhì)為灰白色結(jié)晶方解石，生物碎屑以白色薄殼貝殼類生物碎屑為主，質(zhì)量較純，野外定名為灰白-淺黃色生物碎屑灰?guī)r。該類型礦石大部分溶蝕嚴重，巖石表面含大量蜂窩狀溶蝕孔洞，溶蝕后形成溶孔狀泥晶生物碎屑灰?guī)r。巖石主要由藻類(蟹手藻、珊瑚藻、海膽)、孔蟲、貝類、海百合莖、海膽步帶板等生物骨骼碎片，泥晶方解石、少量亮晶方解石、微量氧化鐵質(zhì)等填隙物組成，巖石具生物碎屑結(jié)構(gòu)，孔穴狀構(gòu)造。該類礦石質(zhì)量較純，為優(yōu)質(zhì)水泥灰?guī)r礦石，w(CaO)為52.06%～54.74%，w(MgO)為0.34%～1.13%，全部為Ⅰ級品礦石，為最主要的礦石類型，約占整個礦區(qū)礦石的72%，有少量白云石交代現(xiàn)象，膠結(jié)物為亮、細晶方解石。

(2)淺灰綠—灰綠色泥晶生物碎屑灰?guī)r。塊狀構(gòu)造，基質(zhì)為淺灰綠色—灰綠色結(jié)晶方解石，生物碎屑以白色薄殼貝殼類生物碎屑為主，含泥質(zhì)白云質(zhì)較高，野外定名為淺灰綠色—灰綠色生物碎屑泥質(zhì)灰?guī)r。巖石主要由生物碎屑、管狀生物碎屑、少見輪藻、填隙物(泥晶方解石，微量泥質(zhì)成分)以及金屬礦物組成，巖石具生物碎屑結(jié)構(gòu)，孔穴狀(溶孔狀)構(gòu)造。該類礦石作為水泥石灰?guī)r礦石，質(zhì)量較差，處于礦與非礦的臨界點，是水泥灰?guī)r礦石搭配使用的部分，w(CaO)為48.98%～50.80%，w(MgO)為3.91%～4.08%，礦石質(zhì)量變化較大，為次要的礦石類型，約占整個礦區(qū)礦石的18%。

(3)灰—深灰色泥晶生物碎屑灰?guī)r。塊狀構(gòu)造，基質(zhì)為灰色結(jié)晶方解石，生物碎屑以白色薄殼貝殼類生物碎屑為主，野外定名為灰—深灰色生物碎屑泥質(zhì)灰?guī)r。巖石主要由生物碎屑(長柱(桿)狀生物碎屑包括孔蟲、抱球蟲、螺殼、葉石藻、腹足類、棘皮屑等)，填隙物(泥晶方解石、微量陸源碎屑石英)以及氧化鐵質(zhì)成分組成，巖石具生物碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。該類礦石呈灰—深灰色，生物碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，顏色及礦物分布不均勻，有少量白云石交代現(xiàn)象，白云石呈自形晶，膠結(jié)物為亮晶方解石、細晶方解石，主要作為水泥石灰?guī)r礦石，質(zhì)量稍差，w(CaO)為48.11%～50.08%，w(MgO)為2.15%～3.80%，該類型礦石為次要礦石類型，約占整個礦區(qū)礦石的10%。

2.4 礦床頂、底板

礦床頂板為早第三系灰黃—灰白色鈣質(zhì)含礫砂巖、灰黃色泥巖夾灰白色生物碎屑灰?guī)r，大部分地區(qū)被棕紅色細砂覆蓋。礦床底板為早第三系灰綠色生物碎屑灰?guī)r夾灰綠—灰黑色泥巖。

2.5 巖 溶

區(qū)內(nèi)礦體巖性為灰白色生物碎屑灰?guī)r、淺灰綠—灰綠色生物碎屑灰?guī)r、灰—深灰色生物碎屑灰?guī)r，夾層為灰綠色白云質(zhì)灰?guī)r，巖性較疏松，溶蝕比較明顯，但未發(fā)現(xiàn)大的溶洞。

2.6 礦床成因

該礦床為早第三世由機械沉積、化學沉積和生物化學沉積共同作用形成的淺海相沉積石灰?guī)r礦床，在成巖后生作用階段有輕微的白云巖化。

2.7 礦床覆蓋層的綜合利用

礦床覆蓋層早第三系灰黃—灰白色鈣質(zhì)含礫砂巖夾灰白色生物碎屑灰?guī)r為礦層頂板，呈楔形覆蓋于礦層之上，該頂板無法被利用，應予剝離。礦床覆蓋層第四系棕紅色黏土質(zhì)細砂，不考慮K2O+Na2O，其他有害組分未超標，根據(jù)黏土利用指標，棕紅色黏土質(zhì)細砂鋁氧率符合水泥用黏土指標，但作為黏土，F(xiàn)e2O3、Al2O3含量稍低，且硅酸率偏高，需增加鋁礬土及鐵礦。而作為水泥用硅質(zhì)原料，SiO2含量稍低，建議通過增加鋁礬土及鐵礦作為水泥用黏土使用。

3 礦區(qū)水文、工程、環(huán)境地質(zhì)特征

3.1 水文地質(zhì)

(1)區(qū)域地貌及水文特征。區(qū)域出露地層主要為第三系(E)、第四系全新統(tǒng)(Q4)。區(qū)域內(nèi)地層一般屬弱含水地層，含水層為區(qū)域內(nèi)的灰?guī)r地層，隔水層為泥巖，對供水意義不大，對礦山開采也無影響。

(2)礦區(qū)水文地質(zhì)條件。礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，礦區(qū)內(nèi)無地表水體，也未見地下水露頭，僅在雨季、暴雨后由周圍匯集于溝谷內(nèi)的洪水，數(shù)小時后便可順溝泄入礦區(qū)西北角的低凹處。礦床開采最低標高88 m，大氣降水可能是影響礦床開采的唯一因素，但因礦床底板位置高于當?shù)厍治g基準面，因此大氣降水對礦床開采的影響較小。

3.2 工程地質(zhì)

(1)巖層產(chǎn)狀與邊坡的穩(wěn)固性。當巖層傾向與邊坡方向一致時，不利于邊坡穩(wěn)定；當巖層傾向與邊坡方向相反時，有利于邊坡穩(wěn)定；當巖層傾向與邊坡方向相交且夾角較大時，巖層產(chǎn)狀對邊坡的穩(wěn)定性無影響。礦區(qū)巖層傾向與邊坡傾向近似相反，局部相交，因此，礦區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀有利于邊坡穩(wěn)定。

(2)巖礦層的物理力學性質(zhì)。礦層的主要巖性為灰白色生物碎屑灰?guī)r，礦床頂板為早第三系灰白色鈣質(zhì)含礫砂巖夾灰白色生物碎屑灰?guī)r，底板為早第三系灰綠色生物碎屑灰?guī)r夾灰綠—灰黑色泥巖。天然狀態(tài)垂直層理極限抗壓強度為1.70～6.40 MPa，一般為2.40～5.40 MPa；平行層理極限抗壓強度約1 MPa，說明礦層礦石較松軟，不利于邊坡穩(wěn)定。

(3)礦床工程地質(zhì)條件。該礦床為露天開采，上部為第四系覆蓋層，礦區(qū)所在地降水較少，蒸發(fā)較大,如山洪沿溝下瀉，也不易發(fā)生泥石流之類的災害。但礦層礦石較松軟，開采過程中應予以重視，建議對邊坡進行定期觀測，觀測邊坡坡度和微地貌特征，查明有無滑坡體和錯落體等，對高坡段可進行巖體應力測試、波速試驗和動力測試等，必要時采取排水引流或調(diào)整邊坡坡度1∶(0.75～1)等措施。

3.3 環(huán)境地質(zhì)

安哥拉地震以小震和微震為主，礦區(qū)所在地未發(fā)生過里氏五級以上的地震。礦區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀近水平，礦區(qū)的軟弱夾層主要為薄層泥晶生物碎屑灰?guī)r，巖石完整性較好，不存在滑坡、崩塌等地質(zhì)災害的影響,但應注意風化灰?guī)r及軟弱夾層對邊坡的不利影響。礦床為露天開采，最低開采標高高于當?shù)厍治g基準面，礦床開采不會引起區(qū)域地下水位的下降以及誘發(fā)滑坡、地表沉降等地質(zhì)災害。礦區(qū)內(nèi)殘坡積物主要為細砂(礫砂)，呈半膠結(jié)狀，厚0～5.75 m。目前殘坡積物處于自然穩(wěn)定狀態(tài)，開采過程中，自然邊坡受到破壞，應注意崩塌及大雨引起的泥石流等地質(zhì)災害的發(fā)生。礦山開采過程中應規(guī)劃、設(shè)置采礦廢石堆放場地，合理堆放剝離物及采礦廢石。

4 開采方法

該礦床采用露天開采，礦床單一礦體最小可采厚度8 m，最終底盤最小寬度大于60 m，礦區(qū)總剝采比為0.23∶1，開采邊坡穩(wěn)定性較好，礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，屬第一類第一型。該礦床屬大型礦床，構(gòu)造較簡單，巖層總體近水平，有寬緩的波狀起伏，傾角3°～5°。礦床各礦層連續(xù)性較好，厚度、礦石質(zhì)量沿走向和傾向均較穩(wěn)定，礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖體。據(jù)此可認為，該礦床適宜進行大型機械化開采。

5 結(jié) 語

安哥拉羅安達水泥用石灰?guī)r礦是該區(qū)最典型的石灰?guī)r礦床之一，通過對該礦床的成礦地質(zhì)條件，礦區(qū)水文、工程、環(huán)境地質(zhì)特征進行分析，并對該礦床開采方法進行了討論，為開采同類型石灰?guī)r礦床提供參考。

2015-04-02)

常天印(1968—)，男，高級工程師， 030600 山西省晉中市高校園區(qū)。