西山石膏礦地質(zhì)特征分析

王永明

(陽(yáng)泉市上社煤炭有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

礦區(qū)地層由老到新為:石炭系、二疊系及第四系。奧陶系:礦區(qū)內(nèi)廣泛分布該地層。出露地層主要是奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組和峰峰組。上馬家溝組:巖性由厚層含白云質(zhì)花斑灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r組成，厚約70 m。峰峰組:巖性由泥灰?guī)r、粘土質(zhì)石膏、白云巖、角礫狀白云巖或泥灰?guī)r夾石膏脈、石膏團(tuán)塊、石膏層和硬石膏呈互層狀組成。該組地層主要含有兩層石膏礦床，下部含礦地層以泥灰?guī)r夾石膏脈、石膏團(tuán)塊為主，偶含石膏透鏡體和石膏礦層，厚13 m～48 m。上部含礦地層由泥灰?guī)r、粘土質(zhì)石膏、白云巖、角礫狀白云巖或泥灰?guī)r夾石膏脈、石膏團(tuán)塊、石膏層和硬石膏呈互層狀組成，一般厚40 m～50 m，該礦帶為礦區(qū)的主要礦帶。

石炭系:礦區(qū)內(nèi)有本溪組和太原組。本溪組呈帶狀分布，巖性變化較大。下部為褐紅色山西式鐵礦，呈窩狀分布于鋁土巖之下，上部由灰?guī)r、鋁土質(zhì)頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、細(xì)砂巖和薄層灰?guī)r組成，本組厚10 m～25 m。太原組主要由灰?guī)r及灰白色硬砂巖、灰色砂質(zhì)頁(yè)巖、黑色頁(yè)巖和4層～5層煤層組成的一套海陸交互相沉積。本組厚61.3 m ～120.8 m。

二疊系:零星出露于礦區(qū)北部邊緣，二疊系在該礦區(qū)出露的地層是山西組。底部為灰白色中～粗粒石英砂巖(即北岔溝砂巖)，礦區(qū)可見(jiàn)厚度大于10 m。

第四系:地層零星分布于礦區(qū)內(nèi)。為黃褐色～土黃色亞砂土、亞粘土。厚度20 m～40 m。

1.2 構(gòu)造

褶曲:奧陶系、石炭系地層，總體傾向東南，傾角一般為5°～10°，含礦巖層呈舒緩波狀的形態(tài)產(chǎn)出。褶皺中并無(wú)強(qiáng)烈的斷層伴生，僅存在一些閉合的節(jié)理伴生。

斷層:礦區(qū)內(nèi)斷層較發(fā)育，較大斷層發(fā)育有一條:板窯凹～天紅嶺～狼虎寺大斷層，總體產(chǎn)狀傾向呈NE～SW向展布，斷層性質(zhì)為逆斷層，狼虎寺東壁上升，而在板窯洼東壁下降，斷層面傾向南東，傾角80°左右，其露頭大體為一直線，此斷層橫穿礦區(qū)，其附近礦層多溶解而不存在。

巖溶:礦區(qū)內(nèi)巖溶構(gòu)造較為發(fā)育，其基本形態(tài)有垂直分布和水平分布兩類(lèi)，主要分布于石膏礦帶中，局部也分布于石灰?guī)r和白云巖中。垂直型巖溶屬于后生作用形成，一般貫穿于石膏礦帶或其以上的白云巖、石灰?guī)r中，規(guī)模較大，大者可形成塌陷構(gòu)造，一般形成溶蝕帶或無(wú)礦地帶。由于該礦區(qū)斷層、斷裂、裂隙較為發(fā)育，它們溝通地面水系、地下含水層段與可溶性巖、礦層之間的水力聯(lián)系，礦層極易被地下水溶蝕形成溶孔、溶隙和溶洞，并隨著地下水的不斷活動(dòng)，溶蝕空間逐漸擴(kuò)大。垂直型巖溶為該礦區(qū)內(nèi)巖溶構(gòu)造的主要類(lèi)型，該礦區(qū)Ⅱ號(hào)山巖溶系數(shù)為9.23%，Ⅵ號(hào)山巖溶系數(shù)為17%。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)未見(jiàn)巖漿巖出露。

2 礦石類(lèi)型

通過(guò)對(duì)開(kāi)采的礦石進(jìn)行質(zhì)量分析，得出該礦區(qū)的礦石主要由以下幾種類(lèi)型組成。

2.1 普通石膏

也稱(chēng)細(xì)晶石膏或雪花石膏，其礦石質(zhì)量如下:

1)礦物組成:主要礦物成分為石膏，其次有白云石、硬石膏及粘土礦物，石膏含量為93.88%，硬石膏的含量為2.23%，白云石的含量為3.04%。

2)結(jié)構(gòu)構(gòu)造:白色、灰白色、灰黑色，不等粒晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，晶體解理面為玻璃光澤，硬度1.5～2.0。巖礦鑒定結(jié)果:巖石由石膏、白云巖及少量硬石膏組成，其中石膏顆粒有大小兩種，大者直徑為1 mm～2 mm，在巖石中呈斑晶狀，小者大小在0.05 mm以下，它們組成基質(zhì)，石膏含量占98%，斑晶40%，基質(zhì)48%。白云石呈極小顆粒不均勻分散在巖石中，含量占1%。硬石膏多呈集合體分布在石膏斑晶的內(nèi)部，含量占1%。礦石呈粒狀、斑狀、纖維狀結(jié)構(gòu)。

3)化學(xué)成分:H2O+:18% ～19.5%，SO3:38% ～44%，MgO:0.6%～1.6%，換算成石膏礦物的含量 CaSO4·2H2O:86.04% ～93.21%。

2.2 白云質(zhì)石膏

此類(lèi)石膏含碳酸類(lèi)，一般為白云石，其礦石質(zhì)量如下:

1)礦物組成:主要由石膏、白云石、泥質(zhì)組成。其中石膏含量占70%，白云石25%，泥質(zhì)5%。

2)結(jié)構(gòu)構(gòu)造:灰色、淺黃色，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。巖礦鑒定:主要是由1.5 mm～0.1 mm的不等粒石膏組成。巖石中常散布有相當(dāng)多的白云石及泥質(zhì)，白云質(zhì)及泥質(zhì)呈條帶狀，條帶彎曲變形。

3)化學(xué)成分:H2O+:15%，SO3:30%，MgO:3%～8%，CaO:1%，換算成石膏礦物含量CaSO4·2H2O＞70%。

2.3 纖維針狀充填石膏

此類(lèi)石膏包括粘土質(zhì)石膏夾石膏脈、白云質(zhì)灰?guī)r夾石膏脈、泥灰?guī)r夾石膏脈、白云巖夾石膏脈、角礫狀泥灰?guī)r夾石膏脈、角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r夾石膏脈、角礫狀白云巖夾石膏脈。其礦石的質(zhì)量如下:

1)礦物組成:主要礦物為粘土礦物、石膏、白云石及硬石膏等。角礫成分以白云巖、石膏為主。

2)結(jié)構(gòu)構(gòu)造:白色半透明纖維狀、片狀石膏集合體組成，晶體呈玻璃光澤。脈寬一般為5 mm～60 mm。

3)化學(xué)組成:換算成石膏礦物含量 CaSO4·2H2O:85%～95%。

3 采礦方法

該礦山為地下開(kāi)采，平硐式開(kāi)拓，礦層頂、底板穩(wěn)定，采用房柱法開(kāi)采礦石。采礦過(guò)程中不應(yīng)任意改變?cè)O(shè)計(jì)規(guī)定的礦柱及礦房尺寸;規(guī)定保留的礦柱，在保留期限內(nèi)，不得回采或破壞。

礦房跨度和礦柱尺寸，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、礦體埋深、礦石及圍巖硬度、空區(qū)暴露面積等因素綜合確定，避免大面積采空區(qū)冒落和沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生。該礦區(qū)礦柱形式有連續(xù)礦柱(即條帶礦柱)和間隔式礦柱(點(diǎn)柱)兩種形式，點(diǎn)柱尺寸一般為φ=4 m～6 m或4 m×4 m～6 m×6 m。由于石膏礦體周?chē)鷩鷰r往往為頁(yè)巖、泥灰?guī)r等巖體，抗壓和抗剪強(qiáng)度低，故在礦房?jī)?nèi)開(kāi)采需要留設(shè)足夠厚度的石膏護(hù)頂層，以避免頂部圍巖裸露發(fā)生坍塌。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該礦區(qū)地質(zhì)特征進(jìn)行分析，主要含礦地層為奧陶系峰峰組，含礦地層主要分為兩層，上部含礦帶一般厚40 m～50 m，該礦帶為礦區(qū)的主要礦帶。

通過(guò)對(duì)礦石進(jìn)行質(zhì)量分析，該礦區(qū)礦石主要類(lèi)型為普通石膏、白云質(zhì)石膏、纖維針狀充填石膏。

在石膏礦生產(chǎn)中，選擇合理的開(kāi)采工藝是體現(xiàn)石膏礦技術(shù)進(jìn)步的前提，本文在綜合研究太原西山石膏礦的地質(zhì)特征、礦石類(lèi)型及礦石特征的基礎(chǔ)上，研究了石膏礦的地下開(kāi)采方法，對(duì)以后石膏礦山地壓災(zāi)害防治的研究具有指導(dǎo)意義。

[1] 劉細(xì)元，馬振興.江西省宜春城區(qū)地面塌陷特征及防治建議[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2006，17(2):89－94.

[2] 胡學(xué)玲.廣東莫羅石膏礦地面塌陷原因分析[J].西部探礦工程，2007(9):87－89.

[3] 唐功建.厚層石膏礦開(kāi)采工藝研究與應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2004，4(4):11－16.

[4] 鄭茂興，陳明磊.石膏礦采空區(qū)穩(wěn)定性分類(lèi)的綜合評(píng)判法研究[J].化工礦物與加工，2012(5):24－27.

[5] 李全明，付士根，王云海.石膏礦地下開(kāi)采技術(shù)及災(zāi)害防治措施研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2008，17(4):76－78.