湘西茄通水泥用灰?guī)r礦床夾石綜合利用方案

王德恭,楊 凱,趙 杰,梁永科,賀文華,易金春,張順新

(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一八隊(duì), 湖南 婁底市 417000)

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

茄通水泥灰?guī)r礦是中國建材南方水泥有限公司所屬礦山,位于湘西古丈縣城北西約20 km處,大地構(gòu)造位置屬古丈復(fù)背斜次級構(gòu)造王村向斜的南東翼。王村向斜軸部位于礦區(qū)北西5 km處,向斜軸走向北東,為水平開闊褶皺,核部地層為下志留統(tǒng),兩翼地層依次為奧陶系、寒武系、震旦系。礦床內(nèi)出露的地層為晚寒武世婁山關(guān)組(∈3l)、早奧陶世桐梓組(O1t)。

晚寒武世婁山關(guān)組主要分布于礦床的南部,巖性為灰白色厚層至塊狀粗晶灰質(zhì)云巖,礦床出露未見底。早奧陶世桐梓組共分為3段。下段(O1t1)巖性為灰－灰白色亮晶、粉晶砂屑灰?guī)r,風(fēng)化露頭一般光滑呈盾圓狀,為礦床的水泥用石灰?guī)r礦礦層。該礦層在礦山范圍內(nèi)走向長1 km,厚度45.15～84.30 m,靠近頂部約17 m處見細(xì)晶云巖夾層,夾層呈灰白色略帶肉紅色,厚0.50～4.34 m,分布連續(xù)穩(wěn)定。中段(O1t2)為淺灰－灰色含云質(zhì)、棘皮屑、三葉蟲碎屑灰?guī)r,風(fēng)化后巖石面具波紋狀和蠕蟲狀條紋,局部夾灰?guī)r和條帶狀云質(zhì)灰?guī)r。上段(O1t3)為灰－灰白色亮晶砂屑灰?guī)r,僅在礦床周邊零星出露。

礦床位于王村向斜南西段南東翼,總體為一向北北西傾斜的單斜構(gòu)造,傾角7°～15°,平均11°。其中早奧陶世桐梓組中、下段地層廣泛出露,延伸穩(wěn)定,未受到斷裂構(gòu)造破壞。

2 礦層地質(zhì)特征

本礦床礦層為早奧陶世桐梓組下段(O1t1)的灰－灰白色亮晶、粉晶砂屑灰?guī)r。礦層為層狀產(chǎn)出,總體傾向310°～350°,傾角7°～15°,平均11°。因靠近頂板圍巖附近存在一穩(wěn)定的夾層(①夾層)將礦層分為2個(gè)礦層(見圖1)。夾層頂部靠近頂板圍巖的為Ⅰ礦層,夾層底部的為Ⅱ礦層[1]。

Ⅰ礦層走向長1050 m,出露寬度20～120 m,最大控制斜深570 m。礦層厚度7.80～21.60 m,平均厚度16.03 m,厚度變化系數(shù)23%;CaO品位52.66%～54.93%,平均品位53.90%,品位變化系數(shù)1%;Mg O 品位 0.58% ～1.75%,平均品位1.09%,品位變化系數(shù)27%。

Ⅱ礦層走向長1050 m,出露寬度230～500 m,最大控制斜深570 m。礦層厚度29.45～63.49 m,平均厚度51.59 m,厚度變化系數(shù)9%;CaO品位53.99%～55.35%,平均品位54.82%,品位變化系數(shù)1%;Mg O 品位 0.24% ～0.97%,平均品位0.45%,品位變化系數(shù)23%。

礦石主要有益組分CaO,主要有害組分有Mg O、K2O、Na2O、SO3、fSiO2。根據(jù)組合分析結(jié)果,有害組分含量低,在相關(guān)規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

據(jù)礦山儲量年報(bào),礦床內(nèi)CaO平均含量54.48%、Mg O平均含量0.69%,水泥用石灰?guī)r礦資源儲量6941.8萬t,礦床剝采比為0.2∶1。

3 夾石及圍巖特征

礦層頂板圍巖為早奧陶世桐梓組中段(01t2)的砂屑、泥粉晶灰?guī)r和含云質(zhì)灰?guī)r,平均厚度25 m。礦層底板圍巖為晚寒武世婁山關(guān)組(∈3l)淺灰白色粗晶灰質(zhì)云巖,產(chǎn)狀與礦層產(chǎn)狀一致。

地表第四系粘土主要分布在礦區(qū)地形較緩的坡地上,分布面積大,厚度不均勻,厚0～3 m,經(jīng)采樣分析,可作為水泥配料使用。

Ⅰ礦層與Ⅱ礦層之間見細(xì)晶云巖夾層(①夾層)東西向展布,深部向北緩傾斜,產(chǎn)狀與礦層產(chǎn)狀一致。①夾層厚度0.50～4.34 m,平均2.41 m,CaO品位34.59%～44.80%,平均 37.54%,MgO 品位3.56%～8.29%,平均7.23%。該夾層延伸穩(wěn)定連續(xù)。

圖1 礦床①夾層照片(東采區(qū)410平臺臺階邊坡)

4 夾石綜合利用方案及可行性

南方水泥有限公司生產(chǎn)中對水泥灰?guī)r原料的要求為CaO≥48%、Mg O≤3%、K2O＋Na2O≤0.6%、SO3≤1%、fSiO2≤4%[1],而礦區(qū)Ⅰ、Ⅱ礦層及夾層中有害元素K2O＋Na2O、SO3、fSiO2均在符合要求的含量范圍內(nèi),因此,本礦床礦石在開采中僅需要評價(jià)CaO、Mg O兩項(xiàng)指標(biāo)是否達(dá)到上述工業(yè)要求[2-3]。

礦山采用山坡式露天水平臺階開采方式,開拓方法為采前剝離覆蓋層,用風(fēng)鉆鑿巖、分段爆破、挖掘機(jī)裝運(yùn)、自卸卡車運(yùn)輸、機(jī)械破碎。礦山開采單個(gè)臺階高15 m,開采遇夾石時(shí)將夾石單獨(dú)爆破清除并堆放至礦區(qū)低洼處。目前礦山共形成東、西2個(gè)采區(qū),兩采區(qū)所采原料預(yù)均化堆庫混合搭配使用,原料質(zhì)量更加穩(wěn)定。

礦山在采掘過程中,夾石剔除工作耗費(fèi)了大量人力物力,增加了采掘成本。相對于單個(gè)采礦臺階(平臺)15 m的高度,夾石厚度較小,平均僅2.41 m,可以考慮將少量夾石摻入礦石中綜合利用[4-5]。

目前礦山單個(gè)開采臺階高15 m,由于礦層產(chǎn)狀平緩,可以將臺階高度近似等同于巖層厚度。為了保證將夾石混合入礦層后的礦石質(zhì)量,下列計(jì)算按極端情況進(jìn)行設(shè)計(jì),取夾石最大厚度4.34 m、CaO品位最低34.59%、Mg O品位最高8.29%計(jì)算混合后的礦石組分含量,2個(gè)礦層中CaO、Mg O品位變化系數(shù)1%～27%,CaO、MgO含量均勻,可取礦床CaO平均值54.48%、Mg O平均值0.69%作為計(jì)算依據(jù)。

單個(gè)臺階(15 m高)所采原料中若有4.34 m厚的夾石,則所采礦層厚度為10.66 m,加權(quán)求得混合開采后CaO、Mg O的組分含量為：

從以上計(jì)算結(jié)果看,在極端情況下(夾石厚度最大、CaO品位最低、Mg O含量最高),按15 m臺階高度混合開采后,礦石質(zhì)量能夠滿足水泥廠對石灰?guī)r礦的生產(chǎn)要求。

5 結(jié) 論

礦山在采掘過程中,遇夾石時(shí)將夾石單獨(dú)爆破清除,耗費(fèi)了大量人力物力,影響了生產(chǎn)進(jìn)度,增加了采掘成本。通過本文論證,按15 m高度臺階將①夾層與Ⅰ、Ⅱ礦層混合開采,原料質(zhì)量能夠達(dá)到企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量要求,且礦山已開拓東采區(qū)、西采區(qū)2個(gè)采區(qū),日常生產(chǎn)中將2個(gè)采區(qū)原料在預(yù)均化庫進(jìn)行混合加工,可進(jìn)一步降低夾石對礦石質(zhì)量的影響。在今后生產(chǎn)中,若單個(gè)開采平臺高度15 m保持不變,建議礦山將①夾層的夾石混合開采至礦石中進(jìn)行綜合利用,以節(jié)約生產(chǎn)成本。