磷礦勘探與開采中的環境保護研究
——以開陽縣馮三鎮永興磷礦為例

黃 凱

(中化地質礦山總局貴州地質勘查院,貴州 貴陽 550003)

1 引言

生產磷肥及磷復肥的原料——磷礦石，是一種不可再生礦產資源，合理開發和利用磷礦資源以及推進磷礦資源可持續發展，將會對中國乃至世界農業生產、豐產及經濟產生重要影響，具有戰略意義。世界磷礦資源十分豐富，已知全世界35個國家和地區有磷礦資源分布，但具有工業開采和商業開發價值、經濟意義較高的優質磷礦床80%以上集中在中國、摩洛哥(西撒哈拉)、南非、美國4個國家，分布極其不均。我國是磷資源大國，除西藏外均有磷礦發現，我國磷礦相對集中在云南、貴州、四川、湖北和湖南五省，且P2O5大于30%的富礦幾乎全部集中于這五個省。具體地說，我國磷礦主要分布在以下八個區域：云南滇池地區、貴州開陽地區、甕福地區、四川金河—清平地區、馬邊地區和湖北宜昌地區、胡集地區、保康地區。磷礦產品尤其是富磷礦山需求隨著我國經濟持續發展，一直保持著較為穩定的需求，旺盛的磷化工領域需求保證了磷礦產品銷售市場的穩步發展。

貴州省是全國重要的磷礦石產地，礦石的開采必將對環境產生一定影響，因此，在礦床開采過程中按科學的方法規劃開采，將盡最大可能減少對環境的污染破壞。開陽縣馮三鎮永興磷礦礦山擴能后生產規模為10萬t/年，區內磷礦保有資源儲量183.29萬t，礦山開拓方式為脈外斜坡道開拓，開采方法為房柱法。

2 礦區基本概況

開陽縣馮三鎮永興磷礦礦區位于開陽縣城北東450°方位14 km(直距)，中心點坐標107°04′03″，北緯27°09′09″，行政區劃屬開陽縣所轄,面積1.3893 km2。本次主要工作量為鉆探800.94 m/3孔，1∶2000地質填圖2.2 km2。開陽縣馮三鎮永興磷礦礦區范圍位于翁昭背斜西翼北段，地貌為中山、低中山地貌，地質構造較發育，磷礦呈層狀產于陡山沱組中上部，原始沉積極值厚度1.05～2.06 m，平均厚度1.54 m，礦石極值品位16.42%～35.06%，平均品位26.30%。工作區位于貴州省開陽縣城北東13 km(直距)，貴陽市北70 km(直距)，隸屬開陽縣馮三鎮所轄。

工作區有簡易公路與開馬(開陽至馬場)縣級公路相接，距川黔鐵路久長站運距75 km。交通十分方便。工作區地理坐標極值坐標(1980西安坐標系)：東經107°03′40″～107°04′35″，北緯27°08′39″～27°09′38″，中心點坐標：東經107°04′03″，北緯27°09′09″。工作區內無河流，洛旺河從礦區外北東部流過，工作區地表水總體流向由西向東流過，通過地表溪溝，最終流入烏江，屬烏江水系。工作區位于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱貴陽復雜構造變形區翁昭背斜西翼，按地質力學概念屬新華夏體系第Ⅲ隆起帶南西部第二級構造單元。根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2015)地震基本烈度小于Ⅵ度，地震動峰值加速度0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.35 s。區內采礦業發達，在工作區周邊有數家磷礦開采，如雙峰磷礦、雙山坪磷礦等。永興磷礦礦山采用斜坡道-平硐聯合開拓方式，分段房柱法進行采礦，無軌拖拉機運輸。

3 勘探工作

本次開展了地質填圖、勘探線剖面測量、鉆探施工、工程測量、采空區調查、生產巷道調查、采樣分析等工作。據區域地質資料，區域出露地層有青白口系、南華系、震旦系、寒武系、二疊系、三疊系及第四系。缺失奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、侏羅系、白堊系、第三系等地層。其中磷礦層賦存于震旦系中。工作區位于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱貴陽復雜構造變形區翁昭背斜西翼北段，按地質力學概念屬新華夏體系第Ⅲ隆起帶南西部第二級構造單元。區域構造主要為近南北向褶皺及伴生的斷裂。褶皺構造主要發育有翁昭復背斜，以及翁昭背斜以東發育的白巖背斜(產有甕福磷礦)，翁昭背斜以西發育的洋水背斜(產有開陽磷礦)。斷裂主要有象家壩斷層、久長斷層、頂兆斷層、龍坑帚狀構造、兩路口斷層、高云斷層等。

4 礦區地質

4.1 地層

工作區位于翁昭背斜西翼北段，總體呈北西傾斜的單斜構造，地層傾向280～320°，傾角一般25～40°。區內及附近出露地層有第四系(Q)、寒武系下統清虛洞組(∈1q)、明心寺組(∈1m)、牛蹄塘組(∈1n)，震旦系上統燈影組(Z2dn)、下統陡山沱組(Z1d)，南華系上統南沱組(Nh2n)。其中磷礦層賦存于震旦系下統陡山沱組中上部。現從新至老簡述如下：

第四系(Q)：主要為黃色、褐色、褐黃色等砂土、亞砂土及粘土、亞粘土等殘坡積物組成，與下伏地層為角度不整合接觸。厚0～15 m。

寒武系下統清虛洞組(∈1q)：灰色厚至中厚層細晶灰巖，底部為豹皮狀泥灰巖。在工作區西部呈條帶狀分布，其厚度大于100 m。

寒武系下統金頂山組(∈1j)：呈條帶狀出露于普查區西部地區，其主要巖性為深灰色、灰色含云母細砂巖夾深灰色、黃灰色粉砂質頁巖，厚度128～170 m。

寒武系下統明心寺組(∈1m)：灰綠～深灰色含粉砂質頁巖，上部夾少量薄層細砂巖或粉砂巖條帶。據以往資料，厚度210.00～247.20 m。

寒武系下統牛蹄塘組(∈1n)：灰黑、黑色薄層狀炭質粘土巖、粘土巖，局部地段底部有0.20～0.5 m的高炭質泥巖、灰黑色硅質巖及黑色磷塊巖，走向上不穩定。與下伏地層呈假整合接觸。厚約10.50～15.30 m。

震旦系上統燈影組(Z2dn)：淺灰-灰白色厚層夾中厚層白云巖，礫狀白云巖，局部含少量燧石結核，富含藻類化石，局部成疊層藻白云巖，下部有一厚0.20～3.70 m鮞狀白云巖，白云巖中局部藻紋層發育。厚183.20～249.00 m。

震旦系下統陡山沱組(Z1d)：為區內含磷地層。上部巖性為灰-灰黑色碎屑塊狀、條帶狀磷塊巖，厚1.05～2.06 m；中部為淡黃色中厚層含磷砂質白云巖(夾灰綠色頁巖、砂巖的碎條以及碎塊)，厚0～1.15 m，局部尖滅。底部為灰綠色砂巖以及灰綠色頁巖厚10.20～20.71 m。

南華系上統南沱組(Nh2n): 綠灰及紫紅色頁巖夾中厚層泥質粉砂巖，少量灰黑色中厚層硅質巖；下部以粉砂巖為主夾頁巖。厚度大于50 m。

4.2 構造

工作區位于翁昭背斜西翼北段，區內構造較簡單，巖層傾向285°～330°，一般300°，傾角23°～45°，一般32°，為單斜構造，發育有縱向斷層F10及小構造F15。

4.3 礦床特征

礦區范圍內原生沉積磷塊巖有兩層，分別為賦存于震旦系下統陡山沱組磷塊巖(俗稱“下磷礦”)和寒武系下統牛蹄塘組磷塊巖(俗稱“上磷礦”)，其中“下磷礦”為本次核實工作對象。其范圍：南、北以采礦許可范圍為邊界，西部以最低準采標高為界，東部以礦層露頭為界，南北長約1.6 km，東西寬約0.7 km，面積約1.1 km2，礦山屬小型磷塊巖礦床，具有一定的經濟價值。礦區范圍內磷塊巖呈穩定層狀賦存于震旦系下統陡山沱組中上部含磷巖系中，其產狀與地層一致。礦層厚度及品位較穩定，原始沉積極值厚度1.05～2.06 m，平均厚度1.54 m；品位一般16.42～35.06%，平均品位26.30%。礦區范圍內磷礦層厚度變化的總趨勢由淺部向深部(即由東向西)逐漸變薄，北厚南薄。

4.4 礦石質量

礦石呈深灰色、藍灰色及灰褐色。礦物成分主要有非晶質磷灰石，隱晶質磷灰石、層纖磷灰石、其他礦物有白云石、方解石、石英、玉髓、粘土礦物水云母及褐鐵礦等。非晶質磷灰石(膠磷礦)在單偏光下呈不同的碎屑狀(砂礫屑狀)，具有龜裂紋，正交偏光下為均質(全黑)，礦石中含量約為15%～40%。隱晶質磷灰石，正交偏光下可見粒狀外形，一般粒徑小于0.006 mm，個別自形、半自形柱狀、粒狀呈零星分布，礦石中含量10%～50%。層纖磷灰石，產于砂屑邊緣，呈纖維片、平行纖維狀，呈帶狀、環帶狀分布于磷砂屑邊緣，干涉色為一級灰色，礦石中含量1%～5%。礦石結構有礫屑結構，碎屑結構及過渡類型的礫砂屑結構、砂礫屑結構等。礦石構造有條紋狀構造、條帶狀構造、塊狀構造、團塊狀構造。

磷塊巖中主要礦石礦物低碳氟磷灰石是一種磷酸鈣鹽，所以P2O5、CaO一般均占磷塊巖化學組分含量的65%以上。其余MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、F、I等占磷塊巖化學組分的35%以下。礦石化學分析結果如表1。

從表1可知，磷塊巖中含有F-，F-主要以低碳氟磷灰石礦物存在于磷塊巖中，礦石中氟含量最低1.53%，最高3.66%，平均含量2.63%，其含量是隨礦石P2O5含量增高而增高，成正相關關系。As平均值0.0038%，Cd平均值0.0003%，As、Cd將是磷礦石開采與利用過程對環境產生污染危害的重要因素。

表1 礦石化學分析結果一覽

4.5 礦床共(伴)生礦產

4.5.1 伴生元素碘(I)

磷礦石中伴生有用元素碘含量0.0029%～0.0110%，平均含量0.0063%。根據目前磷酸生產環節中回收碘資源技術，采用吹出法和噴淋洗吸法工藝，分別從磷化工生產中含碘廢水及稀酸和磷酸萃取含碘廢氣中提取碘，有效回收磷礦石中伴生碘資源。因該工藝是在磷酸生產過程中回收碘資源，不是單獨對碘進行提取，對磷礦石碘含量無特定要求，因此礦區范圍內磷礦石伴生有用元素碘均能進行綜合回收利用。

4.5.2 伴生元素氟(F)

磷礦石中伴生有用元素氟含量1.53%～3.66%，平均含量2.63%。現可利用磷肥生產含氟廢氣吸收液為原料，回收氟硅綜合利用技術工藝，故此礦區范圍內磷礦石伴生有用元素氟也能進行綜合回收利用。

4.5.3 共生鎳鉬多金屬層

產于寒武系底部牛蹄塘組中，據取樣分析測試，結果見表2。

表2 鎳鉬多金屬層分析化驗結果

5 礦區環境地質條件及開采后的變化

區域所屬構造單元為揚子準地臺鄂湘黔凹陷帶黔中隆起北部，新華夏系第Ⅲ隆起帶南西端第二級構造單元。

5.1 水環境

5.1.1 地表水

據調查，礦區附近主要的地表水體為上洛旺河。目前礦坑水和生活污水直接排入洛旺河，這會使洛旺河水質受到污染影響，由于目前礦山水量較小，排水量相對河水流量規模很小。

5.1.2 地下水

礦山現在的開采標高為750 m，礦區內地下水位總體在680 m左右，因此，礦山開采未對地下水造成影響。

5.2 廢石

在礦山開采和坑道掘進過程中排出的廢石主要是硅質巖、白云巖以及少量砂巖，一般就近排放于坑口附近的溝谷處，因而占用了部分土地，使耕地面積相對減少，雖然修筑有擋石壩或擋砂壩，限制了廢石的流淌，但在降大雨或暴雨時將會導致泥石流地質災害發生，礦山在采礦過程中應引起重視。

井巷圍巖(廢石)排出堆積于地表，在自然條件下，因物理化學生物風化作用，其中的部分元素及化合物將轉移進入土壤、巖石和地下水中，將對周圍環境造成一定的污染。

5.3 粉塵

井下作業產生的粉塵，主要是巖、礦石中的游離SiO2含量，是井下工人矽肺病的根源，井下生產堅持濕式鑿巖、局扇通風及安裝噴霧灑水防塵裝置，從井下粉塵測量數據看，井巷開拓、采礦期間粉塵濃度平均值均未超過空氣含塵量2 mg/m3的衛生標準，使井下粉塵濃度合格率達90%左右。

5.4 地質災害

礦區內，大部分范圍地勢陡峭，陡坡和峭壁較發育，在開展采礦活動過程中，易造成地面崩塌、滑坡等地質災害的發生。礦山需對地面進行定期或不定期監測，了解開采對地面的影響程度，如發現有變形異常，應立即采取措施。因礦山地面較陡，風化剝落及道路建設，斜坡上散落孤石較多，礦山地面移動變形，引發孤石滾落的可能性大，在礦山開采前應對斜坡上的散落孤石進行全面檢查，采用清除或圍護的方法對斜坡上的散落孤石進行必要的處理。

6 環境污染及災害防治措施建議

礦山在排水過程中，各項污染成分含量將有所增大，造成一定程度的污染，特別是感官性狀指標和細菌指標，以及露天堆放的廢石，大氣降水對其浸溶后，污染物釋放，最終都將排入地表河流，對地表水體造成污染。在向深部開采過程中，燈影組含水層受采礦影響地下水位將下降，地表泉點消失，水質受到一定污染。故建議礦山今后對礦坑及生活用水經適當凈化處理，使各項水質指標達到排放標準后再排入河流，廢石堆應有適當的防滲措施，滲濾液收集處理措施。

礦區范圍內大部分地表地勢陡峭，加之礦體埋藏淺，未來開采對其邊坡失穩影響較大。因采礦活動可能引發不同程度的崩塌、滑坡及撒落，對礦山環境影響較大，易形成山體局部開裂，造成大氣降水及沖溝水沿裂隙的集中補給，使礦坑涌水量增大，對礦床開采將產生較大影響。

為此，建議礦山改進現有“房柱式低分段錨桿護頂空場法”的采礦方法，應用井下充填法等先進的采礦工藝，將磷石膏作為主要充填骨料，南沱組紫紅色泥巖、燈影組白云巖作為充填骨料等廢渣充填到采空區，以減少井下采空區塌陷，大大提高礦石回采率，減少塌陷、崩塌等地質災害。