浅析彰武县邰家天然石英砂矿地质特征和开采工艺条件.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：吴昊（1971），男，蒙古族，辽宁阜新人，大学，地质高级工程师，阜新市自然资源事务服务中心，研究方向为地质矿产资源勘查与开发。-56-浅析彰武县邰家天然石英砂矿地质特征和开采工艺条件 吴 昊1 吴永志2 张元胜1 1.阜新市自然资源事务服务中心，辽宁 阜新 123000 2.阜新蒙古族自治县自然资源事务服务中心，辽宁 阜蒙 123100 摘要：摘要：彰武县矿产资源以非金属为主，主要有沸石、泥炭、珍珠岩、硅砂等矿产。近年来均大量开采，尤其硅砂、沸石、珍珠岩矿产丰富，成为乡镇工业经济的重要支柱，被誉为发展经济三宝。彰武县邰家天然石英砂矿所处大地构造位置位于柴达木-华北板块（）、华北北缘古生代坳陷带（-6）、阴山-华北北缘古生代裂陷带（-6-1）、法库晚古生代残留海盆（-6-1-2）。出露地层主要为中生界白垩系（K）下统义县组及新生界第四系（Q）。该矿区矿床属于开采技术条件简单类型。关键词：关键词：天然石英砂矿；地质特征；开采工艺条件 中图分类号：中图分类号：TD87 1 矿区位置概况 矿区位于彰武县北部偏西科尔沁沙地向东南延伸地带，地貌类型主要为波状平原，少丘陵，最高海拔为 280.5m，最低海拔为 250.0m；地势平坦略呈波浪状，坡角 0-5 度，由风积沙组成。地势比较平坦。2 矿区区域地质 矿区域所处大地构造位置位于柴达木-华北板块（）、华北北缘古生代坳陷带（-6）、阴山-华北北缘古生代裂陷带（-6-1）、法库晚古生代残留海盆（-6-1-2）。2.1 地层 勘查区区域地层中生界白垩系属东北阿尔泰地层大区（）、内蒙松辽地层区（1）、冀东辽西底地层分区 辽西地层小区（11）；新生界第四系属东北大区（）、辽吉黑地层区（1）、松辽地层小区（14）。出露地层有：中生界白垩系（K）下统义县组及新生界第四系（Q）。2.1.1 中生界白垩系下统义县组（K11y）区域内中生界地层仅见白垩系下统义县组，岩性为安山岩。呈包体展布于四合城一带和区域东南角，其他地区呈条带状、包体状零星分布于区域北部马连侵四合成一带。2.1.2 新生界第四系（Q）（1）第四系全新统上部（Qh3e）：主要为风积：细砂。广泛分布于区域各个地段。该层即构成区内天然石英砂矿体。2.2 构造 区内未见明显的构造痕迹，构造不发育。2.3 区域矿产 矿产资源以非金属为主，主要有沸石、泥炭、珍珠岩、硅砂等矿产。近年来均大量开采，尤其硅砂、沸石、珍珠岩矿产丰富，成为乡镇工业经济的重要支柱，被誉为发展经济三宝。3 矿区地质 3.1 地层 工作区出露的地层主要为新生界第四系全新统（Qh3e）风积：细砂。新生界第四系全新统风积天然石英砂（Qh3e）：由厚薄不一的黄褐色、浅黄色、灰绿色细砂组成。风沙堆积区形成波浪起伏的沙丘、沙陀地貌景观。矿物成分主要是石英、长石。该层即为区内天然石英砂矿体。3.2 构造 区域上构造未对勘查工作区内矿体产生破坏作用，勘查区内未见构造活动迹象。3.3 岩浆岩 勘查区内未见岩浆岩出露。3.4 成矿规律 中国科技期刊数据库 工业 A-57-3.4.1 矿床成因及找矿标志 工作区地处内蒙古科尔沁沙地的南缘，黑山彰武断陷盆地的北部，古地貌地势较低，加之气候干燥，多风，经长期的搬运介质风的作用下，北侧成矿物质石英砂在此地不断堆积，形成石英砂层，局部夹杂后期砂质粘土，后又被石英砂覆盖，形成如今的含矿层位1。其成因类型属风成型石英砂矿。其找矿标志为第四系风成砂丘，砂陀地貌发育地区，地形平缓，植被稀少地带。3.4.2 矿床成矿规律（1）本矿区的工业矿体的层位属于第四系全新统上部。（2）工业矿体赋存在第四系全新统上部（Qh3e）的黄褐色、浅黄色、灰绿色石英砂细砂中。（3）矿床成因类型为风成型松散状天然石英砂矿床。矿体厚度和矿砂化学成分变化基本稳定，石英砂分选性好。4 矿体地质特征 矿区地处内蒙古科尔沁沙地的南缘，具有风成天然石英砂矿的独特地理优势。区内共圈定 1 条天然石英砂矿体，矿体编号 T1。T1 矿体：根据钻探工程施工情况，矿体深部由 8个钻孔控制，呈近水平层状产出。矿体南起 9 线，北止 8 线，钻孔控制东西长 0.6-1.22km，南北长1.2-1.3km；矿体赋存标高：255.108m-194.173m；埋深 0-46.00m；矿体平均厚度 36.85m，厚度变化系数10.04%。主要化学成分 SiO2变化区间 84.71%-91.28%，平均含量 88.67%，变化系数 1.24%。钻孔内矿体均连续分布，未出现断续的现象，矿体内部无夹石，整体分布较为连续，较为稳定。受沉积环境的差异和地表的起伏不平影响，造成矿体内相同层位厚度，以及同一矿体不同地段的出露地表的水平宽度、出露标高、赋存标高、埋深、厚度均有所差异，详见表 1：（1）勘查区矿体矿体地表出露标高随地形起伏变化而变化。（2）根据矿体厚度变化系数 矿体厚度虽在南侧方向上变化较大，但分布较为稳定。（3）矿体从东至西矿体厚度变化较为稳定，变化不大。5 矿砂特征 5.1 矿砂物质组成 区内矿砂呈黄褐色、浅黄色、灰绿色，矿物成为分主要由石英，少量钾长石、斜长石组成，其中石英含量在84.71%91.28%之间，钾长石含量在6.2%10.3%之间，斜长石含量 4.9%6.6%。5.2 矿砂结构构造 矿石结构松散，颗粒呈圆形、椭圆形，层状构造，表面光洁，粒度较为集中。5.3 矿砂粒度分布 在 QZ0-1、QZ9-1、QZ9-5、QZ8-1、QZ8-5 共 5 个钻孔内采取 30 件石英砂样作原矿样品筛分析试验。表 1 各勘探线矿体埋深、赋存标高、厚度一览表 勘探线号 孔号 矿体地表出露标高（m）矿体埋深（m）矿体赋存标高（m）单工程矿体铅垂厚度（m）勘探线矿体平均铅垂厚度（m）厚度变化系数 0 QZ0-1 255.108-242.844 0-35.9 255.108-206.845 35.20 35.5 0.85 QZ0-5 35.50 QZ0-9 35.80 9 QZ9-1 248.003-204.315 0-46 248.003-204.315 35.30 40.65 18.62 QZ9-5 46.00 8 QZ8-1 240.328 0-35.3 240.328-194.173 35.50 35.67 0.59 QZ8-5 35.60 QZ8-9 35.90 中国科技期刊数据库 工业 A-58-根据粒度测定结果，粒度测定粒径1.0mm 者 0.1%0.2%，平均 0.13%；10.8mm 者 0.2%0.3%，平均0.24%；0.80.71mm 者占 0.3%0.4%，平均 0.35%；0.710.5mm 者占 0.3%8.1%，平均 1.25；0.50.3mm者占 6.8%23.6%，平均 14.66%；0.30.1mm 者占 67%85.4%，平均 75.12%；0.1mm 者占 3.4%15.9%，平均 8.26%。据取样筛分析结果显示，矿区内该类石英砂颗粒较细，分选性较好。5.4 含泥率在 QZ0-1、QZ9-1、QZ9-5、QZ8-1、QZ8-5共计 5 个钻孔中采集 30 个样品测量含泥率。经测试分析，该矿区含泥量一般在 1.75%12.40%，平均 6.27%。5.5 矿砂化学成分 根据工业指标圈定结果，石英砂的原矿化学成分含量统计如表 2：5.5.1 多项分析（见表 2）确定矿砂中主要化学成分为 SiO2，杂质化学成分为 Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O，有害化学成分为 Cr2O3、TiO2。5.5.2 组合分析（Cr2O3、TiO2、LOS）见表 3：该矿区共采集组合分析样品 30 件。经多项分析和组合分析结果，该矿区杂质和有害化学成分含量较低，对未来矿山矿砂选冶性能影响较低。5.5.3 主要有用和杂质化学成分（见表 4）：T1矿 体：主 要 化 学 成 分SiO2变 化 区 间84.71%91.28%，平均含量 88.67%，变化系数 1.24%；杂质化学成分 Al2O3化学成分变化区间 4.50-7.38%，平均含量 5.88%，变化系数 9.70%；Fe2O3化学成分变化区间 0.33-1.04%，平均含量 0.5%，变化系数 28.03%；（CaO+MgO）化学成分变化区间 0.03-1.15%，平均含量0.44%，变化系数 45.96%；（K2O+Na2O）化学成分变化区间 3.14-4.65%，平均含量 3.70%，变化系数 7.56%。6 结论（1）根据多元素分析及组合分析结果表明：石英砂杂质和有害成分的含量较低。（2）主要化学成分 SiO2沿南北方向、东西方向和厚度方向上虽有变化起伏，但总体上是相对比较稳定，变化不大。（3）杂质化学成分（CaO+MgO）、（K2O+Na2O）、Al2O3、Fe2O3含量变化和 SiO2含量变化呈反向关系，即随 SiO2含量增加杂质化学成分降低，或反向之。5.6 矿砂类型和品级 5.6.1 矿砂自然类型 勘查区内矿砂自然类型为黄褐色、浅黄色、灰绿色，工业类型属风成型松散状天然石英砂矿。5.6.2 矿砂品级 根据矿砂加工选冶技术性能成果，该矿区矿砂类型简单，其用途较广泛。6 矿床开采技术条件 6.1 水文地质 6.1.1 区域水文地质概况 彰武县位于辽宁省西北部科尔沁沙地南缘，全境地势北高南低，东部为低缓丘陵，西部为残丘，北部为沙地，中南部为柳河、绕阳河冲积平原。全年平均气温 7.2，全年最大降水量 744.1mm，最小降雨量表 2 多项分析结果表 样品编号 W(SiO2)/10-2 W(Al2O3)/10-2 W(Fe2O3)/10-2 W(CaO)/10-2 W(MgO)/10-2 W(K2O)/10-2 W(Na2O)/10-2 W(Cr2O3)/10-2 W(TiO2)/10-2 W(LOS)/10-2 QZ9-1-HDX05 89.96 4.68 0.47 0.21 0.031 2.41 1.14 0.08 0.088 0.56 QZ0-1-HDX07 88.7 5.82 0.44 0.28 0.18 2.48 1.15 0.17 0.088 0.64 表 3 组合分析一览表 样号 w(TiO2)/10-2 w(Cr2O3)/10-6 w(LOS)/10-2 ZH1 0.1 0.17 0.72 ZH2 0.15 0.17 1.13 ZH3 0.088 0.17 0.64 ZH4 0.099 0.17 0.73 中国科技期刊数据库 工业 A-59-329.4mm，平均降水量为 558mm，全年降水量集中在 69 月份。区内主要有柳河、绕阳河、养息牧河、秀水河四条河流，地表水系较发达。全县河流地表水径流量为2.21 亿立方米。浅层地下水资源较为丰富，主要集中在柳河、绕阳河冲积平原区。6.1.2 区域水文地质条件 以往资料显示,区内主要地下水类型主要为松散岩类第四系孔隙潜水，基岩裂隙水次之。松散岩类孔隙水主要分布柳河、绕阳河平原河间地块及北部风沙区。含水层岩性主要以粉砂、细砂、中粗砂为主，局部为细砾石层。其中北部风沙区水量偏少。地下水径流条件较好，水化学类型主要以重碳酸钙型水为主。中南部平原区含水层主要以细砂、中粗砂为主，含少量砂砾石层，水量丰富。由于地势低洼，高差较小，地下水径流缓慢，含水层渗透系数、水力坡度均较小，所以径流条件较差，局部形成了土地盐碱化2。大气降水为该区主要补给来源。排泄方式为径流排泄和蒸发排泄两种，工作区主要以地下水向河流排泄及天然蒸发为主。6.1.3 矿区水文地质条件 矿区位于科尔沁沙地南缘，属风成石英砂矿，矿区地势比较平坦，矿体似层状分布，厚度不大，埋藏浅，矿山开采方式为露天开采，开采方法是用船进行抽吸式开采，不进行采坑排水。（1）含水层特征 区内地下含水层主要为浅部第四系孔隙潜水含水层，地下水补给来源主要以大气降水入渗、河流入渗及含水层的侧向径流补给为主，其次还有基岩裂隙水的侧向补给3。地下水平均水位埋深 6.00m 左右，有利于大气降水入渗补给。第四系松散岩类孔隙潜水补给源比较丰富，富水性属于中等富水性。靠近河床处单井涌水量还要增大。经水文孔抽水试验表明：区内平均涌水量为86.40m3/d，平均单位涌水量 0.1333L/s.m，渗透系数为 0.5464m/d，水位埋深 6.00m，含水层厚度 47.42m。该层位地下水可作为矿区供水水源。（2）隔水层特征 矿区隔水层是位于矿床底部的粘土层。（3）地下水的动态变化 本区地下水(位)动态变化有明显地季节性变化特征：一般在上年 10 月份到第二年的 3 月份，降水量逐渐变小，气温降低，进入封冻期，地下水无大气降水的补给，地下水位逐月下降，23 月出现全年最低水位；4 月以后气温回升，冰雪封冻层开始融化，地下水接受一次集中补给，水位开始上升；此后降水逐渐增多，水位上升速度加大；7 月到 9 月出现全年最高水位，高水位维持到降水结束的 10 月底。年水位变幅一般在2m 左右。（4）充水因素分析 工作区内矿体为风成石英砂，后期开采方式为露天开采。根据工作区水文地质条件及石英砂矿体赋存特征，矿井直接充水因素为大气降水和第四系孔隙潜水。矿区水文地质地质条件为简单类型。6.2 工程地质 矿区出露均为第四系松散岩类细砂：主要由黄褐色、浅黄色、灰绿色细砂组成。结构呈松散状，细砂具分选性，磨圆度较好，构造呈层状，软硬程度相同，适合一般工程。根据中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁测试研究所出具的物理性能测试报告：松散系数1.872.19，平均 1.99；颗粒密度：2.63g/cm32.67g/cm3，平 均2.64g/cm3；表 观 密 度：2601kg/cm3-2647kg/cm3，平均 2610.2kg/cm3；堆积密度：1185kg/cm3-1390kg/cm3，平均 1311kg/cm3；孔隙率：49%-57%，平均 51.8%；休止角（风干状态）36-39，平均 37.4。矿区地形较为平缓，露天边坡对矿床开采的影响不大。由于组成矿层的石英砂颗粒小，持水性大，易于液化流动。因而开采时边坡在水动力的作用下，砂体的崩落与流动必影响边坡的稳定性。除边坡稳定性一项之外，无其它影响开采的工程地质问题。矿区地形较为平坦，由于当地气候异常干燥少雨，正常情况下只要做好防水、排水工作，对矿山开采不会产生影响4。6.3 环境地质 根据彰武地震台提供本区地震资料，本区地震动峰值加速度为 0.05g，对应地震基本烈度为 VI 度区，区域地壳稳定性较好，地震动反映谱特征周期为0.35s，矿区及其附近无对人体有害的元素、有毒有害中国科技期刊数据库 工业 A-60-气体、易燃易爆物质存在，生产安全条件较好。矿床开采方式为露天开采，矿区开采形成的采坑影响地貌景观，破坏地表稀疏植被。采矿不会破坏地下水含水层，对地下水基本无影响，矿山选矿产生的废弃物为粉土质物质，随选矿水流排入废弃采坑内，弃坑内的矿浆沉淀后，清水注入采坑内循环使用，采坑水不外排，抽吸式开采，水质基本无变化，对地下含水层影响矿区距村庄、公路等较远，所造成的环境破坏影响较小5。主要结论如下：现状地质灾害不发育，地表水质量良好，地形地貌破坏程度较轻，现状环境质量良好。综上所述：矿区内矿砂和围岩化学成分稳定，不会分解出有毒、有害物质，矿坑排水不会引起地面塌陷和地下水污染，因此环境地质条件为简单类型。综上所述，矿区水文地质条件简单，工程地质条件简单，环境地质条件简单，认为该矿区属于开采技术条件简单类型矿床。结论：彰武县邰家天然石英砂矿所处大地构造位置位于柴达木-华北板块（）、华北北缘古生代坳陷带（-6）、阴山-华北北缘古生代裂陷带（-6-1）、法库晚古生代残留海盆（-6-1-2）。出露地层主要为中生界白垩系（K）下统义县组及新生界第四系（Q）。矿床成因类型为风成型松散状天然石英砂矿床，找矿标志为第四系风成砂丘，砂陀地貌发育地区，地形平缓，植被稀少地带。该矿区矿床属于开采技术条件简单类型。参考文献 1朱文韬.地质矿产勘查及绿色开采技术分析J.中国金属通报,2023(5):37-39.2李杰.地质矿产勘查及绿色开采技术创新思考J.内蒙古煤炭经济,2023(3):181-183.3吴乐.物探技术在岩土工程勘察中的应用研究J.居舍,2020(10):67-68.4纪春芳.勘察技术在岩土工程施工中的应用研究J.湖北农机化,2019(24):93.5徐文明.试析地质矿产勘查及绿色开采技术创新策略J.内蒙古煤炭经济,2023(16):184-186.