石英石矿床地质特征与开采技术条件

关键词：石砬沟，石英石矿床，地质特征，开采技术条件，甘肃永登

1.前言

石英岩是以石英（SiO）为主要成分的沉积变质岩石，为2主要硅质原料，其主要用途是：（1）冶金工业：主要用于制造耐火材料，冶炼硅质合金（硅铁、硅锰、硅铬）和作熔剂。（2）玻璃工业：是制造玻璃的主要原料。（3）建筑工业：可作重要的建筑基石。（4）化学工业：硅石可制作各种硅化物和硅酸盐及硝酸盐，质佳者可作耐酸性的硫酸塔中的充填物。（5）研磨业：石英岩和石英砂岩可制作磨石、油石、砂纸及碳酸硅等研磨材料；石英砂也多用来锯石料、磨光玻璃、磨金属制品及石器制品的表面，石英也用于琢磨珠宝。（6）其他工业：可作搪瓷和陶瓷原料[1，2]。世界上石英岩分布很广，主要产于苏联、日本及加拿大等地。我国石英岩资源丰富，探明储量约32亿吨。甘肃石英岩产出量亦较大，主要集中在北山及祁连山地区，陇南、甘南地区相对较少。石砬沟石英石矿床是近年来新发现和开发的，对其矿床地质和水文、工程和环境开采技术条件还缺乏足够的研究，这对矿床下一步勘探开发不利，基于此，笔者在矿床地质特征的基础上，讨论了其开采技术条件，以期为后期开发提供参考。

2.区域地质背景

区域出露地层属震旦系黑龙群上组（Z2hl3），由石英岩、绢云石英片岩、变砂岩等浅变质岩系组成。自下而上依次可分为五个岩性段：灰黑—黑色绢云石英片岩；白色—灰白色厚层状石英岩；灰黑色绢云石英片岩；白色—灰白色厚层状石英岩，为本次核实工作的含矿岩层；灰黑色绢云石英片岩。此外，该区第四系分布广泛，主要由黄土、残坡积及冲洪积组成。矿区位于祁秦地轴西部北缘，次级小褶皱仅局限于绢云石英片岩层中，一般多为小型牵引褶曲。断裂构造不发育，且规模小，主要断裂有两组。区内仅见花岗闪长岩体，出露于该区西部和北部。与围岩地层呈侵入接触，接触面平直光滑。岩体呈灰—灰绿色，粗粒结构，块状构造，西部呈片麻状构造，主要有斜长石、石英、黑云母、角闪石、阳起石等组成［3］。在岩体与绢云石英片岩接触处，局部形成厚约10cm的绿泥石化带，在围岩中具角岩化和褪色现象，局部有铁染。

3.矿床地质特征

3.1岩层

矿区内出露岩石有石英岩、绢云石英片岩夹变质石英砂岩等。岩层走向与山系延伸方向大体一致，一般为310°~300°，SW倾向，倾角50°~70°。石英岩裸露地表，形成险峻的山峰；而绢云石英片岩多为植被覆盖，形成缓坡，仅在石砬沟西侧及放马沟一带出露较好。区内地层自下而上分别为五层：绢云石英片岩夹变质石英砂岩、薄层石英岩层。白色—灰白色厚层状石英岩。绢云石英片岩夹变质石英砂岩、石英岩。石英岩，为矿层。绢云石英片岩夹变质石英砂岩、薄层石英岩层。

3.2构造

区内为一单斜构造，产状为205°~215°∠50°~70°，见有小型断层，对矿体影响不大，摩擦面或角砾岩中含铁质较高时对矿石质量有一定的影响。

3.3岩浆岩

本区仅见一花岗闪长岩体。分布于矿区西北部，呈岩基产出。岩体呈灰—灰绿色，内有肉红色脉状花岗岩分异体，粗粒花岗结构，块状构造，矿物成分主要有斜长石、石英、黑云母、角闪石、阳起石等。岩体与围岩界线清楚，产状平直，SE倾斜，倾角多在85°以上。内接触带有围岩（绢云石英片岩）捕虏体，生成时代为加里东期。

3.4矿体地质特征

区内石英岩矿体厚大，层位稳定，质地良好，出露长度1500m左右，分割范围内矿体长1400m，厚度150m~350m。近围岩处局部呈中厚至薄层状，单层厚0.2m~0.4m。沿层面有少量粘土质薄膜、铁质物呈细脉状杂乱分布。厚层石英岩质量良好，薄层石英岩质量较差。STB均位于2400m标高以下，不在本次分割范围内。顶底板围岩均为绢云石英片岩夹变质石英砂岩、薄层石英岩层。矿体与上覆围岩界线分明，而与下伏围岩似有渐变过渡趋势（即石英岩→石英岩与绢云石英片岩互层→绢云石英片岩夹石英岩、变质石英砂岩薄层），过渡带一般宽10m~20m。

3.5矿石质量

矿石呈灰白色，粒状变晶结构、块状构造，主要矿物成分为石英及微量绢云母。石英占97％以上，呈等轴粒状或他形粒状，粒度大小不等，大者达1.5mm×0.8mm，小者＜0.005mm，一般0.15mm×0.7mm，彼此呈齿状镶嵌。矿石有破碎现象，局部被碾碎成隐晶质石英，绢云母<2％，呈细鳞片状，常分布于石英粒间或呈集合体无定向排列，为后期变质矿物。破碎带及其附近的石英岩局部呈尖棱粒状，粒度大小悬殊，大者约0.8mm~1.4mm，小者呈糜棱状，其形状极不规则，胶结物石英及少量粘土质，并含有少量铁质。后者多为褐铁矿，且呈粉末状或细脉状稀疏分布。矿石质量良好，品位稳定，SiO2含量最高为99.94％。矿区地表矿石平均品位：SiO2：98.29％，Al2O3：0.59%，各剖面矿石品位变化如下表：

4.开采技术条件

4.1水文地质

区域上属内陆干旱地带，水文地质简单，主要地下水补给为附近的大通河，是黄河的二级支流，平均流量为82m3/s；矿床附近的西寺沟亦有地表径流，但位于分水岭另一侧，属另一水文地质单元，流量为0.5m3/s。河谷开阔，迳流、排泄畅通。矿区水文地质条件简单，地下水补给为大气降水。矿区地形自河漫滩至分水岭高差约600m，水平距离2540m。在水平分布上，存在地下水的地层主要位于阶地第四系碎屑沉积物砂砾层。其底部存在少量孔隙水，但水量较少，形成不了地下潜流。区内岩层风化裂隙发育，岩石表层破碎，加之由于构造裂隙的影响，本应该是雨水下渗的良好通道，但由于矿区地形坡陡沟深，在短短的水平距离之内，高差悬殊太大，故致使降水利于流泄而不利于渗透；同时，由于矿体位于阴坡，地表又不同程度地有黄土及植被覆盖，因而在矿区虽然地层风化裂隙发育、破碎，而在浅部却不存在基岩裂隙水。石英岩节理发育，通过对浅井、采场的观察，矿层基本不含裂隙水，围岩片岩及变质石英砂岩从岩石裂隙发育看，应该是含水的有利部位，但经过调查，却未见含水的迹象，其原因是得不到补给。同时经过这些年的采矿证实，矿体在地形上位于较高部位，在暴雨季节也有有利的地形条件排水。因此，矿床水文地质条件简单。大的断裂构造在区内少见，且矿床开采范围位于侵蚀基准面之上200m左右。在小的断裂内未见充水现象。

4.2工程地质

矿区岩石只有明显的两种岩性，一种石英岩，为矿体，另一种绢云石英片岩，是围岩，二者的工程地质稳固性如下：石英岩呈块状结构，工程地质分类为Ⅲ类，属坚固性岩石，围岩由于片理化较发育，稳定性较差，工程地质分类为Ⅳa~Ⅴ，属中等坚固性岩石。松散系数：矿石松散系数平均值为1.74，围岩松散系数平均值1.70。自然安息角：平均值44°45′28″。矿石比重：2.6t/m3;岩石比重：2.59t/m3。

4.3环境地质

矿区位于马雅雪山山脉东南部，据中国地震区划图：基本烈度Ⅶ度，地震分组属第二组，设计地震基本加速度值0.10g。矿山采用露天开采，因此对环境的影响较大。开采过程中，SiO2粉尘浓度较高，为避免从业人员吸入SiO2粉尘后，对身体造成危害，应尽量应用湿式作业，配备防毒面具，采场和爆破堆上派专人洒水防尘土，尤其是在破碎筛分过程中产生的粉尘，要进行喷水和通风除尘，尽量减少粉尘的污染。采场采空形成的边坡，尽管围岩相对较为稳定，但由于地形高差大，表层分布有第四系松散碎屑物质，易造成坍塌等地质灾害，故顶板以上的地表植物和自然地形，不要任意破坏，对采矿形成的边坡尽量恢复植被，避免造成岩石崩落，水土流失。废料的堆放不仅占有相当大的场地，更污染环境，尽量做到综合利用，以变废为宝，改善环境。同时废石堆放因暴雨而造成泥石流危害，应建立防水、排水系统，在场地附近开挖排水沟，以防突发性洪水暴发而引起渣堆被冲毁，以及由此而造成的经济损失和环境污染［4］。破碎筛分场地生产用水，能做到循环使用，净化达标后排放。矿山回采完毕后，要进行采坑回填及覆土植被，减少对环境的危害。

参考文献：

［1］李树江.浅析新疆东疆地区石英岩矿的地质特征及找矿标志[J].世界有色金属，2017（12）：139-140.

［2］吴逍.高纯石英原料选择评价及提纯工艺研究[D].西南科技大学，2016.

［3］陈全.石拉沟石英石矿矿区边坡分布特征及防治措施探讨[J].甘肃科技纵横，2010，39（4）：77-78.

［4］许文飞.某石英岩矿山边坡地质灾害评估及综合治理[J].现代矿业，2013，29（1）：138-139.

［5］佚名.石英砂的历史[J].西部资源，2014（5）：69-69.

作者：魏振元 单位：腾达西北铁合金有限责任公司