Question

石灰岩矿床地质勘查与评价

Answer 1

一、矿床一般工业指标

不同的工业用途，对石灰岩矿石有不同的工业要求。

1.冶金熔剂、电石、制碱石灰岩化学成分一般要求(表20－1、表20－2)

表20－1 黑色冶金熔剂石灰岩化学成分一般要求

表20－2 有色冶金熔剂、电石、制碱石灰岩化学成分一般要求

2.水泥原料矿石化学成分一般要求(表20－3)

表20－3 水泥用石灰质原料矿石化学成分一般要求

3.矿山开采技术条件要求

矿山露天开采技术条件一般要求如下:

1)最低可采标高:一般不低于矿区附近的最低地平面标高，如低于最低地平面标高，必须通过技术经济论证确定。

2)剥采比:覆盖层、脉岩、夹层、边坡围岩的剥离总量与矿石总量之比，一般不大于0.5∶l(m³/m³)。

3)可采厚度:大、中型矿一般8m，小型矿4m。

4)夹石剔除厚度:一般2m。

5)采场最终边坡角:一般50°～60°。

6)采场最终底盘最小宽度:大中型一般不小于60m，小型矿一般不小于40m。

7)爆破安全距离:矿床开采边界对公路、铁路、高压线、居民区和其他主要建筑物的爆破安全距离一般不小于300m，如爆破安全距离小于300m时，应与投资者商定。

二、矿床勘探类型的划分

1.勘查类型划分的主要地质依据

(1)矿体内部结构复杂程度

1)简单:矿石质量稳定或变化有规律，不含或含少量不连续夹层。

2)中等:矿石质量较稳定，含不连续夹层，分布无规律。

3)复杂:矿石质量不稳定，含较多的不连续夹层，分布无规律。

(2)矿体厚度稳定程度

1)稳定:矿体连续，厚度变化小或呈有规律变化，厚度变化系数＜40%。

2)较稳定:矿体基本连续，厚度变化不大，局部变化较大，厚度变化系数40%～70%。

3)不稳定:矿体连续性差，厚度变化大，变化无规律，厚度变化系数＞70%。

(3)构造复杂程度

1)简单:矿体呈单斜或宽缓向、背斜，产状变化小，一般没有较大断层切割矿体，所见少量断层对矿体形态影响小。

2)中等:矿体呈单斜或宽缓向、背斜，产状变化较大，有少数较大断层切割矿体，对矿体圈定、对应连接有一定影响。

3)复杂:矿体呈单斜或中常向斜、背斜，产状变化大，有一些较大断层或较多断层切割矿体，破坏了矿体的完整性，对矿体圈定、对应连接影响较大。

(4)岩浆岩与变质岩

1)不发育:一般没有较大脉岩、岩株、变质岩等分布，所见岩浆岩及变质岩不发育对矿体影响小。

2)较发育:有一些较大脉岩、岩株、变质岩等分布，所见岩浆岩及变质岩较发育对矿体影响较大。

3)发育:有较多较大脉岩、岩株、变质岩等分布，所见岩浆岩及变质岩发育对矿体影响大。

(5)岩溶发育程度

1)不发育:有少量较大溶洞分布，地表、地下岩溶率一般＜3%，对开采影响小。

2)较发育:分布有较多较大的溶洞，地表、地下岩溶率一般为3%～10%，对开采有一定影响。3)发育:分布大量溶洞，地表、地下岩溶率一般在10%以上，对开采有较大影响。

2.冶金、化工用石灰岩及水泥原料矿产勘查类型(表20－4)

表20－4 冶金、化工用石灰岩及水泥原料矿产勘查类型

三、不同勘探类型勘探工程间距的要求(表20－5)

表20－5 石灰岩矿参考勘查工程间距

以上不同勘探类型和不同储量级别之间的工程间距总是相互过渡的，没有规定过死，这样，有利于结合矿床实际灵活运用，甚至可以考虑过渡类型。

一般在确定一个具体矿床的勘探类型和工程间距时，首先要以矿床本身的地质特征为基础，参照规范，初步拟定矿床的类型和大致的工程间距，并遵循由稀而密、由浅入深，由表及里的施工程序，逐步施工，随着工作的不断深入，认识的不断深化，随时注意检查和验证早期拟定的类型和网度，发现问题，及时纠正。这样，才能使类型和工程间距确定得较为正确和合理。

四、采样、样品加工及化验要求

石灰岩矿床勘探工作的主要任务就是要查明矿石质量，圈定矿体，计算储量，为矿山设计和开采提供依据。为此，地质勘查的各个阶段，随着勘探工程施工的进展情况，均应及时的进行各种取样工作。

1.基本分析

基本分析样品在勘查工程中分层、分段采取。地表样品应在新鲜岩矿层中采取，采样方法一般用刻槽法，刻槽断面规格一般为(3cm×2cm)～(10cm×5cm)，钻孔中采样用半心法。样长一般为2～4m。采样方法、长度和断面规格，应根据矿石质量变化情况，考虑矿体可采厚度和夹石剔除厚度而定。对肉眼可以区别的夹石，其厚度超过0.5m者应单独采样分析。基本分析项目见表20－6。

表20－6 石灰岩基本分析项目

2.组合分析

组合分析样品应按勘查工程分层、分类型、分品级由基本分析的副样中按所代表的厚度按比例组合而成。组合分析样品代表厚度一般为8～16m。石灰岩组合分析项目见表20－7。

表20－7 石灰岩组合分析项目

3.光谱分析、多元素分析取样

光谱分析、多元素分析样品是按矿层、矿石类型、品级从基本分析样品的副样中抽取1～2件。

多元素分析项目可视光谱分析的结果而定，一般多元素分析项目为CaO，MgO，SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，K₂O，Na₂O，SO₃，TiO₂，P₂O₅，Mn₃O₄，Cl^－和烧失量。

4.样品加工

化学分析样品的加工包括破碎、过筛、拌匀和缩分四个程序。样品缩分公式:Q=Kd²，K值一般采用0.05～0.1，对质量均匀者采用较小的K值，反之采用较大的K值。

五、矿石加工技术试验要求

预查阶段应收集矿石加工技术有关资料进行类比研究，普查阶段一般应进行矿石加工技术对比研究，做出是否可作为工业原料的评价，详查阶段与勘探应根据投资者的需求进行矿石加工技术的试验。

1.冶金、化工石灰岩加上技术试验要求

耐磨、耐压:冶金工业用做熔剂石灰岩一般做此项试验。试样规格5cm×5cm×5cm。

煅烧试验:试验一般采用半工业规模试验。如果已有类似加工技术方面数据，可通过类比确定。

水洗试验:通过水洗试验，确定是否增加洗矿设备，目的是为提高矿石质量，确保矿石经破碎、磨矿后能满足要求。

2.水泥原料工艺性能试验要求

应通过试验以验证矿石利用的可能性。需进行试验时，应在勘探阶段进行，对新类型矿石应提前进行。试验研究一般采用实验室规模试验。一般情况下全套试验(不含辊磨试验)需各种原料试验样重约100～200kg，辊磨易磨性试验所需样重约1200～1500kg。干法生产应做易磨性、磨蚀性、可磨性、可破性、辊磨易磨性、易烧性等试验项目。

六、石灰岩作为水泥原料时的配料计算及综合评价

自然界较难找到一种单一的原料，能完全满足制造水泥的要求，因此，只能选用几种原料，进行合理搭配，使其总的化学成分符合生产优质水泥熟料要求。一般水泥熟料中的CaO为60%～66%，SiO₂为19%～23%，Al₂O₃为4%～7%，Fe₂O₃为3%～5%。

目前生产硅酸盐水泥熟料的原料主要有石灰质原料、粘土质原料和辅助原料三大类。石灰质原料的种类有石灰岩、大理岩、泥灰岩、白垩等，以石灰岩应用最广泛。粘土质原料包括地壳表层的风化沉积物如粘土、黄土等，也包括了已经硬结成岩的页岩、泥岩等。其总的特点是组成物质以粘土矿物为主，其含量一般大于50%。化学成分上w(SiO₂)56%～70%，w(Al₂O₃)12%～16%，w(Fe₂O₃)4%～8%。它是水泥熟料所需SiO₂，Al₂O₃和Fe₂O₃的主要来源。是制造硅酸盐水泥不可缺少的主要原料之一。辅助原料在水泥生产中，有些用量较少，但对提高产品质量，改善操作条件，保证正常生产起着良好作用的原料。

熟料中的有害杂质为MgO，K₂O，Na₂O，SO₃，fSiO₂等。

氧化镁主要来源于灰质原料中的白云石，煅烧后以方镁石存在于熟料中，制成水泥后，与水作用形成氢氧化镁，并引起水泥的体积膨胀，降低了水泥的强度，甚至引起构件的破坏。所以，国家标准规定，熟料中氧化镁的含量不得超过5%。氧些钾及氧化钠主要来源于粘土原料中的云母及长石等矿物。它们能与熟料中的硅酸二钙和硅酸三钙起化学反应，生成游离的氧化钙，降低了水泥质量，故要求熟料中氧化钾和氧化钠的总含量不得超过1.3%。三氧化硫能与氧化钾和氧化钠反应生成硫酸盐，影响到制成水泥的安定性，含量多时，在煅烧过程中易引起结窑，影响正常生产，故规定其含量不得超过1.5%。游离二氧化硅主要为燧石及石英颗粒，因其硬度大，难粉磨，而且化学活泼性差，增加了煅烧的困难，所以灰质原料中限定其含量不超过4%。粘土质原料中含砂量一般要求不超过5%，最多不超过10%。

在水泥生产中，只有通过调整水泥生料中各种原料的配比，以获得所需要的化学成分，才能控制熟料中各种矿物成分的含量。生产实践中是通过对以下几个系数的计算，以求得合理的原料配比。

(1)饱和系数(K_H)

是指石灰质饱和系数，也叫石灰质饱和比。它是反映熟料中的二氧化硅被氧化钙所饱和的程度，即熟料中所含氧化钙的总和，扣除满足三氧化二铝、三氧化二铁、三氧化硫形成铝酸三钙、铁铝酸四钙和硫酸钙所需要的氧化钙以后，剩余的氧化钙，如果能满足熟料中二氧化硅全部形成硅酸三钙，则饱和系数应为1，如果只能满足二氧化硅全部形成硅酸二钙，则饱和系数等于0.66，如果饱和系数大于1，说明熟料中二氧化硅全部形成硅酸三钙后，尚有游离的氧化钙存在;如果饱和系数小于0.66，说明熟料中氧化钙严重不足，有游离二氧化硅存在。水泥配料中要求控制饱和系数在0.85～0.92。即

非金属矿产地质与勘查评价

实际上K_H值是控制熟料中硅酸三钙与硅酸二钙两种矿物的含量比例。当饱和系数超过0.92趋近于1时，说明熟料中硅酸三钙过多，它的早期强度高，凝结硬化快，但烧成较困难，如果饱和系数小于0.85趋近于0.66时，说明熟料中硅酸二钙过多，它制成的水泥凝结硬化慢，早期强度较低，而且熟料冷却不迅速时，易产生粉化现象，严重影响水泥质量。

(2)硅酸率(n)

硅酸率简称硅率，是熟料中二氧化硅与三氧化二铝及三氧化二铁总和的比值，它实际上反映了熟料中硅酸盐矿物与熔媒矿物的相对含量关系。硅酸率大，说明熟料中硅酸盐矿物较多，制成的水泥强度较大，但煅烧困难。如果硅酸率较小，说明熟料中熔媒矿物较多，熟料较易烧成，但制成的水泥强度较低，质量较差。一般要求硅酸率控制在1.8～2.5之间较为适宜，即

非金属矿产地质与勘查评价

(3)铝氧率(ρ)

铝氧率也叫铁率，是熟料中三氧化二铝与三氧化二铁的比值，它代表了熟料中铝酸三钙与铁铝酸四钙两种熔媒矿物的相对含量关系。铝氧率高，说明熟料中铝酸三钙相对较多，这种熟料制成的水泥凝结硬化较快，但煅烧熟料时黏性大，操作困难。铝氧率低，熟料中铁铝酸四钙相对较多，煅烧比较容易，但制成的水泥凝结硬化较慢，强度较低。一般要求控制铝氧率在1.0～1.8的范围内较为合适。即

非金属矿产地质与勘查评价

在对作为水泥原料的石灰岩矿床进行评价时，除按照规范要求对其质量进行评价外，还需要注意结合水泥生产对原料的总体要求进行评价，特别是水泥灰岩原料紧缺地区，应加强对有害组分含量较低的泥质灰岩的综合评价，通过调整水泥生产时的配料，使其能满足水泥生产的要求。

七、石灰岩矿床地质经济技术评价要点

石灰岩矿床的地质勘查评价工作主要是在区域地质调查的基础上进行，它实质上是将踏勘中发现的各个石灰岩矿点进行比较，根据不同的用途和要求，本着先易后难，先近后远的原则，选择经济技术条件较好的石灰岩矿床作为下一步工作的重点。在石灰岩矿床的地质勘查工作中应注意下列问题。

(1)矿点选择

这是一项综合性的技术经济工作。矿点选择是否合理，关系到地质工作及建厂后的经济效益。在一个建厂的区域内有一个以上可供选择的矿点时，应本着先易后难，全面衡量，保证矿石质量数量与开采条件最为有利的原则进行比选。交通条件和矿区地形是选点时必须考虑的问题，在当前技术经济条件下，石灰岩矿床应在通航河道两侧或在铁路沿线20km的范围内，以便于矿石及其制品的运输，降低成本。由于石灰岩矿床易于风化溶蚀，一般地形比较复杂，这样，矿床的地形条件就关系到能否被开采利用，因此，选点时必须考虑前矿床开采时采场的安排，厂房的修建场地等因素。另外，还必须注意石灰岩的用途。不同的用途，对石灰岩的质量、产状、规模、形态、硬度、花纹甚至工作方法都有不同的要求。如选择溶剂用石灰岩的原料基地时，应偏重于厚度大、岩石成分均匀的石灰岩矿床，只要它能供给大批开采而不需加以选分，镁含量可稍高一些。选择水泥用石灰岩时，纯灰岩矿床最为理想，石灰岩和白云岩互层时，由于需剔除白云岩层，对矿床开采不利。厚度小而倾角陡的石灰岩层一般不宜做大型的原料基地，但当石灰岩质纯，开采条件好时，可做电石用石灰岩开采。具有—定层理和节理的石灰岩矿床有利于开采石材，坚硬的结晶石灰岩宜做建筑用碎石，在评价饰面用石灰岩时，最重要的因素是石灰岩的颜色、花纹、裂隙、节理的形态和大小。

(2)白云岩化问题

这是水泥用石灰岩矿床勘查地质工作中的一个重要问题，它影响石灰岩矿床评价及开采利用。如四川江油天井山石灰岩矿山，在地质勘查初期阶段由于对白云岩化问题不够重视，经深入勘探后发现白云岩化使矿床复杂化，以至不能开发利用，浪费了勘查投资。

(3)岩溶

岩溶是石灰岩矿床的特殊问题，必须注意研究。对岩溶发育的矿床要用各种手段如物探、钻探来摸清大型溶洞的位置和大小，了解一般溶洞的大小、形态、充填情况及其分布规律，统计岩溶系数，以判断岩溶对矿床开采的影响程度，以免造成不应有的损失。如武山吉子坪石灰岩矿床，因对岩溶没有足够的重视，一个规模达33万m³的溶洞没有被发现，致使采准工作面200余m无法正常采矿，被迫再行补充勘探，修改采矿设计。可见，岩溶研究是勘查石灰岩矿床的一项不可忽视的工作。

(4)综合利用

石灰岩是一种多用途的工业岩石，在地质勘查评价时，一定要注意综合评价，综合利用，以提高矿床的工业价值，最大限度地利用矿产资源。

(5)矿床经济评价

影响石灰岩矿床经济评价的因素主要为质量、开采技术条件、运输条件和储量。石灰岩质量是矿床评价的前提。不同用途的石灰岩对质量要求不同，如石灰岩中由于磷或硫含量过高，不宜用于冶金熔剂，但却是烧石灰的优良原料。不适合生产水泥的石灰岩，却可能完全符合建筑工业的要求如做毛石等。因此，必须根据需要来确定石灰岩的质量是否合乎要求，从而对矿床做出评价。

开采技术条件是矿山能否经济合理地被利用的前提。有的白灰岩的量很大，质也很好，但由于开采技术条件不符合要求而难以作为矿床来加以开采。对石灰岩来讲，过厚的覆盖层、过厚的夹层、过多的侵入体而导致局部剥采比过大或总剥采比过大是矿山不能利用的最主要原因。另外，过分发育并有粘土充填的岩溶洞隙，影响机械化开采，巨大的溶洞不但影响采矿的作业，而且可能引起机械和作业人员的突然陷落事故。地形也影响到矿床评价，陡峻山区的石灰岩层，由于采场展开及场内运输等困难，也不能作为石灰岩矿床来开采。我国目前大都采用露天法开采石灰岩，因此，地面下埋深过大的石灰岩也难以成为矿床。

交通运输条件是石灰岩矿床的一个极为重要的评价因素。以水泥石灰岩为例，由于石灰石矿石和水泥都是廉价而需要量大的产品，所以水泥厂都建于矿山近旁，尽量减少内部运输距离以降低生产成本。工厂生产的水泥，必须就近运往销售市场，并且运输的价格要便宜。因此水泥厂必须靠近通航江河或铁路愈近愈好，以免修筑过长的运水泥专用铁路线或人工河渠，增加基建投资。

储量的多少影响矿山和水泥厂的规模，因而也影响机械装备和采矿成本。储量大，矿山开采的年限长，工厂企业的规模也大，矿山的机械化程度相应也高，采矿成本就低。就水泥石灰岩而言，在我国一般要求大中型矿山的服务年限为50年，小型矿山的服务年限为30年。