金屬礦床地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件研究

于海洋

（中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021400）

銅鉬礦的形成與演化過程受多種因素影響，如巖漿巖、構(gòu)造破碎帶等，其中最主要的原因就是受到這些復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境的限制；其次，在成礦物質(zhì)來源上，受區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)的制約而產(chǎn)生的差異性，從而導(dǎo)致不同的礦物成分的分布規(guī)律存在較大的差別。因此對(duì)礦石的物理化學(xué)特性的研究具有十分重大的意義。

1 相關(guān)理論概述

1.1 礦區(qū)地質(zhì)與巖石

①礦床的形成與演化在巖漿作用的過程中，伴隨著一系列的熱液活動(dòng)，使成巖礦物的形態(tài)發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致了礦體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最終使成巖的力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)成分也隨之改變。②礦石的分布與組合在礦石的組成上，主要是以碳酸鹽為主，鐵、鋅、銅、鉛的含量較高，而硅、鎂的含量較低，且硅鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比鐵、鎳重，所以礦區(qū)內(nèi)的鐵鎳金屬的儲(chǔ)量相對(duì)較少。從整體上來看，由于鋁的富集，使得磁鐵礦的數(shù)量增加，同時(shí)磁鐵礦的種類也增多，因此磁銅礦的規(guī)模逐漸變大。③構(gòu)造線的發(fā)育情況及其圍巖層的物理特性對(duì)礦床的影響斷裂帶是一種重要的圍巖，它具有較大的空間延伸能力，當(dāng)其走向和邊界尺寸比較小時(shí)，可視為其發(fā)展的有利區(qū)，但隨著時(shí)間的推，移這種區(qū)域的斷層將不斷地減少，直至消失。

1.2 沉積相

沉積環(huán)境主要是在變質(zhì)作用下形成的陸相和多相碎屑巖，它們之間的差異較大，且相互間的影響也較為強(qiáng)烈。在我國銅鉬礦的分布中，有大量的成礦流體經(jīng)過了許多的復(fù)雜變化，其中有一部分是來自于巖漿的侵入過程，另一些則來源于圍巖的演化而來。

銅元素的含量與成礦物質(zhì)的組成、形態(tài)、礦物的性質(zhì)等因素有關(guān)，因此其對(duì)礦石的物理化學(xué)特性具有重要的決定性意義。

從古至今，人們一直在利用各種手段來進(jìn)行研究，例如用顯微鏡觀察巖石的形貌，通過物探方法來分析不同的物探方法，以及用鉆井液和酸洗的方式來研究物化的本質(zhì)；還有就是采用酸洗的方式對(duì)成礦氣體加以處理，從而得到有用的樣品；再比如，以鐵為原料，將含鈷的鉛冶煉，然后再以鉬為介質(zhì)，合成鎢黑，鎢綠，鎢石，這些產(chǎn)物都屬于深埋的礦產(chǎn)資源。

1.3 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦床的形成和發(fā)展是在人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的產(chǎn)物——即生產(chǎn)力的一種表現(xiàn)形式。礦床地質(zhì)構(gòu)造是由各種不同的礦物組成的復(fù)合體，它們之間存在著相互交織、交織的關(guān)系；而礦石則為這些物質(zhì)的主要來源，各向同性的結(jié)構(gòu)特征，決定了其在空間上的分布和性質(zhì)。因此，各向異性的礦產(chǎn)資源，其共生性與周圍的環(huán)境有著密切的聯(lián)系；同時(shí)，由于各向異性的作用及地殼的升降運(yùn)動(dòng)，使礦區(qū)內(nèi)的巖石、地層以及有關(guān)的物理化學(xué)特性發(fā)生了改變，從而導(dǎo)致了巖溶現(xiàn)象的出現(xiàn)或加劇，最終使該礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害也隨之增加。銅鉬礦的成因可分為兩大類:原生原因和外源因素。

2 礦床開采技術(shù)條件影響因素分析

針對(duì)礦床開采技術(shù)條件的影響因素，主要從三個(gè)方面進(jìn)行分析：①礦床的物理化學(xué)性質(zhì)。對(duì)于銅鉬礦來說，其在高溫高壓下的穩(wěn)定性較好，但是在低溫低壓的情況下，其耐受性會(huì)大大降低，所以在開采過程中，要注意溫度的變化和壓實(shí)，避免因高溫而造成的一些質(zhì)量問題。②地質(zhì)構(gòu)造。根據(jù)前文所述的地質(zhì)條件，可以看出，銅鉬礦產(chǎn)的成礦物質(zhì)來源于巖漿巖，因此要控制好找礦物的位置和找準(zhǔn)，使找成后的礦石能滿足選題的要求；同時(shí)也要對(duì)礦區(qū)的地層、斷層等異常的部位加強(qiáng)監(jiān)測，防止意外事故的發(fā)生；對(duì)易受水文地球引力作用的巖石盡量不破壞，以減少后續(xù)的處理措施。③采礦方法。選擇合適的采礦方式，合理安排礦山的采掘工程，提高工作效率。如果采用的是新的采掘工藝，則應(yīng)先做好試驗(yàn)，確定最佳的開采方案。

3 金屬礦床地質(zhì)特征及開采技術(shù)

3.1 地質(zhì)構(gòu)造的主要方式

針對(duì)銅鉬礦礦床的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，其主要可采取以下幾種方式。

①在礦區(qū)附近的斷裂和褶皺的影響區(qū)域，采用銅金沖重錘法進(jìn)行開采，在對(duì)其開采的過程中，要根據(jù)不同的地質(zhì)情況選擇合適的方法對(duì)其采礦的方向和程度，從而使礦山的生產(chǎn)能夠順利的開展下去。②在礦區(qū)內(nèi)的一些特殊的構(gòu)造部位，如：煤層、破碎帶等，可以利用上述的方式來對(duì)其采場的穩(wěn)定性做出保證，以達(dá)到安全的目的；③對(duì)于礦體的周圍有大量的灰塵的環(huán)境，也可使用通風(fēng)的方式來降低這些地方的灰塵污染，以減少因?yàn)榭諝馕廴径鴰淼奈：?；④?dāng)?shù)V產(chǎn)的位置比較偏僻的時(shí)候，或者是受地震的威脅時(shí)，要盡量的將露天采區(qū)的寬度加大，以便于將易受風(fēng)化的巖石布置的臺(tái)階或其他的防護(hù)設(shè)施。同時(shí)還要注意不要破壞地下的電纜溝，防止由于電纜溝的存在而給整個(gè)礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)造成的損失。

3.2 礦床開采順序

當(dāng)?shù)V體向深部發(fā)展的時(shí)候，就需要采取先開采后掘位的方式來進(jìn)行礦體的開采工作。當(dāng)采區(qū)外于深部時(shí)，就可以采用先掘后采的方法，來對(duì)礦石的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了解，從而確定出破碎、富集的區(qū)段；而在地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下，則應(yīng)該考慮先掘后采的原則，對(duì)礦山的整體構(gòu)造和地質(zhì)采礦條件的分析和選擇。

對(duì)于第一個(gè)階段的礦床，由于其形成的時(shí)間不長，所以要將其作為一個(gè)獨(dú)立的單元加以處理。然后再將第二階段的礦床納入到整個(gè)的系統(tǒng)當(dāng)中去，這樣才能夠保證第二步的順利實(shí)施。在這個(gè)過程中，要根據(jù)實(shí)際的礦區(qū)狀況，合理安排。第一階段的主要目的是為了提高礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用率，因此在這一階段的首要任務(wù)就是按照“控制”的要求把控好的參數(shù)值準(zhǔn)確的反映出來，并通過相應(yīng)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

3.3 礦床開采規(guī)律

通過礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，分析了礦床地質(zhì)條件，并結(jié)合前人總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和成果，可以得出以下結(jié)論：

①在礦石的物理性質(zhì)方面，銅鉬礦的主要成分為含銅量高，但其含金量較低，在熱液的作用下，其化學(xué)組成發(fā)生改變，從而使成巖過程發(fā)生變化。②在礦石的結(jié)構(gòu)上，由于銅元素的存在使得不同的礦物之間的接觸面積增大，這也導(dǎo)致了同一類的礦產(chǎn)中的某些組分含量增加。③當(dāng)溫度升高時(shí)，會(huì)使一些礦物質(zhì)的比例有所提高，如鐵、鋁等。而當(dāng)溫度下降時(shí)，則會(huì)降低這些物質(zhì)的比例系數(shù)，如鐵、鎳等。④當(dāng)?shù)V石的成份是相同的情況下，各部分的物性參數(shù)的差異較大，因此各物性的變化規(guī)律也比較明顯。如鐵的比熱容重的大小與鋁的比熱容重有很大關(guān)系。而錳的比容量的多少與鋁的比容量有關(guān)。

3.4 開采技術(shù)條件分析及預(yù)測

金屬銅元素礦在我國銅資源中是一個(gè)重要的礦產(chǎn)類型，主要分布于華北巖溶區(qū)和魯中地區(qū)，是-種高含金量的有色金屬，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

目前世界上的鉛、鋅、鐵等重金屬含量都在正常范圍之內(nèi)，但隨著時(shí)間的推移和開采的進(jìn)行，會(huì)慢慢的富集到其他國家，因此對(duì)其的利用也越來越廣泛。銅鉬礦的形成與演化過程是伴有采礦活動(dòng)的：礦石的生成與堆積；成巖作用；成礦機(jī)制等。

①礦體的物理化學(xué)性質(zhì)根據(jù)礦床地質(zhì)條件，采空區(qū)下部的圍巖蝕變比較小，但其穩(wěn)定性較差，易受溫度影響，巖石礦物的組成和結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生改變。②礦石的成分及構(gòu)造從礦體的礦石成份分析，銅鉬礦的礦石中含鐵元素較高，而鐵鉛鋅的含量較低，所以在進(jìn)行銅礦化的過程中，要對(duì)礦石的組分和成分加以控制，盡量減少對(duì)環(huán)境的污染；在破碎的情況下，要盡可能的提高礦產(chǎn)的利用率，降低二次災(zāi)害的發(fā)生率；在變質(zhì)程度的基礎(chǔ)上，還要考慮到礦山的安全生產(chǎn)問題。③采礦方法技術(shù)參數(shù)的確定與評(píng)價(jià)通過上述的分析可以看出，銅鉬礦的采場設(shè)計(jì)是合理的選擇方案，并且是可行的工藝流程，對(duì)于不同的開采方式，需要采用的開采技術(shù)條件也不一樣，因此要具體的分析各種因素的變化規(guī)律，從而制定出相應(yīng)的開采措施。

3.5 水文地質(zhì)特征

首先是地表水的特征，以內(nèi)蒙古西烏珠穆沁旗地區(qū)為例，地表水主要呈現(xiàn)為樹枝形狀，且地表水長期處于干涸狀態(tài)，因此地表水流量也相對(duì)較小，通常在夏季即七月份開始，到九月份之間雨季來臨時(shí)，地表水的流量會(huì)增大，大氣降水是地表水的主要來源。就方向而言，地表水主要的方向?yàn)闁|西向且穿越全區(qū)。

與此同時(shí)，地表水與礦區(qū)之間的距離比較大，由此，礦區(qū)的開采會(huì)受到地表水的影響。除了地表水，還有地下水，地下水大致可以分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。其中，松散巖類孔隙水的主要組成有第四孔隙水含水層、強(qiáng)風(fēng)化空隙含水層組成，其水量的大小主要受地形條件以及沉積厚度的影響，而地形條件以及沉積厚度則受大氣降水的影響。其通常會(huì)在地形斜坡處憑借蒸發(fā)滲透的方式進(jìn)入溝谷進(jìn)而轉(zhuǎn)化為地表水，而其中也會(huì)有部分形成構(gòu)造裂隙水。塊狀巖類裂隙含水巖組，主要分布于區(qū)內(nèi)的巖漿巖成巖裂隙和構(gòu)造裂隙中，其具備一定的抗壓性。地下水主要為松散堆積層、基巖裂隙及構(gòu)造破碎帶潛水，風(fēng)化裂隙發(fā)育深度通常在數(shù)十米左右，其主要來源是大氣降水通過垂直方式進(jìn)行。

礦區(qū)的主要水文地質(zhì)類型首先是邊界相對(duì)簡單，且地表水具有很明確的劃分界限，其周圍也不存在大地表水體、尚未進(jìn)行開采的礦區(qū)等。其中，地表水與地下水的方向基本相同，其流動(dòng)方向主要受到地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響。礦床充水層為基巖裂隙水含水層，充水方式以頂板裂隙線流、面流為主，含水量相對(duì)較低，分布也并不很均勻。雖然礦體較多，但其中部分位于侵蝕基準(zhǔn)面以下，與此同時(shí)，巖體具備良好的隔水性能，從而使得排水時(shí)不會(huì)造成塌陷等現(xiàn)象。分析完水文地質(zhì)特征后，需要根據(jù)預(yù)測的情況對(duì)礦床涌水量進(jìn)行預(yù)測，后期需要進(jìn)行抽水實(shí)驗(yàn)對(duì)涌水量進(jìn)行測算，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷出水文地質(zhì)類型。除了水文地質(zhì)類型，工程地質(zhì)類型也要進(jìn)行判斷。

3.6 地質(zhì)勘察工作

工程地質(zhì)特征通常需要從多個(gè)角度出發(fā)進(jìn)行分析，出露巖石地層的組成、近地表部分的風(fēng)化程度等。預(yù)測工程地質(zhì)問題是開采工作的核心，工程地質(zhì)勘查的主要工作內(nèi)容是對(duì)金屬礦開采過程中可能遇到的問題進(jìn)行調(diào)查研究，并根據(jù)問題做出相關(guān)預(yù)案。

工程地質(zhì)勘察的主要目的是查明礦區(qū)的地質(zhì)條件，并對(duì)礦區(qū)及有關(guān)地質(zhì)問題進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。預(yù)測當(dāng)?shù)V區(qū)在開采過程中地質(zhì)條件可能出現(xiàn)的變化，并以此為依據(jù)選擇出最優(yōu)良的礦區(qū)開采方式以及技術(shù)，在此過程中，還要策劃出解決問題的方案。

礦區(qū)工程地質(zhì)勘查與礦產(chǎn)地質(zhì)勘察的階段性相適應(yīng)，工程地質(zhì)勘察工作可以與水文地質(zhì)勘察工作進(jìn)行結(jié)合，共同進(jìn)行，相比于水文地質(zhì)勘察，工程地質(zhì)勘察需要開展的范圍更小。

礦區(qū)評(píng)價(jià)階段要首先需要進(jìn)行的工作是查明礦區(qū)工程地質(zhì)條件，然后明確工程地質(zhì)類型，并對(duì)礦區(qū)中所有可能對(duì)礦區(qū)開采產(chǎn)生影響的因素進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)工程地質(zhì)情況進(jìn)行防治方案的制定。

礦區(qū)開采勢必會(huì)對(duì)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生影響，為了在發(fā)展礦區(qū)開采的同時(shí)也能確保環(huán)境盡可能遭受較少的破壞，也需要開展環(huán)境地質(zhì)工作，尤其是金屬業(yè)，可能會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污。環(huán)境地質(zhì)勘察工作的內(nèi)容比較廣泛，不僅涉及到地質(zhì)學(xué)，也涉及到環(huán)境學(xué)相關(guān)知識(shí)，首先要分析地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)環(huán)境之間的聯(lián)系，還要分析地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及礦區(qū)開采之間可能產(chǎn)生的相互影響。

在此過程中，需要對(duì)礦區(qū)開采可能引發(fā)的環(huán)境問題進(jìn)行預(yù)測并提出防治方法。

勘察工作首先要對(duì)礦區(qū)進(jìn)行整體的穩(wěn)定性調(diào)查，做出初步評(píng)價(jià)后再對(duì)自然地質(zhì)災(zāi)害等進(jìn)行詳細(xì)的勘察，最后需要查明金屬礦生產(chǎn)導(dǎo)致礦層、地下水等地質(zhì)體中有害物質(zhì)遷移、聚集、擴(kuò)散等的途徑和地質(zhì)因素，如果經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)污染，必須查明污染源頭，并盡可能開展有效防治工作。如果在礦區(qū)開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物，需要明確危害并盡可能規(guī)避，與此同時(shí)，這些廢棄物也可能是自然資源的來源，要加以利用，進(jìn)而提高金屬礦的綜合效益。

4 結(jié)語

通過分析總結(jié)出的各種銅鉬礦的特點(diǎn)以及開采的難點(diǎn)，提出了一些合理選別方法，并結(jié)合我國的實(shí)際情況，探討了該類型的鉬產(chǎn)業(yè)的可行性及應(yīng)用前景。開采過程中，要考慮各種可能的干擾條件，如：通風(fēng)、防爆、水文地質(zhì)、環(huán)境條件、施工條件、地面交通，工程建設(shè)，地下管線，周圍建筑物、工業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸和生活設(shè)施、供電電源、通訊設(shè)備、綠化設(shè)計(jì)、環(huán)境保護(hù)等。