侯家莊礦床礦體地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件評(píng)價(jià)

陶 鑄，朱隨洲，儲(chǔ)照波，李令斌，李 偉

（山東正元地質(zhì)資源勘查有限責(zé)任公司，山東 淄博 255000）

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)鋼鐵的需求逐年增加。而國內(nèi)鐵礦石供應(yīng)嚴(yán)重不足，很大一部分靠進(jìn)口解決，國家有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)資料顯示，近幾年，我國已成為全球第一鐵礦進(jìn)口國。自2003年以來，國際、國內(nèi)鐵礦石價(jià)格持續(xù)攀升。由此顯示，鐵礦石資源嚴(yán)重不足的局面在短期內(nèi)難以改變。因此，合理有序地勘查、開發(fā)利用鐵礦資源是滿足國內(nèi)需求的重要途徑，這就為鐵礦的勘查和開發(fā)利用提供了廣闊的市場(chǎng)空間。研究區(qū)內(nèi)工業(yè)比較發(fā)達(dá)，近年來集體、民營企業(yè)發(fā)展迅猛。尤其是礦業(yè)開發(fā)已成為區(qū)內(nèi)支柱產(chǎn)業(yè)，共有大小礦山企業(yè)10余家[1-3]。根據(jù)GB 18306—2001《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》淄博市臨淄區(qū)抗震設(shè)防列度為Ⅶ度，本區(qū)地震加速度值為0.10g。本區(qū)農(nóng)業(yè)以小麥、玉米種植業(yè)為主，是淄博市主要產(chǎn)糧區(qū)；工業(yè)發(fā)達(dá)，以黑色冶金原料的開采、加工為主；勞動(dòng)力資源充沛，水、電資源豐富。本文研究了侯家莊礦床礦體地質(zhì)特征及開采技術(shù)條件，研究為礦山開采提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)

1.1 地質(zhì)特征

侯家莊礦床位于金嶺短軸背斜的北西翼，礦區(qū)范圍主要是指本次勘查工作區(qū)及附近地段。根據(jù)鉆孔地質(zhì)資料表明，礦床地質(zhì)特征如下。

（1）地層。礦區(qū)出露地層主要為奧陶紀(jì)馬家溝組，其次為石炭系—二疊紀(jì)月門溝群，第四紀(jì)山前組以角度不整合覆蓋于上述地層之上。根據(jù)鉆探揭露情況，由老至新分述如下。奧陶紀(jì)馬家溝組（Om）、月門溝群（C-Py）、第四系山前組（Qs）。

（2）構(gòu)造。侯家莊礦區(qū)范圍內(nèi)，尚未發(fā)現(xiàn)明顯的斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造。構(gòu)造形式主要表現(xiàn)為單斜構(gòu)造和接觸帶構(gòu)造。

（3）巖漿巖。礦區(qū)出露的巖漿巖是金嶺閃長(zhǎng)巖雜巖體的一部分，主要巖石類型為閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖。

（4）變質(zhì)作用和圍巖蝕變。由于巖漿巖的侵入和巖漿期后熱液作用，沿接觸帶及兩側(cè)發(fā)生強(qiáng)烈的交代變質(zhì)作用、蝕變作用及熱變質(zhì)作用，形成寬大的蝕變帶。按空間關(guān)系及蝕變作用特點(diǎn)，蝕變大致可分為3個(gè)帶：內(nèi)蝕變帶、接觸交代變質(zhì)帶、外蝕變帶。

1.2 礦床磁異常特征

1.2.1 以往磁測(cè)成果的磁異常特征

重工業(yè)部地質(zhì)局物探隊(duì)在金嶺鐵礦區(qū)開展磁法普查時(shí)發(fā)現(xiàn)并圈定了侯家莊磁異常。磁異常走向60°左右，以ΔZ=500 nT等值線圈定異常長(zhǎng)2 800 m，寬400～500 m。以往查明的礦體基本上分布于正異常的北翼，即0～2 000 nT（圖1）。

圖1 侯家莊異常等值線平面Fig.1 Houjiazhuang anomaly contour plane

1.2.2 對(duì)磁異常的推斷解釋及鉆探驗(yàn)證

ΔT等值線平面圖顯示的磁異常變化比較平穩(wěn)，以-500 nT等值線圈定的負(fù)異常寬度較大，沿走向延伸穩(wěn)定，推斷地下磁性體沿走向基本上是連續(xù)的。在負(fù)異常區(qū)圈出4個(gè)ΔT場(chǎng)值-650 nT異常圈，提示地下磁性體在走向上存在膨脹收縮現(xiàn)象，有4個(gè)較為明顯的膨脹部位。該區(qū)的鉆探驗(yàn)證成果與上述推斷基本上是吻合的。在西南部第1個(gè)負(fù)極值區(qū)內(nèi)觀20-9孔見礦厚度8.97 m，其東側(cè)ZK18-9孔見礦厚度10.86 m；在第2個(gè)負(fù)極值區(qū)的西部邊緣，ZK14-9孔見礦厚度1.83 m，根據(jù)-650 nT負(fù)異常圈的范圍和強(qiáng)度分析，該孔東北方向應(yīng)有1個(gè)較厚的礦體，由于普查工程間距較大，未進(jìn)行驗(yàn)證。位于侯家莊村不完整的第3個(gè)負(fù)極值區(qū)內(nèi)有ZK9-12、ZK5-8、ZK5-10、ZK5-14見到1.25～8.32 m不等的礦體。根據(jù)負(fù)異常特征和鉆孔驗(yàn)證情況綜合分析，初步認(rèn)為，-500 nT等值線圈定的范圍大體上反映了盲礦體的邊界，而-650 nT極值區(qū)是礦體局部增厚的反映。

2 礦體地質(zhì)

2.1 礦體特征

通過此次深部詳查，共查明侯家莊Ⅰ礦體及深部Ⅲ礦體。其中，侯家莊深部Ⅲ礦體包括Ⅲ-1、 Ⅲ-2、Ⅲ-3三個(gè)礦段，Ⅲ 礦體為主礦體，Ⅲ-1礦段為主礦段。此次探明Ⅲ礦體與侯家莊Ⅰ礦體大部分地段有1個(gè)無礦間隔帶，間隔帶傾斜寬度100～300 m，僅在局部地段2個(gè)礦體是相連的，如14線。此次探明（Ⅰ+Ⅲ）礦體資源儲(chǔ)量578.6萬t，屬中型規(guī)模。

Ⅰ礦體位于礦區(qū)中下部，與Ⅲ-2礦體位于同一條勘探線上，形態(tài)大體上呈細(xì)脈狀，礦體在剖面上呈修長(zhǎng)的長(zhǎng)條型，礦體產(chǎn)狀與淺部Ⅲ礦體基本相同，走向55°～62°，傾向北西，傾角38°，由2個(gè)見礦鉆孔（ZK14-7、ZK14-9）控制，推斷礦體走向長(zhǎng)度80 m，傾斜延深110 m，礦體真厚度1.83～2.66 m，平均2.25 m，厚度變化系數(shù)15%，屬穩(wěn)定型。埋深356.93～456.40 m（標(biāo)高為-321.16～-415.40 m），資源量20.0萬t，占總資源量的3.5%。礦段TFe品位41.42%～61.54%，平均品位48.35%，變化系數(shù)21.43%，屬較穩(wěn)定型；mFe品位39.82%～53.57%，平均品位45.93%，變化系數(shù)14.26%，屬較穩(wěn)定型。

2.2 礦石質(zhì)量

2.2.1 礦石的礦物成分

（1）金屬礦物[4-5]。礦石中主要金屬礦物為磁鐵礦，其次含少量的黃鐵礦及黃銅礦，礦物基本特征：磁鐵礦以他形粒狀為主，其次為半自形粒狀，粒徑0.1～0.5 mm，少數(shù)可達(dá)0.9 mm，不等粒，晶粒間緊密接觸，呈致密塊狀，局部花崗壓碎結(jié)構(gòu)，含量50%～65%。

（2）脈石礦物[6-8]。脈石礦物主要為透輝石、金云母、綠泥石、碳酸鹽礦物，其次為長(zhǎng)石、石英及普通輝石，往往幾種礦物共生或伴生，多呈填隙狀分布于金屬礦物顆粒，有的呈集合體條帶狀或不規(guī)則團(tuán)塊狀分布。

2.2.2 礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)；構(gòu)造以致密塊狀為主，條帶狀、斑雜狀、浸染狀次之。致密塊狀礦石主要由磁鐵礦及少量脈石礦物組成，鐵品位較高；條帶狀、斑雜狀和浸染狀礦石含脈石礦物較多，鐵品位較低。

2.2.3 礦物的生成順序及共生關(guān)系

礦物的共生關(guān)系[9-10]大致分為6個(gè)組合：①鉀長(zhǎng)石+鈉長(zhǎng)石+絹云母組合，是自變質(zhì)鉀、鈉化階段的產(chǎn)物。②透輝石+鈣鐵榴石+綠簾石組合，是正矽卡巖階段的礦物組合。③透輝石—陽起石+綠簾石組合，是變矽卡巖階段前期的礦物組合，該階段磁鐵礦化大量發(fā)生。④蛇紋石+黑云母+金云母組合，是變矽卡巖階段晚期的礦物組合，磁鐵礦化繼續(xù)發(fā)生。⑤綠泥石+黑云母+絹云母組合，高中溫?zé)嵋弘A段礦物組合，有多金屬礦化。⑥方解石+綠泥石+石英組合，是中低溫?zé)嵋弘A段的礦物組合，有微弱多金屬礦化。

2.2.4 礦石的化學(xué)成分

根據(jù)光譜分析和化學(xué)全分析結(jié)果，礦石的化學(xué)成分有Fe、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、S、P2O5、TiO2、K2O、Na2O、MnO等。鐵為主要有用組分，TFe含量27.66%～65.80%，平均含量47.42%，品位變化系數(shù)34%，品位分布均勻。鐵元素主要賦存于磁鐵礦中，只有少量鐵賦存于硅酸鹽及黃鐵礦中；磁性鐵含量26.51%～65.73%，全區(qū)平均44.70%，磁性鐵占有率94.26%。主要有害物質(zhì)S含量0.023%～0.12%，平均0.052%，主要賦存于黃鐵礦中；P含量0.006 6～0.260 0%，平均0.076 0%；S、P均低于工業(yè)指標(biāo)允許含量。

2.3 礦石類型和品級(jí)

礦體埋深較大，未受氧化及淋濾作用，礦石自然類型為原生磁鐵礦。礦石TFe品位27.66%～65.80%，按基本分析樣品長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)，TFe品位≥50%以上的占44%，TFe品位<50%的占56%，全區(qū)TFe平均品位47.42%，屬需選一般富鐵礦石。根據(jù)金嶺鐵礦區(qū)多年工作經(jīng)驗(yàn)可知，可溶性鐵等含量較低，本次未做可溶性鐵含量分析，故此次磁性鐵占有率=磁性鐵（mFe）/全鐵（TFe），ω（mFe）/ω（TFe）在91%～97%，僅1個(gè)樣品含量81%，礦體平均磁性鐵占有率93%，屬磁性鐵礦石。礦石工業(yè)類型為需選磁鐵礦，礦石中伴生有用組分低于綜合利用指標(biāo)，且金嶺鐵礦多年來一直采用統(tǒng)采統(tǒng)選的生產(chǎn)方法，所采礦石全部進(jìn)入選廠進(jìn)行選礦，故礦石不再分品級(jí)。

2.4 礦體圍巖和夾石

（1）礦體頂板圍巖。礦體頂板圍巖主要是受熱力變質(zhì)而重結(jié)晶的結(jié)晶灰?guī)r或大理巖，主要礦物成分為方解石，局部含少量的泥質(zhì)成分；其化學(xué)成分主要為CaO，其次為MgO，少量SiO2、Al2O3。結(jié)晶灰?guī)r或大理巖為礦體的直接頂板，與礦體界線十分清晰。

（2）礦體底板圍巖。礦體底板圍巖主要是透輝石矽卡巖、蝕變閃長(zhǎng)巖、矽卡巖化閃長(zhǎng)巖。直接底板巖石以透輝石矽卡巖居多，厚0.90～7.74 m，主要礦物成分為透輝石，其次為金云母、綠泥石；部分地段直接底板為蝕變閃長(zhǎng)巖、矽卡巖化閃長(zhǎng)巖，厚度幾米至數(shù)十米不等，主要礦物成分為斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、角閃石等，含少量矽卡巖礦物，主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3，其次為Fe2O3、MgO、CaO、K2O、Na2O等。礦體與底板圍巖的接觸界線基本清楚。

（3）礦體夾石。礦體中的夾石主要是透輝石矽卡巖，其次為磁鐵礦化矽卡巖。其厚度較小，分布無規(guī)律，往往成為礦體中的包體，呈透鏡狀產(chǎn)出。透輝石矽卡巖與礦體界線比較清楚，肉眼即可辨別；磁鐵礦化矽卡巖TFe含量約15%，與礦體呈漸變關(guān)系，需依據(jù)化驗(yàn)結(jié)果區(qū)分。在ZK5-8、ZK9-12、ZK18-9鉆孔中見有上述夾石，因其厚度較小，且加權(quán)平均后TFe平均品位達(dá)到25%以上，故儲(chǔ)量估算時(shí)未予剔除。在觀20-9鉆孔中見到2層夾石，上部夾石為結(jié)晶灰?guī)r，厚度2.07 m；下部夾石為透輝石矽卡巖，厚度2.65 m。該夾石在礦體中呈包體形式存在，對(duì)礦體的完整性沒有明顯的影響。

2.5 礦床成因及找礦標(biāo)志

2.5.1 控礦因素

（1）圍巖的控礦因素。在侯家莊礦床乃至金嶺鐵礦區(qū)，與侵入巖體接觸的圍巖主要是奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖層。侯家莊礦床中上部礦體圍巖主要為馬家溝組五陽山段，下部則為北庵莊段、土峪段。其中五陽山段、北庵莊段以厚層純灰?guī)r為主，夾數(shù)層泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖，而土峪段以泥質(zhì)灰?guī)r為主。

（2）構(gòu)造控礦因素。金嶺短軸背斜是區(qū)域控礦構(gòu)造，為金嶺閃長(zhǎng)巖雜巖體的侵入提供了空間條件，而金嶺巖體的侵入又進(jìn)一步促進(jìn)了背斜的最后形成，二者的形態(tài)、分布范圍相輔相成，為鐵礦床的形成創(chuàng)造了重要條件。而直接的控礦構(gòu)造則是接觸帶構(gòu)造，礦體賦存于閃長(zhǎng)巖體與圍巖的接觸帶上，接觸帶的形態(tài)、產(chǎn)狀直接制約著礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀以及厚度變化，在接觸帶由陡變緩的凹陷部位更有利于成礦，礦體厚度也比較大。

（3）巖漿巖控礦因素。金嶺巖體是一個(gè)由中偏基性—中性—中偏堿性演化的閃長(zhǎng)巖雜巖體，在水平方向上由南西向北東，在垂直方向上由深部向淺部，都是由中偏基性向中偏堿性演化，侯家莊礦床是金嶺巖體的一部分，屬中性—中偏堿性巖體。巖體在成礦過程中的重要作用，就是提供了大量的鐵質(zhì)來源。鐵質(zhì)來源有2個(gè)因素：①殘余巖漿期后熱液本身含有一定的鐵質(zhì)；②已凝固的中性—中偏堿性侵入巖雜巖體。在巖漿演化的后期，發(fā)生強(qiáng)烈的堿質(zhì)交代作用，其顯著特征表現(xiàn)為巖石的褪色現(xiàn)象，由灰色、深灰色演變?yōu)榛野咨?、灰紅色，暗色礦物減少以至消失；在化學(xué)成分上表現(xiàn)為K2O、Na2O含量增高，而鐵質(zhì)顯著降低。經(jīng)過堿質(zhì)交代作用，近接觸帶巖體中的鐵質(zhì)被析出，進(jìn)入含礦熱液，與石灰?guī)r接觸交代形成磁鐵礦體。侯家莊礦床由淺至深，堿質(zhì)交代強(qiáng)度逐漸減弱，范圍亦逐漸變窄。致使深部礦體厚度明顯減小，規(guī)模遠(yuǎn)不如淺部，再向深部以至無礦。

2.5.2 礦床成因

結(jié)合50余年的地質(zhì)勘查工作實(shí)踐和地質(zhì)院校、 科研單位的研究成果，普遍認(rèn)為侯家莊礦床乃至金嶺鐵礦區(qū)其他鐵礦床均屬接觸交代矽卡巖型磁鐵礦床。主要依據(jù)：①礦體賦存于侵入巖體與碳酸鹽巖的接觸帶上，接觸帶的形態(tài)、產(chǎn)狀直接制約著礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀。②接觸帶附近發(fā)生普遍而強(qiáng)烈的交代蝕變作用，如矽卡巖化、鉀鈉化。③礦石以塊狀構(gòu)造為主，浸染狀、條帶狀次之；礦石礦物以磁鐵礦為主，磁性鐵占有率90%以上。④礦石中保留有圍巖的成分及構(gòu)造，如交代石灰?guī)r不充分時(shí)，結(jié)晶灰?guī)r與磁鐵礦相間分布，呈條帶狀構(gòu)造；有的結(jié)晶灰?guī)r在礦體中呈夾石產(chǎn)出。⑤磁鐵礦與矽卡巖在空間上緊密共生，礦石中的脈石礦物以矽卡巖礦物居多；在鏡下可見到磁鐵礦交代透輝石的現(xiàn)象。

2.5.3 找礦標(biāo)志

綜上所述，對(duì)有利成礦的地質(zhì)因素和找礦標(biāo)志歸納：①巖漿巖條件。閃長(zhǎng)巖雜巖體是本區(qū)成礦母巖，尤其是鉀鈉化強(qiáng)烈的閃長(zhǎng)巖，如正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖對(duì)成礦更為有利。②圍巖條件。奧陶系馬家溝組灰?guī)r是本區(qū)成礦圍巖。其中，北庵莊段、五陽山段、八陡段以厚層純灰?guī)r為主，有利于交代成礦。③構(gòu)造條件。接觸帶構(gòu)造是直接的控礦構(gòu)造，無論是平面上還是剖面上，接觸帶向巖體內(nèi)凹陷的部位，封閉條件較好，有利于成礦；接觸帶形態(tài)、產(chǎn)狀愈復(fù)雜，對(duì)成礦愈有利。④圍巖蝕變條件。礦化與圍巖蝕變密切相關(guān)，尤其是矽卡巖化及鉀鈉化與礦體在空間上緊密共生。厚度大、蝕變強(qiáng)烈的蝕變帶，往往是成礦的有利地段。⑤物探磁異常找礦。接觸交代矽卡巖型磁鐵礦床具有很強(qiáng)的磁性，依據(jù)規(guī)模、埋深不同，能引起的強(qiáng)度不等的磁異常。結(jié)合地質(zhì)條件深入分析，判斷區(qū)別礦致異常，是尋找隱伏盲礦體的有效方法。值得注意的是，對(duì)于埋深大，規(guī)模較小的盲礦體，單一的磁法找礦效果有待深入探討，應(yīng)配合其他物探方法，相互補(bǔ)充，相互印證，對(duì)提高找礦效果大有裨益。

2.5.4 礦區(qū)遠(yuǎn)景及找礦方向

（1）侯家莊礦床遠(yuǎn)景及找礦方向。此次研究區(qū)東起5線，西至12線，深度400～1 000 m。這一范圍內(nèi)的礦體已大體查清，但不排除仍有零星的盲礦體存在。另在詳查施工外圍ZK5-16孔雖未見礦，但井中磁測(cè)顯示，旁側(cè)有磁性集中體存在，且該孔處于臺(tái)階狀接觸帶的下緣，是成礦的有利部位，推測(cè)該孔南側(cè)有一包礦體；ZK21-14孔見礦1.35 m，井中磁測(cè)顯示，礦體向深部延深的趨勢(shì)較為明顯；ZK14-14孔見礦4.66 m，而走向兩側(cè)的ZK9-14、ZK18-13分別見礦0.45、0.40 m，2個(gè)鉆孔均處于臺(tái)階狀接觸帶的下緣部位，推測(cè)ZK14-14走向兩側(cè)，礦體有增厚可能。在今后的地質(zhì)工作中，對(duì)上述部位可布置適當(dāng)?shù)募用茔@孔，進(jìn)一步追索和圈定礦體，以擴(kuò)大資源儲(chǔ)量。對(duì)延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，穩(wěn)定職工隊(duì)伍有著現(xiàn)實(shí)的意義。

（2）外圍找礦方向外圍地區(qū)的找礦方向宜從水平方向、垂直方向2方面開展。①水平方向找礦。所謂水平方向找礦，即侯家莊礦床東西兩側(cè)地段。這一地段與侯家莊礦床成礦地質(zhì)條件相同，以往查明的均為小型礦床。應(yīng)通過大比例尺、高精度的磁法測(cè)量，圈出有望異常，進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，在深部尋找新的盲礦體。②垂直方向找礦。所謂垂直方向找礦，即侯家莊礦床更深部開展找礦。本次施工的深部鉆孔顯示，由淺至深外蝕變帶厚度逐漸變小，可能預(yù)示著巖體已接近邊緣。以往研究推測(cè)金嶺巖體呈巖蓋狀產(chǎn)出，若這一推斷成立的話，巖體將由邊緣向內(nèi)彎曲收斂，形成巖蓋的下接觸帶，圍巖可能是寒武系碳酸鹽巖，其封閉條件更好，對(duì)成礦更為有利。這是侯家莊礦床乃至金嶺鐵礦區(qū)西南半環(huán)今后找礦的重要方向，也是深入研究的重要課題。由于埋深大，掌握的資料很少，因此，找礦難度很大。需地質(zhì)物探密切配合，多種物探方法并舉，與地質(zhì)院校、科研院所聯(lián)合攻關(guān)，以求取得突破。

2.6 礦床內(nèi)伴生礦產(chǎn)綜合評(píng)價(jià)

（1）礦石中伴生礦產(chǎn)的評(píng)價(jià)。根據(jù)金嶺鐵礦區(qū)多年的勘查工作經(jīng)驗(yàn)和礦山生產(chǎn)實(shí)踐，礦石中主要的伴生有用組分為Cu、Co。本次組合分析結(jié)果顯示，侯家莊礦床深部礦體中Cu平均含量0.007%，Co平均含量0.015 9%，均未達(dá)到綜合利用的工業(yè)要求。

（2）沉積礦產(chǎn)的評(píng)價(jià)。礦床外圍的石炭系中夾有煤層，因厚度小，煤質(zhì)差而缺乏工業(yè)利用的價(jià)值。石炭系底部之“G層”鋁土，在本區(qū)相變?yōu)殇X土巖或者黏土巖，由于其Al2O3含量低，而SiO2、Fe2O3含量高，達(dá)不到鋁土礦及耐火黏土礦的工業(yè)要求，亦不具備開發(fā)利用的價(jià)值。

3 礦床開采技術(shù)條件

3.1 水文地質(zhì)

3.1.1 礦床水文地質(zhì)

（1）含水層（帶）基本特征。礦區(qū)主要含水層為奧陶系馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、第四系砂礫石孔隙含水層，次要含水層為閃長(zhǎng)巖裂隙含水層。

（2）地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件。①馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層。馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層的地下水在天然條件下，主要有2個(gè)補(bǔ)給源：金嶺鐵礦區(qū)內(nèi)灰?guī)r有約20 km2的露頭區(qū)，直接接受大氣降水的補(bǔ)給；礦區(qū)內(nèi)有約30 km2的閃長(zhǎng)巖裸露區(qū)，接受大氣降水的補(bǔ)給后，以地下徑流的方式通過接觸帶補(bǔ)給巖溶裂隙含水層?；?guī)r出露區(qū)位于礦區(qū)的南部，地勢(shì)較高，接受大氣降水補(bǔ)給后，以玉皇山為界，分東西兩側(cè)向北和北西方向運(yùn)動(dòng)。礦區(qū)各鐵礦的礦坑排水改變了巖溶裂隙地下水的天然流場(chǎng)，成為巖溶裂隙地下水的主要排泄途徑。②第四系砂礫石孔隙含水層。第四系砂礫石孔隙含水層主要接受大氣降水的補(bǔ)給，沿地勢(shì)向北和北西方向運(yùn)動(dòng)，工農(nóng)業(yè)開發(fā)及地下徑流為其主要排泄途徑。

（3）各含水層水力聯(lián)系及對(duì)礦坑充水的影響。①含水層的水力聯(lián)系。第四系砂礫石含水層與馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層的水力聯(lián)系、馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層與閃長(zhǎng)巖裂隙含水層的水力聯(lián)系。②含水層對(duì)礦坑充水的影響。馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層含水豐富，有一定的補(bǔ)給源，是礦坑充水的主要來源；閃長(zhǎng)巖裂隙含水層含水微弱，隨著礦山開采而被疏干，對(duì)礦坑充水影響較小；第四系砂礫石含水層含水豐富，由于底部較厚的黏土層阻擋，在天然狀態(tài)下，與馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層無水力聯(lián)系，對(duì)礦坑充水無影響。

3.1.2 礦床水文地質(zhì)現(xiàn)狀

礦床開采現(xiàn)狀及礦坑排水情況：侯家莊礦床由山東金嶺鐵礦開采生產(chǎn)，開采標(biāo)高-160～-340 m。為了進(jìn)行排水疏干，分別在標(biāo)高-160、-280、-340、-425 m建有水倉，安裝排水設(shè)備進(jìn)行排水。2011年-425 m泵房每年排水量總計(jì)為1 270 473 m3/a，1年按365 d計(jì)算，礦坑平均排水量為3 480 m3/d；由礦坑排水量臺(tái)賬可知：最大排水量出現(xiàn)在2006年10月1、3、14、21、23日均為9 153 m3/d（原因：相鄰礦山漏水使礦坑涌水量增大，此次礦坑排水量計(jì)算不采用該數(shù)值）。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，①-160、-280、-340 m水平受大氣降水影響，隨著降雨量變化而變化；②-425 m水平隨著開采深度的延深和開拓范圍的擴(kuò)大，礦坑排水量從2010年開始總體上呈逐年上升的趨勢(shì)；③2007—2010年，-160、-280、-340 m礦坑排水量減少，主要原因是這幾年大氣降水量明顯偏低，致使礦區(qū)地下水動(dòng)儲(chǔ)量補(bǔ)給不足造成的。

3.1.3 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

（1）計(jì)算方法和公式的選擇。本次查明的Ⅲ礦體位于正在開采Ⅰ礦體深部，二者在走向上基本相同。該礦區(qū)為開采多年的老礦區(qū)，積累了大量的水文地質(zhì)資料。此次利用礦山生產(chǎn)資料，采用比擬法對(duì)深部礦坑涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。計(jì)算公式如下：

Q=Q0×（S/S0）1/2

（1）

式中，Q為預(yù)測(cè)中段的礦坑涌水量；Q0為已知中段的礦坑涌水量；S為預(yù)測(cè)中段地下水位降低值；S0為已知中段地下水位降低值。

（2）預(yù)測(cè)結(jié)果。本次查明Ⅲ礦體主要分布于5—12勘探線、標(biāo)高-400～-600 m；根據(jù)礦山資料，本次利用-425 m全年日排水量，對(duì)-500 m水平中段涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 礦坑涌水量預(yù)測(cè)成果Tab.1 Forecast results of mine water inflow

（3）預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)述。此次利用-425 m水平的礦坑涌水量資料，采用比擬法對(duì)-500 m水平中段的礦坑涌水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果為3 812 m3/d，最大礦坑涌水量按預(yù)測(cè)涌水量的1.5倍考慮，即最大礦坑涌水量為5 718 m3/d。在今后開采中，應(yīng)特別注意做好探水、排水工作，加強(qiáng)地下水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，防止突水事故發(fā)生，確保開采安全。

3.1.4 礦區(qū)水資源綜合利用評(píng)價(jià)

侯家莊礦床礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，無地表水體存在；礦床主要充水含水層富水性強(qiáng)，地下水補(bǔ)給條件中等；第四系覆蓋面積廣且厚度較大，但第四系孔隙水與礦坑充水無水力聯(lián)系，但馬家溝組灰?guī)r部分地區(qū)裸露地表，巖溶裂隙含水層含水豐富，有一定的補(bǔ)給源，為礦坑充水的主要來源，礦區(qū)水文地質(zhì)邊界較復(fù)雜，礦區(qū)開采深度及開采范圍不斷擴(kuò)大。因此，礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜類型為Ⅲ-1類型。

3.2 工程地質(zhì)

3.2.1 礦區(qū)工程地質(zhì)條件特征

（1）礦體。主要由磁鐵礦組成，礦體具塊狀結(jié)構(gòu)，較完整；巖心呈柱狀—長(zhǎng)柱狀，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD一般大于70%；單軸極限抗壓強(qiáng)度10.6～53.8 MPa，平均28.6 MPa，屬較硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

（2）頂板圍巖。頂板圍巖以結(jié)晶灰?guī)r、大理巖為主，巖體具塊狀—厚層狀結(jié)構(gòu)，較完整，巖心以長(zhǎng)柱狀為主，局部呈柱狀，巖石質(zhì)量指標(biāo)80%～95%；單軸極限抗壓強(qiáng)度29.0～103.0 MPa，平均71.6 MPa，屬較硬巖—堅(jiān)硬巖；巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ—Ⅲ級(jí)。頂板圍巖中局部夾有薄層泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r，屬較軟巖—軟巖，其抗壓強(qiáng)度低，固性差。一般距離礦體20 m以上，不構(gòu)成礦體的直接頂板。

（3）底板圍巖。底板圍巖主要為矽卡巖、閃長(zhǎng)巖，巖體具塊狀—整體狀結(jié)構(gòu)，較完整；巖心以長(zhǎng)柱狀為主，局部短柱狀，巖石質(zhì)量指標(biāo)70%～80%；單軸極限抗壓強(qiáng)度13.1～175.0 MPa，平均70.3 MPa，屬較硬巖—堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ—Ⅲ級(jí)。

3.2.2 礦山開采技術(shù)狀況

侯家莊礦床采用豎井開拓，地下開采方式，開采方法為分段鑿巖階段礦房法。分段高度10～20 m，單個(gè)礦房面積2 000 m2左右，最大面積2 500 m2，礦房高度50～52 m。目前，開采標(biāo)高為-160～-340 m，除局部采用噴錨支護(hù)外，基本不支護(hù)。由此顯示，礦體及頂?shù)装鍑鷰r較為完整，穩(wěn)固性好。

3.2.3 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

礦體及頂?shù)装鍑鷰r為較硬巖—堅(jiān)硬巖，完整性好，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅱ—Ⅲ級(jí)，屬穩(wěn)固性巖石。頂板圍巖中局部夾有薄層泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r，屬較軟巖—軟巖，與礦體距離較遠(yuǎn)且礦山開采過程中局部采用噴錨支護(hù)，結(jié)合礦山以往開采經(jīng)驗(yàn)：局部較軟巖對(duì)礦坑開采基本無影響。工程地質(zhì)條件及礦山開采技術(shù)狀況表明，侯家莊礦床深部工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

3.3 環(huán)境地質(zhì)

（1）礦床環(huán)境地質(zhì)背景。礦區(qū)為山前平原地貌，地勢(shì)平坦，不存在崩塌、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)主要受郯廬深大斷裂的影響，在其活動(dòng)期內(nèi)，區(qū)內(nèi)的淄河斷裂、禹王山斷裂亦有輕微活動(dòng)，最近的地震紀(jì)錄，是1982年1月28日礦區(qū)西側(cè)的禹王山斷裂發(fā)生一次3.6級(jí)地震。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造活動(dòng)不強(qiáng)烈，屬相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2001）規(guī)定，淄博市桓臺(tái)縣和張店區(qū)的抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)地震加速度值0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。礦床開采對(duì)環(huán)境的影響主要是地面變形、地下水位下降、三廢污染。

（2）開采對(duì)環(huán)境的影響。侯家莊深部礦體埋深155～800 m（標(biāo)高為-125～-770 m），絕大部分在370 m（標(biāo)高為-340 m）以下，礦體平均厚度5.53 m。礦體頂板圍巖為奧陶系石灰?guī)r，厚200～500 m，其厚度大，抗壓強(qiáng)度高，穩(wěn)固性好。侯家莊礦床目前開采標(biāo)高-160～-340 m，開采范圍東西長(zhǎng)1 800 m，水平寬200 m。自1993年正式投產(chǎn)至今，未發(fā)現(xiàn)地面裂縫、沉降、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。由此表明，侯家莊礦床埋深大，礦體厚度較小，采深采厚比大，頂板圍巖穩(wěn)固，開采時(shí)只要采用合理的采礦方法和手段，嚴(yán)格按照開采設(shè)計(jì)進(jìn)行回采，留有足夠的安全礦柱等防范措施，是不會(huì)引起地面變形的。

（3）開采對(duì)地下水的影響。礦床開采的主要充水因素是奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水。同時(shí)，灰?guī)r巖溶裂隙水也是區(qū)內(nèi)重要的生活和工業(yè)用水水源。隨著開采深度的增加和坑道抽水疏干，地下水位隨之下降，勢(shì)必會(huì)對(duì)附近居民生活用水和工業(yè)生產(chǎn)用水造成一定的影響，由此形成了排水和供水的矛盾。解決這一矛盾的有效途徑就是合理利用礦山排水。由2011年11月，淄博安瑞水質(zhì)檢測(cè)中心對(duì)侯莊礦坑水（地下水）、及地下井水（生活飲用水）水質(zhì)分析表明：礦坑水無污染且開采過程中對(duì)地下飲用水基本無影響。礦床中未發(fā)現(xiàn)有毒物質(zhì)和有害氣體，不會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生污染，礦山排出的水通過沉淀凈化處理后，可以作為生活用水和工業(yè)用水。第四系孔隙水與灰?guī)r巖溶裂隙水無直接水力聯(lián)系，坑道抽水疏干不會(huì)引起第四系水的水位、水質(zhì)變化，不影響區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉用水。

（4）三廢對(duì)環(huán)境的影響。開采中產(chǎn)生的少量廢渣，坑內(nèi)直接回填采空區(qū)，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染；采出的鐵礦石運(yùn)至9 km外的金嶺鐵礦選礦廠進(jìn)行選礦。尾礦儲(chǔ)存于專門的尾礦壩中，廢水處理后循環(huán)利用；尾礦儲(chǔ)存和廢水排放達(dá)到環(huán)保部門要求。開采過程中沒有有害氣體產(chǎn)生，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

（5）環(huán)境地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)。礦床處于魯中山區(qū)向魯北平原過渡地帶，屬山前平原地貌，地震活動(dòng)主要受郯廬深大斷裂帶的影響，在其活動(dòng)期內(nèi)，區(qū)內(nèi)的淄河斷裂、禹王山斷裂亦有輕微活動(dòng)，最近的地震記錄是1982年元月28日禹王山斷裂帶發(fā)生一次3.6級(jí)地震。區(qū)內(nèi)無新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，屬于相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2000）規(guī)定，淄博市臨淄區(qū)和張店區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震加速度值0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第1組。礦區(qū)為山前平原，地勢(shì)較平坦，屬地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)生區(qū)，且不存在崩塌、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，礦床中未發(fā)現(xiàn)危害人體健康的有害元素和氣體。礦山排水和供水矛盾可以通過合理利用礦山排水加以解決；開采、選礦過程中產(chǎn)生的 “三廢”，經(jīng)過有效處置后，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

綜上所述，侯家莊礦床地質(zhì)環(huán)境條件簡(jiǎn)單，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小，易于防治。

3.4 開采技術(shù)條件評(píng)價(jià)

（1）侯家莊礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度屬Ⅲ-1類型。礦坑主要充水水源為頂板灰?guī)r巖溶裂隙水；未來Ⅲ礦體開采時(shí)，預(yù)測(cè)-500 m水平中段正常礦坑涌水量為3 812 m3/d，最大涌水量為5 718 m3/d。

（2）侯家莊礦床深部Ⅲ礦體工程地質(zhì)復(fù)雜程度屬簡(jiǎn)單型；礦體及頂?shù)装鍑鷰r屬較硬巖—堅(jiān)硬巖，屬穩(wěn)固性巖石。

（3）侯家莊礦床地質(zhì)環(huán)境條件屬簡(jiǎn)單型。礦區(qū)不存在崩塌、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害；未來深部Ⅲ礦體開采時(shí)，采用規(guī)范、合理的采礦方法，不會(huì)發(fā)生地面裂縫、沉降、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。

綜上所述，礦床開采技術(shù)條件初步確定為以水文地質(zhì)條件為主Ⅲ-1類型礦床。

4 結(jié)語

（1）本次查明礦體位于侯家莊礦床主礦體延深部位，未來開采時(shí)可以考慮統(tǒng)一的開拓系統(tǒng)，充分發(fā)揮和利用現(xiàn)有生產(chǎn)能力和設(shè)施，以達(dá)到投資少、見效快的效果。

（2）礦體及頂?shù)装鍑鷰r完整性好，抗壓強(qiáng)度高，屬穩(wěn)固性巖石，工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)單；地下開采只要采取合理的采礦方法，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響。礦床水文地質(zhì)條件為Ⅲ-1類型，礦坑充水主要來自于頂板灰?guī)r巖溶裂隙水，隨著開采深度的增加，礦坑涌水量可能會(huì)略大于目前礦坑涌水量；礦坑排水會(huì)使地下水位下降，對(duì)附近生活用水及工業(yè)用水產(chǎn)生一定的影響，可以通過合理利用礦山排水予以解決。礦區(qū)地處平原，屬地震相對(duì)穩(wěn)定區(qū)，地質(zhì)環(huán)境條件簡(jiǎn)單，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小，易于防治，有利于地下開采；地下開采也不會(huì)對(duì)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生顯著影響。