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天堂坪矿区饰面用灰岩矿勘查及开采技术应用研究论文

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  关键词:天堂坪矿区;饰面用灰岩;地质勘查;开采技术;环境保护

  1天堂坪矿区概况

天堂坪矿区饰面用灰岩矿勘查及开采技术应用研究论文

  1.1地理位置与交通

  天堂坪饰面用灰岩矿区位于广西恭城县恭城镇,地理位置为东经110。49′51″,北纬24。48′42″。该矿区距离恭城瑶族自治县县城约3.0km,位于县城165。方向,行政区划上属于恭城镇管辖,矿区与恭城镇之间有水泥公路连接,交通便捷,且距离最近的高铁站约7km[1]。1.2自然地理与经济状况

  天堂坪矿区的自然地理特征显著,矿区所在地为低山丘陵地貌,海拔在+150~+255.5m之间,相对高差达到105.5m,山体坡度多在5。~25。。地形地貌为矿区提供了天然的排水条件,有利于采矿作业。地形上呈南高北低的趋势,最低侵蚀基准面为+140m。矿区内植被发育,以灌木和杂草为主,为矿区的自然环境提供了良好的植被覆盖。气候方面,矿区处于亚热带东南季风气候区,季节变化明显,气候温和,降雨量较多,日照充足。年平均气温约为19.7℃,其中七月份气温最高,多年平均高达33.9℃,极端最高气温可达38℃[2]。此外,年平均相对湿度为76%,年平均蒸发量为1801.5mm,显示出该地区的水文特征对矿区的地质灾害发生有较大影响,特别是在暴雨天气,需要注意防范。经济状况方面,天堂坪矿区周围的居民主要从事农业和林业工作,地区内主要种植柿子、栗子、马蹄和水稻等农作物。这种经济活动结构说明了当地居民对矿业开发的依赖程度不高,同时也反映出矿区开发过程中可能需要面对的社会和经济挑战。

  2矿区地质特征分析

  2.1地层与构造

  天堂坪矿区的地质构造相对简单。矿区内主要岩层包括尧云岭组(C1y)、英塘组(C1y-yt)和下石炭统黄金组(C1h)。尧云岭组主要由灰色至灰黑色的灰岩、泥质灰岩、生物屑灰岩组成,岩层厚度变化在53~245m之间。英塘组则主要由黄灰色至灰黑色的泥岩、砂岩、泥灰岩、灰岩、燧石灰岩构成,其厚度范围更广,从150~1006m不等。下石炭统黄金组则主要由灰色至深灰色的厚层至块状微晶生物碎屑灰岩组成,夹有泥灰岩和泥岩。矿区内的节理裂隙较为发育,其中节理裂隙宽度在5.0~50mm,节理裂隙的间距在0.3~2.0m不等。这些节理裂隙间多数充填有方解石细脉。这种构造特征对矿床开采有一定的影响,在进行作业时需要考虑这些裂隙的存在。

  2.2矿床特征

  天堂坪矿区的灰岩矿床属于海相沉积矿床,赋存层位为下石炭统黄金组(C1h)层状灰岩。在勘查区内的出露长度为580m。矿体的厚度介于87~145m,呈现出较为稳定的特点。这种厚度的稳定性对于开采作业具有重要意义,因为它可以预测矿体的延展性和可开采量。矿床主要由层状的灰岩构成,其中有少量的泥质层。此外,矿区的灰岩以“青石”为主,显示出单一的花色品种,这对于开采后的石材加工和应用具有重要的意义。矿物的均匀组成有助于保持矿石的物理化学性能的稳定,这对于饰面用灰岩而言是一个关键的质量指标。

  2.3岩溶特征

  天堂坪矿区的岩溶特征对于矿产资源的开采具有显著影响。矿区的基岩地层主要为石炭系下统黄金组(C1h)的厚层和巨厚层状灰岩。在地表层面,岩溶主要表现为岩溶裂隙,而溶洞发育不明显。这些裂隙大多沿着岩层层面或节理裂隙面发展,在地表张开,而在深部自行闭合,使得岩层保持了其完整性。这种岩溶特征意味着,在开采过程中,岩体的完整性相对较好,不太可能因为广泛的岩溶现象而导致大面积的地质灾害。详细的地质勘查还确定了矿区内的岩溶系数为2.07%。岩溶作用主要体现在地表,形成了溶蚀裂隙和溶沟槽,溶沟槽的宽度在0.1~0.5m,深度在0.2~5m之间,而风化溶蚀深度一般在1~3m[3]。溶蚀裂隙的宽度一般在5~10cm,局部可达20cm,这种岩溶特征对于矿区开采的安全性和工程设计具有重要影响,特别是在边坡卸荷和进行工程活动时,需要特别注意这些岩溶特征所带来的潜在风险。

  3矿石特征与加工技术

  3.1矿物组成与结构构造

  天堂坪矿区的灰岩矿石在矿物组成和结构构造上具有独特的特征。矿石主要以灰色至深灰色为主,偶有少量灰白色灰岩。主要以细至泥晶结构和生物碎屑结构,块状构造。细至泥晶的结构使得矿石具有较好的加工性能,而生物碎屑的存在增添了其装饰效果的独特性。矿石的主要矿物成分是方解石,其含量约90%~98%,其他矿物含量相对较少。方解石粒径范围在0.01~0.03mm之间,呈椭圆状,边界清晰[4]。填隙物主要是泥晶方解石和有机物,含量在30%~40%之间。部分方解石经历了重结晶过程,形成粉晶结构,后期方解石脉也穿插其中。此外,灰岩中还含有如孔虫、海百合等生物碎屑,其横断面呈现出多晶结构,粒径在0.02~0.07mm。这些详细的矿物组成和结构特征是矿石加工和最终产品质量的关键因素。

  3.2矿石的主要物理性能

  天堂坪矿区产出的灰岩矿石类型相对单一,主要为巨厚层状微晶、泥晶生物碎屑灰岩。具体的物理性能指标包括:

  光泽度:矿石的光泽度为90.7。,这意味着矿石表面光滑,具有良好的反光能力,这是评价饰面用灰岩矿石质量的重要指标。

  体积密度:矿石的体积密度为2.70g/m3,这个密度指标表明矿石的质地坚硬,具有较高的稳定性。

  吸水率:矿石的吸水率为0.98%,这是一个相对较低的吸水率,表明矿石在遇水时的稳定性较好,不易受到水分的影响。

  压缩强度:干燥状态下的压缩强度为132MPa,水饱和状态下的压缩强度为122MPa。这表明矿石在干燥和湿润条件下均具有较高的耐压性能。

  弯曲强度:干燥状态下的弯曲强度为8.1MPa,水饱和状态下的弯曲强度为6.9MPa。这些数据显示出矿石具有良好的抗弯性能。

  放射性:放射性指数Ira和Ir均为0.1,符合安全标准,说明矿石放射性水平低,适合用作建筑饰面材料。3.3装饰性能与加工技术

  天堂坪矿区的灰岩矿石在装饰性能方面表现优异。经过精细加工和磨光处理后,矿石呈现出黑底白花的独特花纹,拥有较高的抗压抗折强度和良好的光泽度,装饰效果朴素而大方,适合进行各种拼接组合,成为现代室内建筑装饰的理想选择。在加工技术方面,主要的加工流程涉及荒料的吊装、锯切、磨边、倒角、吹干、检验、修补和包装等。其中,荒料的锯切是关键步骤,主要采用三种锯切方式:双向切机、石灰岩薄板框架锯和多片薄板切割机。这些技术不仅提高了矿石的荒料率,还保证了矿石的耐磨性和抛光效果,使得最终的石材色泽均匀,展现了优良的加工技术性能。进一步的加工则包括使用龙门切割机或多片组合切割机进行切割,以及使用金刚石磨盘的手扶式磨抛机或多头式连续磨拋机进行粗磨、细磨和抛光。此外,还利用全自动桥式切边机进行裁切,以及电脑仿形线条机和各种石材加工机械,如切边、磨边、花边、倒角和钻孔机等,来生产出各种规格的石材产品。这些加工技术简化了生产流程,同时确保了产品的质量和多样性。

  4开采技术及其挑战

  4.1水文地质与工程地质条件

  堂坪矿区的水文地质与工程地质调查是按照《矿区水文地质工程勘探规范》(GB12719—91)严格进行的。矿区的水文地质条件属于简单类型,工程地质条件属于中等型,环境地质条件也属于中等型。这些调查结果表明矿区在水文地质和工程地质方面具有一定的稳定性和可操作性。从工程地质的角度来看,矿区的岩土体主要分为两类:第四系粉质粘土夹碎石单层土体和厚层状坚硬弱岩溶发育的纯碳酸盐岩组。这种岩土体结构特征有助于确保矿山的开采安全性和稳定性。水文地质条件方面,矿区的含水层富水性较弱,无构造破碎带通过,矿床最低开采标高+150m均高于当地最低侵蚀基准面标高。露天采坑涌水量主要来源于大气降水,地形有利于自然排水,因此地表水和地下水对未来露天采坑的影响较小。综合来看,矿山的水文地质条件较为简单,有利于采矿活动的顺利进行。

  4.2环境地质考虑

  在天堂坪矿区的开采过程中,环境地质考虑是一个不容忽视的重要方面。因此,在未来的生产过程中,需重视预防和监测,加强对矿山水文地质、工程地质及环境地质条件变化趋势的研究,以防止地质灾害的发生。同时,采矿活动应依法安全进行,并加强环境保护的重视。特别是在雨季,矿山开采范围内的崩塌、滑坡等地质灾害的可能性较大,其危害程度和危险性都较高。因此,在开采过程中需要特别重视和预防这些地质灾害的发生。此外,今后的采矿活动中应强化环境意识,加强管理和监测工作,以尽量避免诱发地质灾害。为了有效应对这些潜在的环境地质问题,建议采取适当的防治措施。这包括在开采结束后进行土地复垦,对加工区、办公生活区和矿山公路等区域进行整地,并种植相应的植被进行绿化。

  4.3矿床开采技术条件

  根据矿区地形、矿体赋存条件及现有的开采技术,开采方法包括使用圆盘锯切法和绳锯对石块进行切割,以达到规定的荒料尺寸之后,使用吊机或装载机将荒料吊装上汽车进行外运加工。此外,采矿方法主要采用自上而下的分台阶逐层开采方式。在生产工艺流程中,石块首先通过圆盘锯切法和绳锯锯切法进行切割,然后进行顶翻处理,以分离出长条石块并脱离原岩块。

  5资源量估算与开采可行性

  5.1估算方法与参数确定

  天堂坪矿区资源量的估算方法和参数确定是资源评估工作的关键部分。资源量的估算主要依据以下几个核心参数:矿体体积、荒料率、岩溶率等。具体来说,矿体体积(V)计算涉及相邻两剖面矿体面积(S1、S2)和剖面间距(L)。荒料量(V荒)则基于矿体体积和荒料率(K)计算得出。此外,当岩溶率(Y)大于3%时,需要将其纳入计算。在具体的计算过程中,断面面积(S)是通过计算机Mapgis面积查询系统读取得到的,而相邻断面间距(L)是利用计算机距离查询系统在1:2000地形图上确定的[5]。这些参数的精确测定,为资源量的估算提供了可靠的基础。资源量估算中还涉及对矿石湿度、岩溶率和裂隙率的校正,特别是当这些值大于3%时。此外,估算的数据结果在保留小数时,单工程品位、块段品位、单工程矿体厚度、矿床(脉)厚度和矿石量都保留到小数点后两位,而其余参数则保留整数。具体到荒料率的计算,矿山实际开采荒料率为20.01%,荒料率校正系数(K)为0.87,矿体理论荒料率为20.17%。因此,本次资源量估算中采用的荒料率为20.17%。至于岩溶率(Y),其通过地表线岩溶率和钻孔岩溶率统计结果得出,为2.07%,由于低于3%,因此在资源量计算中岩溶率Y取值为0。

  5.2矿床资源量估算结果

  天堂坪矿区饰面用灰岩矿床的资源量估算结果是基于详细的地质勘查和技术分析得出的。根据详查报告,矿区内累计探获的饰面用灰岩矿石总量为555.7万m3。具体来看,控制资源量为296.08万m3,推断资源量为259.62万m3,而边坡压占资源量为73.62万m3。综合这些数据,矿区的可利用资源量估算为482.08万m3。这一资源量估算结果是基于地质调查和技术分析的,具有较高的可信度。

  5.3开采生产规模、服务年限及产品方案

  天堂坪矿区的开采生产规模、服务年限及产品方案是根据矿区的地质储量和技术条件综合评估得出的。根据详查报告,矿区的地质储量为482.08万m3,拟定的矿山生产规模为年产20万m3。开采回采率(K)设定为90%,根据这些数据,矿山的服务年限(T)可通过公式T=Q×K/A计算得出,约为21年。矿山的产品方案主要包括两类:一是饰面用灰岩荒料,二是建筑石料用灰岩。这些产品的市场需求和应用前景是确定矿山生产规模和服务年限的重要因素。总体来看,矿山的可利用资源量为482.08万m3,其中可利用荒料为97.24万m3。考虑到矿山最终边坡52。的设计,预留边坡压占资源量为73.62万m3。因此,矿山的可采资源量为433.87万m3,其中可采荒料为87.51万m3,可采建筑石料用灰岩矿为935.18万m3。

  6结论

  本研究对广西恭城县天堂坪矿区饰面用灰岩进行了详细的勘察与评估,结果显示矿区拥有丰富的灰岩资源,具有显著的开采价值。矿区地理位置优越,交通运输便利,自然地理条件与气候均有利于矿山的开采与管理。地质特征分析表明,矿区地质构造稳定,岩石物理力学性质良好,适合进行露天开采。矿石特征与加工技术分析显示,矿石具有良好的装饰性能和加工潜力。综合考虑水文地质、工程地质及环境地质条件,矿区开采技术条件良好,但需注意环境保护和地质灾害预防。资源量估算结果表明,矿区内饰面用灰岩资源丰富,可供长期开采利用。开采生产规模、服务年限及产品方案的确定为矿山的可持续发展提供了科学依据。总体而言,天堂坪矿区具备良好的开采潜力和经济效益。建议在保证环境保护和地质安全的前提下,合理规划开采作业,实现资源的有效利用和长期发展。

  参考文献

  [1]奉贻龙.广西南丹里湖八角当饰面用灰岩矿地质特征及开发利用前景[J].中国非金属矿工业导刊,2023(4):37-39.

  [2]宋生琼,谭健,张玉涛,等.贵州省安顺市饰面用灰岩资源产业高质量发展研究[J].中国矿业,2023,32(5):38-43.

  [3]缪林坤.某地饰面用灰岩矿区的地质条件与矿石加工工艺研究[J].地下水,2022,44(4):168-170.

  [4]卢波,董均奎,兰秋实,等.贵州省盘州市饰面用灰岩矿基本特征及市场前景分析[J].西部资源,2022(1):1-3.

  [5]王宏宇,周旭林.湖南省天然饰面用灰岩(大理石)资源特征及找矿远景分析[J].石材,2020(5):25-27.

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