黃 凱

(中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院,貴州 貴陽(yáng) 550003)

1 引言

生產(chǎn)磷肥及磷復(fù)肥的原料——磷礦石，是一種不可再生礦產(chǎn)資源，合理開(kāi)發(fā)和利用磷礦資源以及推進(jìn)磷礦資源可持續(xù)發(fā)展，將會(huì)對(duì)中國(guó)乃至世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、豐產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響，具有戰(zhàn)略意義。世界磷礦資源十分豐富，已知全世界35個(gè)國(guó)家和地區(qū)有磷礦資源分布，但具有工業(yè)開(kāi)采和商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)意義較高的優(yōu)質(zhì)磷礦床80%以上集中在中國(guó)、摩洛哥(西撒哈拉)、南非、美國(guó)4個(gè)國(guó)家，分布極其不均。我國(guó)是磷資源大國(guó)，除西藏外均有磷礦發(fā)現(xiàn)，我國(guó)磷礦相對(duì)集中在云南、貴州、四川、湖北和湖南五省，且P2O5大于30%的富礦幾乎全部集中于這五個(gè)省。具體地說(shuō)，我國(guó)磷礦主要分布在以下八個(gè)區(qū)域：云南滇池地區(qū)、貴州開(kāi)陽(yáng)地區(qū)、甕福地區(qū)、四川金河—清平地區(qū)、馬邊地區(qū)和湖北宜昌地區(qū)、胡集地區(qū)、保康地區(qū)。磷礦產(chǎn)品尤其是富磷礦山需求隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，一直保持著較為穩(wěn)定的需求，旺盛的磷化工領(lǐng)域需求保證了磷礦產(chǎn)品銷(xiāo)售市場(chǎng)的穩(wěn)步發(fā)展。

貴州省是全國(guó)重要的磷礦石產(chǎn)地，礦石的開(kāi)采必將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定影響，因此，在礦床開(kāi)采過(guò)程中按科學(xué)的方法規(guī)劃開(kāi)采，將盡最大可能減少對(duì)環(huán)境的污染破壞。開(kāi)陽(yáng)縣馮三鎮(zhèn)永興磷礦礦山擴(kuò)能后生產(chǎn)規(guī)模為10萬(wàn)t/年，區(qū)內(nèi)磷礦保有資源儲(chǔ)量183.29萬(wàn)t，礦山開(kāi)拓方式為脈外斜坡道開(kāi)拓，開(kāi)采方法為房柱法。

2 礦區(qū)基本概況

開(kāi)陽(yáng)縣馮三鎮(zhèn)永興磷礦礦區(qū)位于開(kāi)陽(yáng)縣城北東450°方位14 km(直距)，中心點(diǎn)坐標(biāo)107°04′03″，北緯27°09′09″，行政區(qū)劃屬開(kāi)陽(yáng)縣所轄,面積1.3893 km2。本次主要工作量為鉆探800.94 m/3孔，1∶2000地質(zhì)填圖2.2 km2。開(kāi)陽(yáng)縣馮三鎮(zhèn)永興磷礦礦區(qū)范圍位于翁昭背斜西翼北段，地貌為中山、低中山地貌，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，磷礦呈層狀產(chǎn)于陡山沱組中上部，原始沉積極值厚度1.05～2.06 m，平均厚度1.54 m，礦石極值品位16.42%～35.06%，平均品位26.30%。工作區(qū)位于貴州省開(kāi)陽(yáng)縣城北東13 km(直距)，貴陽(yáng)市北70 km(直距)，隸屬開(kāi)陽(yáng)縣馮三鎮(zhèn)所轄。

工作區(qū)有簡(jiǎn)易公路與開(kāi)馬(開(kāi)陽(yáng)至馬場(chǎng))縣級(jí)公路相接，距川黔鐵路久長(zhǎng)站運(yùn)距75 km。交通十分方便。工作區(qū)地理坐標(biāo)極值坐標(biāo)(1980西安坐標(biāo)系)：東經(jīng)107°03′40″～107°04′35″，北緯27°08′39″～27°09′38″，中心點(diǎn)坐標(biāo)：東經(jīng)107°04′03″，北緯27°09′09″。工作區(qū)內(nèi)無(wú)河流，洛旺河從礦區(qū)外北東部流過(guò)，工作區(qū)地表水總體流向由西向東流過(guò)，通過(guò)地表溪溝，最終流入烏江，屬烏江水系。工作區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)翁昭背斜西翼，按地質(zhì)力學(xué)概念屬新華夏體系第Ⅲ隆起帶南西部第二級(jí)構(gòu)造單元。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)地震基本烈度小于Ⅵ度，地震動(dòng)峰值加速度0.05 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。區(qū)內(nèi)采礦業(yè)發(fā)達(dá)，在工作區(qū)周邊有數(shù)家磷礦開(kāi)采，如雙峰磷礦、雙山坪磷礦等。永興磷礦礦山采用斜坡道-平硐聯(lián)合開(kāi)拓方式，分段房柱法進(jìn)行采礦，無(wú)軌拖拉機(jī)運(yùn)輸。

3 勘探工作

本次開(kāi)展了地質(zhì)填圖、勘探線剖面測(cè)量、鉆探施工、工程測(cè)量、采空區(qū)調(diào)查、生產(chǎn)巷道調(diào)查、采樣分析等工作。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，區(qū)域出露地層有青白口系、南華系、震旦系、寒武系、二疊系、三疊系及第四系。缺失奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、侏羅系、白堊系、第三系等地層。其中磷礦層賦存于震旦系中。工作區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)翁昭背斜西翼北段，按地質(zhì)力學(xué)概念屬新華夏體系第Ⅲ隆起帶南西部第二級(jí)構(gòu)造單元。區(qū)域構(gòu)造主要為近南北向褶皺及伴生的斷裂。褶皺構(gòu)造主要發(fā)育有翁昭復(fù)背斜，以及翁昭背斜以東發(fā)育的白巖背斜(產(chǎn)有甕福磷礦)，翁昭背斜以西發(fā)育的洋水背斜(產(chǎn)有開(kāi)陽(yáng)磷礦)。斷裂主要有象家壩斷層、久長(zhǎng)斷層、頂兆斷層、龍坑帚狀構(gòu)造、兩路口斷層、高云斷層等。

4 礦區(qū)地質(zhì)

4.1 地層

工作區(qū)位于翁昭背斜西翼北段，總體呈北西傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾向280～320°，傾角一般25～40°。區(qū)內(nèi)及附近出露地層有第四系(Q)、寒武系下統(tǒng)清虛洞組(∈1q)、明心寺組(∈1m)、牛蹄塘組(∈1n)，震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2dn)、下統(tǒng)陡山沱組(Z1d)，南華系上統(tǒng)南沱組(Nh2n)。其中磷礦層賦存于震旦系下統(tǒng)陡山沱組中上部?，F(xiàn)從新至老簡(jiǎn)述如下：

第四系(Q)：主要為黃色、褐色、褐黃色等砂土、亞砂土及粘土、亞粘土等殘坡積物組成，與下伏地層為角度不整合接觸。厚0～15 m。

寒武系下統(tǒng)清虛洞組(∈1q)：灰色厚至中厚層細(xì)晶灰?guī)r，底部為豹皮狀泥灰?guī)r。在工作區(qū)西部呈條帶狀分布，其厚度大于100 m。

寒武系下統(tǒng)金頂山組(∈1j)：呈條帶狀出露于普查區(qū)西部地區(qū)，其主要巖性為深灰色、灰色含云母細(xì)砂巖夾深灰色、黃灰色粉砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度128～170 m。

寒武系下統(tǒng)明心寺組(∈1m)：灰綠～深灰色含粉砂質(zhì)頁(yè)巖，上部夾少量薄層細(xì)砂巖或粉砂巖條帶。據(jù)以往資料，厚度210.00～247.20 m。

寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)：灰黑、黑色薄層狀炭質(zhì)粘土巖、粘土巖，局部地段底部有0.20～0.5 m的高炭質(zhì)泥巖、灰黑色硅質(zhì)巖及黑色磷塊巖，走向上不穩(wěn)定。與下伏地層呈假整合接觸。厚約10.50～15.30 m。

震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2dn)：淺灰-灰白色厚層夾中厚層白云巖，礫狀白云巖，局部含少量燧石結(jié)核，富含藻類(lèi)化石，局部成疊層藻白云巖，下部有一厚0.20～3.70 m鮞狀白云巖，白云巖中局部藻紋層發(fā)育。厚183.20～249.00 m。

震旦系下統(tǒng)陡山沱組(Z1d)：為區(qū)內(nèi)含磷地層。上部巖性為灰-灰黑色碎屑?jí)K狀、條帶狀磷塊巖，厚1.05～2.06 m；中部為淡黃色中厚層含磷砂質(zhì)白云巖(夾灰綠色頁(yè)巖、砂巖的碎條以及碎塊)，厚0～1.15 m，局部尖滅。底部為灰綠色砂巖以及灰綠色頁(yè)巖厚10.20～20.71 m。

南華系上統(tǒng)南沱組(Nh2n): 綠灰及紫紅色頁(yè)巖夾中厚層泥質(zhì)粉砂巖，少量灰黑色中厚層硅質(zhì)巖；下部以粉砂巖為主夾頁(yè)巖。厚度大于50 m。

4.2 構(gòu)造

工作區(qū)位于翁昭背斜西翼北段，區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，巖層傾向285°～330°，一般300°，傾角23°～45°，一般32°，為單斜構(gòu)造，發(fā)育有縱向斷層F10及小構(gòu)造F15。

4.3 礦床特征

礦區(qū)范圍內(nèi)原生沉積磷塊巖有兩層，分別為賦存于震旦系下統(tǒng)陡山沱組磷塊巖(俗稱(chēng)“下磷礦”)和寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組磷塊巖(俗稱(chēng)“上磷礦”)，其中“下磷礦”為本次核實(shí)工作對(duì)象。其范圍：南、北以采礦許可范圍為邊界，西部以最低準(zhǔn)采標(biāo)高為界，東部以礦層露頭為界，南北長(zhǎng)約1.6 km，東西寬約0.7 km，面積約1.1 km2，礦山屬小型磷塊巖礦床，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。礦區(qū)范圍內(nèi)磷塊巖呈穩(wěn)定層狀賦存于震旦系下統(tǒng)陡山沱組中上部含磷巖系中，其產(chǎn)狀與地層一致。礦層厚度及品位較穩(wěn)定，原始沉積極值厚度1.05～2.06 m，平均厚度1.54 m；品位一般16.42～35.06%，平均品位26.30%。礦區(qū)范圍內(nèi)磷礦層厚度變化的總趨勢(shì)由淺部向深部(即由東向西)逐漸變薄，北厚南薄。

4.4 礦石質(zhì)量

礦石呈深灰色、藍(lán)灰色及灰褐色。礦物成分主要有非晶質(zhì)磷灰石，隱晶質(zhì)磷灰石、層纖磷灰石、其他礦物有白云石、方解石、石英、玉髓、粘土礦物水云母及褐鐵礦等。非晶質(zhì)磷灰石(膠磷礦)在單偏光下呈不同的碎屑狀(砂礫屑狀)，具有龜裂紋，正交偏光下為均質(zhì)(全黑)，礦石中含量約為15%～40%。隱晶質(zhì)磷灰石，正交偏光下可見(jiàn)粒狀外形，一般粒徑小于0.006 mm，個(gè)別自形、半自形柱狀、粒狀呈零星分布，礦石中含量10%～50%。層纖磷灰石，產(chǎn)于砂屑邊緣，呈纖維片、平行纖維狀，呈帶狀、環(huán)帶狀分布于磷砂屑邊緣，干涉色為一級(jí)灰色，礦石中含量1%～5%。礦石結(jié)構(gòu)有礫屑結(jié)構(gòu)，碎屑結(jié)構(gòu)及過(guò)渡類(lèi)型的礫砂屑結(jié)構(gòu)、砂礫屑結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造有條紋狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造。

磷塊巖中主要礦石礦物低碳氟磷灰石是一種磷酸鈣鹽，所以P2O5、CaO一般均占磷塊巖化學(xué)組分含量的65%以上。其余MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2、F、I等占磷塊巖化學(xué)組分的35%以下。礦石化學(xué)分析結(jié)果如表1。

從表1可知，磷塊巖中含有F-，F(xiàn)-主要以低碳氟磷灰石礦物存在于磷塊巖中，礦石中氟含量最低1.53%，最高3.66%，平均含量2.63%，其含量是隨礦石P2O5含量增高而增高，成正相關(guān)關(guān)系。As平均值0.0038%，Cd平均值0.0003%，As、Cd將是磷礦石開(kāi)采與利用過(guò)程對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染危害的重要因素。

表1 礦石化學(xué)分析結(jié)果一覽

4.5 礦床共(伴)生礦產(chǎn)

4.5.1 伴生元素碘(I)

磷礦石中伴生有用元素碘含量0.0029%～0.0110%，平均含量0.0063%。根據(jù)目前磷酸生產(chǎn)環(huán)節(jié)中回收碘資源技術(shù)，采用吹出法和噴淋洗吸法工藝，分別從磷化工生產(chǎn)中含碘廢水及稀酸和磷酸萃取含碘廢氣中提取碘，有效回收磷礦石中伴生碘資源。因該工藝是在磷酸生產(chǎn)過(guò)程中回收碘資源，不是單獨(dú)對(duì)碘進(jìn)行提取，對(duì)磷礦石碘含量無(wú)特定要求，因此礦區(qū)范圍內(nèi)磷礦石伴生有用元素碘均能進(jìn)行綜合回收利用。

4.5.2 伴生元素氟(F)

磷礦石中伴生有用元素氟含量1.53%～3.66%，平均含量2.63%?，F(xiàn)可利用磷肥生產(chǎn)含氟廢氣吸收液為原料，回收氟硅綜合利用技術(shù)工藝，故此礦區(qū)范圍內(nèi)磷礦石伴生有用元素氟也能進(jìn)行綜合回收利用。

4.5.3 共生鎳鉬多金屬層

產(chǎn)于寒武系底部牛蹄塘組中，據(jù)取樣分析測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 鎳鉬多金屬層分析化驗(yàn)結(jié)果

5 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件及開(kāi)采后的變化

區(qū)域所屬構(gòu)造單元為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)鄂湘黔凹陷帶黔中隆起北部，新華夏系第Ⅲ隆起帶南西端第二級(jí)構(gòu)造單元。

5.1 水環(huán)境

5.1.1 地表水

據(jù)調(diào)查，礦區(qū)附近主要的地表水體為上洛旺河。目前礦坑水和生活污水直接排入洛旺河，這會(huì)使洛旺河水質(zhì)受到污染影響，由于目前礦山水量較小，排水量相對(duì)河水流量規(guī)模很小。

5.1.2 地下水

礦山現(xiàn)在的開(kāi)采標(biāo)高為750 m，礦區(qū)內(nèi)地下水位總體在680 m左右，因此，礦山開(kāi)采未對(duì)地下水造成影響。

5.2 廢石

在礦山開(kāi)采和坑道掘進(jìn)過(guò)程中排出的廢石主要是硅質(zhì)巖、白云巖以及少量砂巖，一般就近排放于坑口附近的溝谷處，因而占用了部分土地，使耕地面積相對(duì)減少，雖然修筑有擋石壩或擋砂壩，限制了廢石的流淌，但在降大雨或暴雨時(shí)將會(huì)導(dǎo)致泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，礦山在采礦過(guò)程中應(yīng)引起重視。

井巷圍巖(廢石)排出堆積于地表，在自然條件下，因物理化學(xué)生物風(fēng)化作用，其中的部分元素及化合物將轉(zhuǎn)移進(jìn)入土壤、巖石和地下水中，將對(duì)周?chē)h(huán)境造成一定的污染。

5.3 粉塵

井下作業(yè)產(chǎn)生的粉塵，主要是巖、礦石中的游離SiO2含量，是井下工人矽肺病的根源，井下生產(chǎn)堅(jiān)持濕式鑿巖、局扇通風(fēng)及安裝噴霧灑水防塵裝置，從井下粉塵測(cè)量數(shù)據(jù)看，井巷開(kāi)拓、采礦期間粉塵濃度平均值均未超過(guò)空氣含塵量2 mg/m3的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，使井下粉塵濃度合格率達(dá)90%左右。

5.4 地質(zhì)災(zāi)害

礦區(qū)內(nèi)，大部分范圍地勢(shì)陡峭，陡坡和峭壁較發(fā)育，在開(kāi)展采礦活動(dòng)過(guò)程中，易造成地面崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。礦山需對(duì)地面進(jìn)行定期或不定期監(jiān)測(cè)，了解開(kāi)采對(duì)地面的影響程度，如發(fā)現(xiàn)有變形異常，應(yīng)立即采取措施。因礦山地面較陡，風(fēng)化剝落及道路建設(shè)，斜坡上散落孤石較多，礦山地面移動(dòng)變形，引發(fā)孤石滾落的可能性大，在礦山開(kāi)采前應(yīng)對(duì)斜坡上的散落孤石進(jìn)行全面檢查，采用清除或圍護(hù)的方法對(duì)斜坡上的散落孤石進(jìn)行必要的處理。

6 環(huán)境污染及災(zāi)害防治措施建議

礦山在排水過(guò)程中，各項(xiàng)污染成分含量將有所增大，造成一定程度的污染，特別是感官性狀指標(biāo)和細(xì)菌指標(biāo)，以及露天堆放的廢石，大氣降水對(duì)其浸溶后，污染物釋放，最終都將排入地表河流，對(duì)地表水體造成污染。在向深部開(kāi)采過(guò)程中，燈影組含水層受采礦影響地下水位將下降，地表泉點(diǎn)消失，水質(zhì)受到一定污染。故建議礦山今后對(duì)礦坑及生活用水經(jīng)適當(dāng)凈化處理，使各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后再排入河流，廢石堆應(yīng)有適當(dāng)?shù)姆罎B措施，滲濾液收集處理措施。

礦區(qū)范圍內(nèi)大部分地表地勢(shì)陡峭，加之礦體埋藏淺，未來(lái)開(kāi)采對(duì)其邊坡失穩(wěn)影響較大。因采礦活動(dòng)可能引發(fā)不同程度的崩塌、滑坡及撒落，對(duì)礦山環(huán)境影響較大，易形成山體局部開(kāi)裂，造成大氣降水及沖溝水沿裂隙的集中補(bǔ)給，使礦坑涌水量增大，對(duì)礦床開(kāi)采將產(chǎn)生較大影響。

為此，建議礦山改進(jìn)現(xiàn)有“房柱式低分段錨桿護(hù)頂空?qǐng)龇ā钡牟傻V方法，應(yīng)用井下充填法等先進(jìn)的采礦工藝，將磷石膏作為主要充填骨料，南沱組紫紅色泥巖、燈影組白云巖作為充填骨料等廢渣充填到采空區(qū)，以減少井下采空區(qū)塌陷，大大提高礦石回采率，減少塌陷、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。