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【Abstract】The decommissioning disposal and environmental restoration of uranium exploration pits and waste ore dumps are discussed. The uranium exploration pits are sealed permanent and restored the original topography. The uranium waste ore dumps can be covered by soils after centralized management. Implementing the program of vegetation planted on covering soils, the recovery and improve of the ecological environment can be ensured.
【Key words】Uranium exploration; Uranium exploration pits; Uranium waste ore dumps; Decommissioning disposal; Environmental restoration
0 引言
铀矿业是国防工业的基础产业,在国防和经济社会发展中起着重要的作用,但同时也给环境造成了很大污染[1]。铀矿地质勘查作为核工业的前端从20世纪40年代开始得到了高速发展,早期的铀矿冶重勘查和开采轻环境修复,使得环境保护滞后于生产,经过30多年后,才意识到环保问题[2]。铀矿地质勘探是集地表辐射剂量异常和地下矿物元素分析的综合工程,勘探期间在矿点留下大量的工程子项包括坑口、浅(竖)井、废石堆、剥土、探槽等。遗留的坑口、废石堆等铀矿地质勘探设施持续向环境释放放射性物质,对周围环境和公众构成了危害[3],未封闭的坑口、浅(竖)井等还存在人畜误入或坠入等安全隐患。
铀矿地质勘探施工中的坑道,其坑口分为无流出水坑口、有流出水坑口两类。绝大部分没有封堵,不断向周围环境释放大量222Rn气。部分坑口同时伴有放射性核素污水流向环境,对当地居民的生产、生活及身体健康构成明显的或潜在的危害。坑口、废石堆等释放氡及其子体对人体会产生内照射,对当代和后代具有潜在的危害[4]。此外,部分坑口流出水中放射性核素含量超标,对受纳水体产生一定影响。部分废(矿)石在坑口就地堆放,有些距离村庄较近,还有部分废石堆放于小溪、河流、农田等附近。这些放射性废(矿)石易被洪水冲刷流失,流入附近河流或小溪影响其水质,部分废石流入农田,造成放射性核素随农田内种植的农作物迁移至人体内,对周围公众造成一定的健康危害。
核设施退役环境治理的目的,是对放射性废物进行安全有效地处理和处置[4]。自20世纪80年代末开始,我国已按“轻、重、缓、急”的紧要程度治理的原则逐步对全国铀矿地质勘探设施进行退役治理[5], 实施后较好地改善了当地辐射环境质量,消除了环境安全隐患,获得显著的环境效益和社会效益。本文主要讨论典型的铀矿地质勘探中坑口和废石堆退役治理方案,分析退役治理环境修复稳态。
1 退役治理环境修复方案
1.1 坑口
在铀矿地质勘探中不可避免会产生大量分布广泛的坑口等待退役治理设施。坑口永久退役治理采用的典型方案是封堵,针对无流出水坑口和有流出水坑口采用不同工艺进行封堵。
无流出水坑口治理采用两道毛石墙封堵,中间充填废石然后覆土掩埋坑口,夯实并植被、种树。治理方案示意图见图1。
大部分情况,有流出水坑口流出水载带有放射性核素,这些核素的排放将对居民和环境造成危害。因此,有流水坑口的退役治理显得尤为重要。退役治理采用两道混凝土墙封堵,在两墙间疏水过滤池的方案。坑口封堵方案示意图见图2。坑口向内约10m岩性坚固处砌筑第1道嵌入式混凝土墙,同时预埋4根管。坑口向内约1.5m处设置一道浆砌石墙,同时预埋PVC管。浆砌石墙外侧地面铺设浆砌石作为过滤池,在浆砌石墙的另一侧及底板处堆放砾石,砾石按照自然安息角堆放在浆砌石墙内侧,同时保证管的完整性。在砾石及PVC管的上面铺设一层土工布,用砾石压实。在坑口处砌筑第2道混凝土墙,砌到与浆砌石墙高度相同时,在过滤池上放置钢筋砼预制板,然后覆土掩埋坑口,夯实进行植被绿化。这样,设置在两道封堵墙中的疏水过滤池对流水中载带的放射性核素进行过滤,使得出水口排出的水质达到退役治理要求。
1.2 废石堆
废石堆是铀矿地质勘探设施退役治理中的重要子项,一般采取原地覆盖或迁移集中的治理方案。迁移集中治理后其原址可无限制开放使用,但原地覆盖治理后为有限制开放使用,禁止放牧等人为侵入活动。
废石堆原地覆盖退役治理首先原址规整并根据需要设置马道;然后覆土并分层压实;最后植树、种草并设置警示标志。而迁移集中治理是将废石及下部污染土一并挖除,污染物就近回填至坑口内,剩余运至邻近废石堆处置,原址平整并植被。
为保持废石堆长期稳定性,治理时砌筑挡土墙,布设马道,修砌截水沟,设置护坡设施。边坡一般采取植草护坡;高大坡陡的则采用浆砌片石截水骨架护坡和土工网复合植被护坡。
2 治理结果及环境修复分析
2.1 治理结果
本文选取华南地区铀矿地质勘探设施“十二五”退役整治工程(福建片区)核退役中的典型工程子项作为退役治理环境修复讨论对象。
2.1.1 坑口治理后监测结果见表1。从表中数据可知,治理后,天然铀浓度降至0.18μg/L~0.73μg/L,226Ra浓度降至3.2×10-3Bq/L~6.7×10-3Bq/L,低于《军工铀矿冶设施退役工程前期工作暂行规定》所推荐的参考限值,即退役治理后,坑口流出水进入环境时,在排放口下游最近取水区中,天然铀浓度确定为50μg/L,226Ra浓度确定为1.1Bq/L。扣除本底后,坑口γ外照射吸收剂量率范围为6.7×10-8Gy/h~9.2×10-8Gy/h,满足《铀矿地质辐射环境影响评价》中有限制开放要求,即退役治理后扣除本底外照射吸收剂量率低于17.4×10-8Gy/h。
2.1.2 废石堆治理后监测见表2。从表中数据可知,废石堆整治后,γ外照射吸收剂量率得到了有效地控制,扣除本底后,γ外照射吸收剂量率降至2.9×10-8Gy/h~6.7×10-8Gy/h,低于《铀矿地质辐射环境评价要求》规定的扣除本底后低于17.4×10-8Gy/h的标准;氡析出率降至1.41×10-2Bq/m2・s ~4.52×10-2Bq/m2・s,低于0.74Bq/m2・s。
2.2 环境修复分析
本次退役整治的目的是有效防止坑(井)口氡气外逸和废水所带来的危害,防止或降低对公众的辐射照射水平,净化水源,保障当地环境及生态安全;保持废石堆长期稳定,防止由于自然力或其他原因引起的塌垮流失,以免造成环境污染事故,同时恢复当地的自然生态环境。
为抑制222Rn析出和屏蔽贯穿辐射的目的,采用大量土作为覆盖材料。坑口采用永久封堵后表面覆土并植被以防止水土流失。结合本次退役治理及以往治理经验[3-4,6],坑口流水采用过滤疏导外排是一种较为可靠的处理方案,不仅能够防止坑内积水,同时保证排出水中放射性核素的量尽可能低,确保生态环境的长期安全。
废(矿)石堆植被恢复既是退役环境治理的重要组成部分,也是保持废(矿)石堆治理工程长期稳定的重要工程措施之一[7]。植被设计采用的植物群落类型为草灌型,以灌木、草本类为主而建造的植物群落适用于陡坡、易侵蚀坡面及周围为农田、山地等,是废(矿)石堆治理的主要选型。
3 结论与建议
采用永久封堵坑口的方式能够达到预想的退役治理设想,废石堆覆土稳固模式能够很好的防止放射性核素进入环境。退役治理中采用的植被绿化不仅能够保持退役设施的长期有效,而且能够使得自然生态环境得到恢复和改善。但铀矿地质勘探设施作为永久退役治理,应关注退役设施的长期稳定性,比如过滤设施稳态、植被破坏等。因此,建议制定合适方案定期对退役治理后有流水坑口外排水中放射性核素进行长期监测,以及对覆盖植被的长期监护。
【参考文献】
[1]钟齐佳,花明.铀矿山退役治理效益指标体系构建研究[J].现代矿业,2010(4):84-87.
[2]徐乐昌,薛建新,高尚雄.铀矿冶设施退役治理中若干问题的探讨[J].辐射防护.2007.27(2)):111-118.
[3]贝新宇.铀矿地质勘探设施退役治理的环境影响[J].铀矿地质,2016,32(3):180-185.
[4]李韧杰.湖南某铀矿的退役环境治理[J].铀矿冶,2001,20(2):103-107.
[5]张露,吕彩霞,盛青,庄景齐,谢树军,廖运璇.铀矿地质勘探设施退役整治若干问题探讨[J].铀矿冶,2013,32(4):212-215.
关键词:鄂尔多斯盆地北部;水文地质特征;砂岩型铀矿;成矿前景
1 区域地质概况
鄂尔多斯盆地属稳定的克拉通盆地,由古生代地台发展演化而成的中新生代陆相盆地。在整个早白垩世,本区主要为内陆拗陷盆地内冲积、洪积平原上发育的河湖相组沉积,而以河流相占绝对优势。下白垩统统称为志丹群,自下而上可分为:洛河组(K1zh2)、华池-环河组(K1zh3+4)、罗汉洞组(K1zh5)以及泾川组(K1zh6)。从洛河组到华池-环河组均为连续沉积,并构成了K1zh2-K1zh3+4和K1zh5-K1zh6两个大的沉积旋回。
2 区域水文地质特征
2.1 含水岩层岩组的划分
目的层下白垩统志丹群含水层的水文地质特征应是研究的重点。根据地层岩性,沉积相特征和水文地质特征的差异,下白垩统志丹群自下而上划分为洛河组、华池-环河组、罗汉洞组和泾川组等含水岩组,岩性固结程度较弱,其中华池-环河组为区内分布最广的一套含水岩组。
2.2 潜水发育特征
下白垩统发育层状裂隙孔隙潜水,不同含水岩组含水特征不同(表1)。
表1 下白垩统志丹群潜水特征表
2.3 承压水发育特征
区内发育下白垩统层状裂隙孔隙承压水,当各含水岩组顶板埋深小于约300米时,其承压水头顺地表水系而逆地层倾向降低,水位随地形而起伏,其赋存状态具潜水的特点,而在水动力学和水化学成分方面则具承压水的特征,称之为“上部承压水”。当各含水岩组顶板埋深大于300米时,其承压水和一般自流盆地所见的承压水完全相同,称之为“下部承压水”(表2)。
2.4 下白垩统含水岩组的补、迳、排特征
区内潜水的补给最终来源于大气降水,排泄于当地切割最深的河谷或洼地,此外,蒸发也是主要的排泄途迳,年蒸发量平均为2513.40mm,是年降雨量的10倍。承压水的补、迳、排条件较为复杂,难以确定区域性地下水的排泄区,因而补给和迳流也相对复杂化了。总的看来它的补给方式有两种:
垂向补给:指的是潜水或上层组承压水对下伏承压水的渗补。这种补给方式是由下白垩统地层结构与岩性特征所决定的,由于砂、泥岩在纵向和横向上的多变性,难以存在统一的区域性隔水层,在空间上存在较多的透水“天窗”。这类承压水流向大致受地势水系的控制,排泄于各主河谷和湖泊洼地,兼有潜水的性质和承压水的特点,前面称之为“上部承压水”,埋深应小于300米。
水平补给:指的是同一含水岩组的潜水转化为承压水迳流。由于下白垩统(特别是K1zh2和K1zh3+4)具有向斜构造和含水有利的岩性特征,造成各承压水组从盆地向斜东西两翼区得到补给,形成顺岩层倾向的承压水迳流,并朝向斜轴部和排泄区运动,排泄区为向斜轴一线,是隐伏的,其埋深大致在300米以下,这种承压水前面称之为“下部承压水”。
2.5 古水文地质
盆地北部从南到北有一条与地貌上分水岭近乎一致的地下水分水岭(图1),使下白垩统志丹群的潜水和上部承压水(约300米以上)由盆内逆地层倾向盆缘的黄河流动,具有渗出型盆地的水动力特征。而本质上下白垩统自流水盆地并不是典型的渗出型盆地,是由于受后期构造运动(黄河断陷的形成)而造成古水文地质条件的改变。所以研究盆地古水文地质具有重要意义。
2.5.1 早白垩世沉积时的水文地质条件
鄂尔多斯盆地属稳定的克拉通盆地,构造变动相对较弱,继承性强,有利于志丹群原始沉积相带发育完善和具有稳定的水流方向。虽然经过了侏罗纪填平补齐作用,但伊陕斜坡由东向西仍显示为一个稳定、大范围的单斜构造,直到与天环向斜的接触部位。所以总的水流方向主要由东向西,其次由北、西向盆内,最终向伊陕斜坡与天环向斜接触部位(沉积中心)流动。
2.5.2 早白垩世沉积后-上新世地下水的补、迳、排特征
在早白垩世晚期,全区整体抬升而使志丹群大面积暴露地表,此沉积间断一直持续到上新世末。盆地东、北、西面周边山区是地下水的补给区,向盆地向斜轴线(伊陕斜坡与天环向斜的接触部位)迳流、排泄,同样主要迳流方向仍保持了由东向西顺地层倾向(伊陕斜坡倾向)的方向。伊陕斜坡在此次抬升构造运动中应具有东部相对抬升、西部相对下降的掀斜构造运动的特点,这必然进一步加大了地表水或地下水由东向西的迳流趋势。需要强调的是,此时盆地周边的黄河断陷尚未形成,盆地北部具有上面所述的补、迳、排系统。
3 砂岩型铀矿成矿前景
3.1 潜水氧化带砂岩型铀成矿前景
根据地层发育特征,区内自下白垩统沉积结束以后,存在三个主要的抬升剥蚀阶段,其分别为K2-E2,N1-Q2及现代。其中K2-E2阶段,沉积间断长达70Ma,此阶段古气候已向半干旱、干旱气候转变,使志丹群顶部受广泛的古地表氧化作用,向下相邻应发育古潜水氧化作用,区域上在志丹群顶部形成大规模的氧化带顶盖。氧化带赋存于整个罗汉洞组(泾川组分布很局限)和华池-环河组顶部,其中罗汉洞组呈红色氧化带为主,古地表氧化带占相当大的比重,而华池-环河组氧化带以黄色为主,主要由古潜水氧化作用形成。上述氧化带大规模的发育有利于铀矿化的形成,此沉积间断也是潜水氧化带砂岩型铀矿的主成矿期。N1-Q2和现代盆地两次抬升剥蚀,又E3分布很局限和Q3具有很好的渗透性,故N1-现代的地表氧化作用叠加在志丹群上部的古潜水氧化带上,在盆地总体抬升的构造背景下,氧化作用继续向华池-环河组深部发展,氧化深度可达300米,氧化程度更为充分。华池-环河组含有机质丰富,有相对较好的还原条件,在其氧化-还原界面可形成铀矿的聚集,目前已发现9401矿化点和鄂托克前旗铀矿点。
3.2 层间氧化带砂岩型铀成矿前景
根据前面所述承压水发育特征,志丹群华池-环河组最具有利于铀赋集成矿的地下承压水迳流,渗透系数为0.604~0.790m/d,利于层间氧化带的发育,具备了层间氧化带发育的水文地质条件,目前已对部分地区的层间氧化带进行了初步控制。
在K2-N2期间,承压水由盆缘向盆内流动,具有典型的渗入方式,主要迳流方向应沿伊陕斜坡由东向西顺层流动,承压水的补给来自周围蚀源区和同层组岩层出露地表的区段,同样在这一沉积间断,在形成大规模古潜水氧化带的同时,由盆地边缘向盆内应发育古层间氧化作用,形成相应的古层间氧化带,氧化带主要赋存于华池-环河组,并显示为黄色为主,在氧化-还原过渡部位可形成铀的富集成矿,此沉积间断同样是层间氧化带砂岩型铀矿的主成矿期。从更新世开始沿盆缘黄河断陷的形成,在盆地整体抬升的同时,破坏了白垩纪自流水盆地完整的补、迳、排系统,促使盆地地表水系,潜水和“上部承压水”产生由盆内向盆地逆地层倾向流动的现象,故不能导致古层间氧化带的继续发育,很难形成大规模铀的赋集成矿(但可导致古潜水氧化带的进一步完善)。“下部承压水”仍然保持了从两翼岩层的区补给,向向斜轴部的水平承压水迳流,形成现代层间氧化带,使古层间氧化带继承性发展。含氧含铀水始终保持了统一的运移方向,造成铀长期的富集成矿,目前已发现多个由钻孔控制的铀矿化和铀异常。
4 结束语
综上所述,鄂尔多斯盆地北部具备了潜水氧化带和层间氧化带砂岩型铀矿形成的水文地质条件。层间氧化带砂岩型铀矿为主要找矿类型,次之为潜水氧化带砂岩型铀矿。找矿主要层位为下白垩统志丹群华池-环河组。找矿主要地区应为盆地东部(伊陕斜坡),其次为盆地西缘。找矿深度主要在300-600米的深部。
参考文献
[1]王金平,等.陕甘宁盆地北部下白垩统层间氧化带型砂岩铀矿成矿前景及地浸地质条件研究[Z].1996.
关键词:有色金属矿山;地质找矿;可持续发展;对策探讨
有色金属作为维持国民经济稳步上涨的重要行业,对我国的国防发展和科学技术水平提高都有着极其重要的作用。就我国目前的生产现状来看,在飞机、导弹的制造以及电子计算机原件的研发方面,每年都需消耗总量巨大的有色金属资源,像钴、镍、铌等金属元素则是生产合金钢的核心组成部分。可以说随着工业化进程的不断推进,有色金属行业已经成为了一个国家经济发展的命脉产业[1]。
1地质找矿可持续发展的矿产分类
随着工业全球化进程的推进,矿产资源的竞争变得越来越激烈。对我国来说,总量丰富的地下有色金属矿产是我国能在国际市场上站稳脚跟的基础保障。如果根据矿产的可再生难易程度来对其进行划分的话,大理石、花岗岩、铝土矿等都可以成为第一类矿产,这一分类下的矿产大都具备较大的承载能力,简单来说就是可以在相对短的时间内二次成矿。而像锰铬矿、锌铜矿等则被称为第二类矿产,这一类矿产的总量较少且承载能力较低,相对来说二次成矿需要的时间更长,且开采难度也更大。
2有色金属矿山地质找矿的理论基础
为了能够快速准确的在我国960万平方公里的土地上寻找到符合开采标准的有色金属矿山,相关部门通常采用铅同位素找矿法和活动态离子找矿法对矿山的位置进行确定。铅同位素具有随着铀同位素的衰变而逐渐积累的特性,而铅同位素的找矿法恰恰抓住其这个特性,对有色金属中成矿体的铅同位元素含量进行统计,并将此数据与铀同位元素的核质量作比,如果该比值满足衰变积累区的规则,则认为所选定区域为一个异常体,即该区域为满足开采条件的有色金属矿山。
3维持有色金属矿山地质找矿可持续发展的对策
随着工业生产力水平的逐渐提高,每年都有大批的有色金属矿产需要被开采,可以说我们的使用速度已经大大超出了这些矿产的二次成矿速度,因此加速地质找矿工作的推进和维持有色金属矿山的可持续发展就成为了眼前急需待解决的问题。
3.1提升开采人员的找矿技能水平
对于工业施工来说,人是整个项目中的最终决策者。前些年我国大量的对铝土矿石进行开采,导致我国多地塌方现象的发生,虽然这可以说是工业化进程带来的负面影响,但笔者认为这也与相关开采人员技术上的不足有着必然联系。如果开采人员能够具备更高水平的地质找矿能力,那么每年将会有更多的金属矿产被发现,这些新发现的矿产将同一矿区的开采压力平均分配,不仅能够从整体上提升我国每年的金属产量,也能很大程度上缓解同一矿区过量开采问题。
3.2加大地质找矿的施工区域
目前阶段我国的地质找矿施工主要集中在江西、甘肃、新疆等矿产资源丰富的省份,而像福建、广东等省份几乎从没出产过任何的金属矿石,可以说受到传统观念的影响,开采者大都对矿产资源相对含量较少的省份持放弃态度。
3.3研发有色金属的替代物质
要想从根本上减少金属的使用量,进而达到有色金属矿山的可持续发展,就一定要做到开源节流。所谓开源节流一方面要对地下矿产进行保护,并在开采过程中减少对金属资源的浪费,另一方面也要充分利用我国先进的科学技术手段对金属的替代物质进行研究。比如过去我国家庭使用的电表箱中的保险丝多为铅材料所制,但通过研究人员的不断尝试,终于生产出一种镍铬合金符合材料用来代替铅作为电表保险丝。
3.4加强可持续性开采观念的影响力度
我国一向崇尚节俭,不光在餐桌上力求做到“光盘行动”,在工业原材料的开采与利用方面,也一直追求一条可持续性发展的道路。有色金属矿产属于极难再生资源,因此必须做到将每一块金属材料都用到到刀刃上。我们不能加速金属矿产的再生速度,所以只能做到尽力的节约与保护,为了帮助我国经济能够持续稳定增长,且保持我国的工业化水平始终处于国际领先地位,我们不得不加大力度对可持续性开采观念进行传播,尽我们最大的努力去保护有限的有色金属矿产资源[2]。
4结语
根据上述研究我们可以了解到,我国却实具有着及其丰富的有色金属矿产,对于我国的工业化进程来说,这也的确是一笔十分可观的财富资源。然而过度的开采利用不仅会有损我国经济的持续增长也会对人们的生命财产安全造成一定的威胁。因此,我国未来将会致力于寻找一条可行性更高的有色金属开采可持续性发展道路,力求在保证经济增长的同时,不对人们的正常生活造成任何的影响。
参考文献:
[1]钟康惠,刘肇昌,董树义,等.四川省有色金属矿产资源可持续利用对策研究[C]//中国有色金属学会学术年会.2005:6-14.
1 区域地质概况
矿区位于尤溪县县城方位261°直距约15.4 km,行政区划隶属尤溪县西城镇北宅村管辖。矿区面积约0.0879 km2。铁炉亭矿区铅锌矿位于闽中铅锌银多金属成矿集中区北西部边缘,位于区内白岩旗山~北宅南北向大断裂的北端,区域内地质条件复杂,断裂构造发育,岩浆活动强烈,矿床(点)较多,具有一定的成矿地质背景(如图1)。区域出露地层主要有前震旦系、二叠系、侏罗系。
2 矿区地质概况
铁炉亭矿区铅锌矿地形地质暨井上下对照图如图2所示。
2.1 地 层
矿区出露地层较简单,从老到新主要为侏罗系下统梨山组第二段(J1l2)、二叠系下统栖霞组(P1q)。分述如下:
①梨山组第二段(J1l2):厚度大于83 m。主要分布在矿区的西侧,岩性为一套湖泊相沉积的灰~灰白色中细粒石英砂岩、长石石英砂岩、粗砂岩、粉砂岩夹细砂岩及泥岩。岩层产状走向23°,倾向北西,倾角约45°
②栖霞组(P1q):厚度大于97.4 m。主要出露矿区的中部,为一套浅海~潮坪相细碎屑岩建造,其上界与双坑单元(J3S)中细粒石英二长闪长岩接触,下界总体上与侏罗系梨山组第二段(J1l2)地层呈断层接触关系。岩性主要为灰白色~深灰色中、厚层状含白云质灰岩、白云质灰岩和含硅质灰岩,大理岩化明显,含蜒类化石。岩层产状走向8~18°,倾向南东东,倾角约65°。
2.2 构 造
区域位于政和――大埔深大断裂南侧,南北向白岩旗山――北宅大断裂的北端,断裂构造发育,在空间上断裂分散展布,形成北东向、北西向、近南北向断裂带。其中北东向和北西向断裂对区域铅锌银多金属成矿具有控制作用。
区内构造较为简单,地层总体上为一单斜构造,断裂发现2条断层:北西向正断层(F1)和北北东向正断层(F2)。
F1正断层:位于铁炉亭的南西侧。断层性质为正断层,走向为北西向、倾向南西、倾角约60°。破碎带宽约5 m,地表出露长度大于280 m。
F2正断层:位于矿区西侧。断层性质为正断层,走向为北北东向、倾向北东东、倾角约66°。地表出露长度大于400 m。
2.3 岩浆岩
岩浆岩主要分布在矿区的东部、北西部及其外围地区。侵入岩有晚侏罗世梁坑序列双坑单元(J3S)中细粒石英闪长岩,灰~深灰色,块状构造,半自形粒状结构,主要成份为斜长石、钾长石、石英等,偶见有少量的暗色矿物。岩体与成矿关系密切。
3 矿床地质特征
铁炉亭矿区铅锌矿6线地质剖析图如图3所示。
矿区通过探槽、生产硐、采场等工程圈定铅锌矿体3个(即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体)。
Ⅰ号铅锌矿体:位于矿区西部,赋存于晚侏罗世梁坑序列双坑单元(J3S)石英闪长岩与二叠系下统栖霞组灰岩的外接触带(矽卡岩带)围岩裂隙中。由TC101、TC401、TC501、TC601、采场和1、2、3、5号硐控制,呈脉状、透镜状展布,产状5~28°/SEE∠61~67°。矿体规模沿走向长约305 m,沿倾向延深长度一般在70~170 m之间。矿体厚度在2.92~3.05 m之间,平均2.98 m,向深部逐渐变小,尖灭。本矿层直接顶底板均为矽卡岩。本矿体部分已被开采。
Ⅱ号铅锌矿体:位于矿区中部,赋存于晚侏罗世梁坑序列双坑单元(J3S)石英闪长岩与二叠系下统栖霞组灰岩的外接触带(矽卡岩带)围岩裂隙中。由TC201、TC301、TC402、TC502、TC602、TC701和3、4号硐控制,呈脉状、透镜状展布,产状351~15°/SEE∠62~66°。矿体规模沿走向长大于300 m,沿倾向延深长度一般在69~105 m之间。矿体厚度在2.81~3.20 m之间,平均2.98 m,向深部逐渐变小,尖灭。本矿层直接顶底板均为矽卡岩。本矿体部分已被开采。
Ⅲ号铅锌矿体:位于矿区东部,赋存于晚侏罗世梁坑序列双坑单元(J3S)石英闪长岩与二叠系下统栖霞组灰岩的外接触带(矽卡岩带)围岩裂隙中。由TC202、TC302、TC403、TC503、TC603、TC703和3、4号硐控制,呈脉状、透镜状展布,产状351~16°/SEE∠64~65°。矿体规模沿走向长约300 m,沿倾向延深长度一般在30-87m之间。矿体厚度在1.97~2.18 m 之间,平均2.02 m,向深部逐渐变小,尖灭。本矿层直接顶底板均为矽卡岩。本矿体未开采。
4 控矿因素分析
区域地层划分如表1所示。
4.1 地层岩性
矿区二叠系栖霞组地层中微量元素铅、锌等含量远高于地壳背景值及地区同类岩层值,可以断定,该地层是矿体的富集层位。矽卡岩矿体受围岩岩性控制,以硅质灰岩和富含钙质、炭质薄层的灰岩最利于矿液的交代,因为钙质和炭质化学性质活泼而硅质性脆易碎,便于矿液的进入。
4.2 构 造
构造是控制区内矿体诸多因素中的主要因素,构造运动及其形态,不仅可为Pb、Zn多金属矿的形成提供运矿、导矿和容矿空间,而且又是矿液运移直接或间接的驱动力。矿区内F2北北东向断裂切割深,属区域北北东向断裂带组成部分,是矿区内岩浆和矿液运移的主通道。区内次一级断裂、裂隙及层间破碎带,可为Pb、Zn多金属提供有利的容矿场所。
4.3 岩浆岩
本矿床的形成与石英闪长岩有成因关系。从区域地质条件分析,在岩体的接触带上,分布着许多矿点,如皇山、北宅等铅锌矿床,说明了这些矿点与此岩体有成因联系。从矿区的实际资料,石英闪长岩与钙质层(石灰岩、钙质粉砂岩)直接接触或相距较近,矽卡岩化和铅、锌矿化较强,形成比较集中、品位较富的铅锌矿体。这反映了本矿床形成与石英闪长岩关系密切。
4.4 围岩蚀变
区内构造和岩浆热液活动频繁且强烈,受其影响,岩石普遍发生蚀变,主要3条大蚀变带主体以矽卡岩化为主,可见有黄铁矿化、铅锌矿化。围岩中主要见大理岩化、矽卡岩化、以及硅化、绿帘石化、绿泥石化、黄铁矿化等。铅锌矿化产在其接触带及围岩裂隙中,呈脉状产出。这些蚀变均反映了中、低温热液的成矿特点。
5 成矿规律及找矿标志
5.1 成矿规律
该区内多金属矿的控矿构造包括北东东向陡倾角断层。矿(化)体分布严格受断层控制,主要产在陡倾角断层中的矿体形状多为透镜状。
区内陡倾角断层走向为北西向,倾向西南或北东东,倾角一般60~66°。断层带里常见碎裂岩,少见角砾岩。碎块和角砾主要呈棱角状,个别具钝化现象,显示断裂具压扭性特征。破碎带普遍具有硅化,硅化分布方式有两种,一种为团块状分布;另一种呈细脉状,细脉走向与断裂方向一致,在破碎带膨大部位见有与岩浆热液有关的铅、锌多金属矿化。
产在陡倾角断层中的矿体形状多为透镜状,长度30~170 m,宽度1.97~2.18 m(如图2中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体)。该类型矿体变化不大,矿体规模也较大。
5.2 找矿标志
综上所述,成矿区内多金属矿(化)体分布严格受断层控制,矿体规模与控矿断层的类型有关,多金属矿化类型主要为铅、锌。
构造标志:晚侏罗世梁坑序列双坑单元(J3S)中细粒石英闪长岩与栖霞组(P1q)的外接触带(矽卡岩带)及北西、北东向断裂是主要的控矿构造,也是成矿的重要部位。
铁(锰)帽标志:区内的多金属矿石主要含有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿等金属硫化物矿物和石英、透辉石为主的非金属矿物,在地表经氧化作用分别形成了以褐铁矿为主的铁帽,以褐铁矿、硬(软)锰矿为主的铁锰帽,铁(锰)帽是多金属矿(化)体在地表出露的最直接标志。因此区内褐铁矿石、铁锰矿石分布地段,是找矿的重要标志。
矽卡岩标志:区内的透辉石(绿帘石)矽卡岩,是多金属矿的主要容矿岩石。野外识别矽卡岩的两个明显标志:一是颜色,呈深绿或深灰色;二是粒径,与围岩相比,矿物粒径较大。深的颜色和较大的矿物粒径是野外识别矽卡岩,进而寻找多金属矿的直接标志。
地层标志:区内二叠系栖霞组硅质岩作为通常为矿体的顶、底板,只要发现硅质岩,其附近一般就有多金属矿(化)体存在,是寻找多金属矿的间接标志。
地球化学异常标志:区内水系沉积物元素主要组合为Cu-Pb-Zn-Ag-As和Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-Sn,以中温元素为主。据异常区资料,异常内带一般可指示地表矿(化)体存在。
6 矿床成因分析
6.1 矿石结构
结构有它形~半自形粒状结构、交代~充填结构、碎裂结构等。
它形~半自形粒状结构:硫化物闪锌矿、方铅矿等常呈它形、半自形、粒状相互嵌结。交代~充填结构:晚期硫化物矿物黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等充填于早期晶出的磁铁矿及脉石矿物之自由空间,有时磁铁矿及脉石毫无被置换之现象,有时同时见交代作用,形成交代~充填结构。碎裂结构:矿物后期受力挤压破碎发育碎裂结构。
6.2 矿石构造
矿石构造有团块状、条带状、浸染状、网脉状构造等。
团块状构造:为本区主要矿石构造。金属矿物闪锌矿、方铅矿等聚集成团块状集合体,形成团块状构造。条带状构造:金属矿物各自集成3~5 mm宽条带,分布于脉石矿物中。浸染状构造:金属矿物呈不规则之半自形晶,星散地分布于脉石矿物中,形成浸染状构造。网脉状构造:金属矿物呈纵横交错之网脉状、细脉状分布于脉石矿物中,形成网脉状构造。在1.97~2.18 m之间,平均2.02 m,向深部逐渐变小,尖灭。本矿层直接顶底板均为矽卡岩。本矿体未开采。
6.3 矿石类型
①矿石工业类型:矿体呈脉状、透镜状,无法分采分选,只宜划分为一种矿石工业类型;矿石中铅锌基本上共体,但通过一致的浮选工艺流程,均可获取满意的综合回收。因此矿石工业类型只划分为一种,即为铅锌矿石。
②矿石自然类型:按矿石构造及金属矿物含量可划分为团块状矿石、条带状矿石、浸染状矿石及网脉状矿石。
6.4 矿物成份及生成顺序
①矿石成份:根据矿石类型,主要有用金属矿物为黄铁矿、闪锌矿、方铅矿,脉石矿物为阳起石、石英等。其特征分别叙述如下。黄铁矿:为主要金属矿物,呈它形~半自形粒状,铜黄色,均质体,硬度较大,含量较多约60%~65%。方铅矿:为主要金属矿物,呈它形粒状,常见交代黄铁矿现象,灰白色,均质体,具三角凹坑,粒度为0.2~3 mm,含量约3%~5%。闪锌矿:为主要金属矿物,呈它形粒状,形成时间晚于黄铁矿与方铅矿,常见交代上述两种矿物现象,灰色,均质体,晶体中常包裹一些不规则状方铅矿晶体,大小为0.3~2 mm,含量约13%左右。阳起石:呈柱状、纤维状,常充填于黄铁矿粒间,绿色多色性,含量约15%左右。石英:呈它形粒状,常聚集呈小团块状分布,透明无色,含量约2~3%。
②矿物生成顺序:根据矿物成份相互关系,其矿物生成顺序为黄铁矿、阳起石、方铅矿、闪锌矿、石英。
6.5 矿石化学成份
根据化学分析结果,矿石化学成份为:其一,主要有用组分。矿石中主要有用组分为铅、锌,紧密共生。单个样品含铅品位最高3.43%,最低2.00%,全区平均2.69%;锌品位最高4.22%,最低2.73%,全区平均3.45%。其中Ⅰ号矿体平均品位:铅2.73%,锌3.42%;Ⅱ号矿体平均品位:铅2.65%,锌3.51%;Ⅲ号矿体平均品位:铅2.66%,锌3.41%。其二,伴生有益组分。经组合分析,本区伴生有益组分均未达到综合利用指标。其三,有害组分。经调查,目前在矿区范围内未发现有害气体等成分。
6.6 矿体氧化带发育情况
根据物相分析成果(见表2),结合探槽及生产硐观察,说明矿体氧化带不发育(铅锌氧化率≤10%。从表2中可见铅锌矿属硫化矿。
6.7 矿床成因类型
综合矿床特征,认为属于矽卡岩型中、低温热液的铅锌矿床。根据矿体形态、矿石组合类型、矿石结构构造、围岩蚀变等资分析,并参考火山岩型铅锌矿床成矿模式,认为矿床成矿过程大致为早期岩浆受后期热力作用的影响(如岩浆-构造热事件),涌入地壳,使基底和沉积盖层温度升高释放同生沉积水,与地表和海盆中向下渗透的水相混合形成热水溶液,并向低温地段运移,途中溶滤、萃取分散在各地层中的铅锌等成矿物质形成含矿热液。含矿热沿导矿构造,经次级断裂(配矿构造)进入构造裂隙带(容矿构造)――岩石破碎、节理裂隙、构造虚脱等卸压部位。当上升的热液运移到此,因物理化学条件的突然变化(如卸压、火山作用等)。使成矿物质活化、迁移至初步富集,而又经后期热液蚀变作用使铅锌矿等成矿元素以硫化物的形式从含矿流体中不断沉淀析出,进一步富集成矿充填到构造裂带等地段。就矿区矿(化)而言,有利构造部位为岩层破碎、节理裂隙处,明显受北西、北东断裂伴生的次级断裂或裂隙所控制,矿石以半自形~他形晶粒状结构为主,且又具明显的交代结构和脉状构造,显示了构造裂隙带控矿和热液充填、交代的特征。且闪锌矿、方铅矿、黄铜矿及矿化蚀变类型组合绢云母化、硅化、绿泥石化、碳酸岩化、黄铁矿化等均属中~低温热液阶段结晶产物,因此,可以大致判定矿床成因类型应属中~低温热液裂隙带充填交代热液型铅锌矿床。
关键词 多金属矿床;成矿地质条件;成矿条件
中图分类号 P62 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2016)170-0200-01
赤峰市处于内蒙古―大兴安岭成矿省,跨越了西伯利亚板块、东南大陆边缘和华北板块北部大陆边缘大地构造单元,古元古代宝音图群的一套中、浅变质的岩石组合,属板块边缘浅―滨海相建造;早泥盆世有类复理石沉积并有基性火山活动;早石炭世海相基性―中酸性火山岩堆积,早石炭世―晚石炭世海相碎屑和碳酸盐岩沉积,形成了海陆交互相沉积;中二叠世初,有强烈基性火山岩喷发,夹正常沉积;中二叠世晚期,海水变浅而沉积了碳酸盐岩,碎屑岩;晚二叠世沉积了河湖相岩层。二叠纪岩浆活动强烈,尤以二叠世晚期为主,构成走向北东和近东西向的花岗岩岩浆带。形成众多且具一定规模的Au、Cu、Pb、Zn、Sn、W、Mo等成矿元素的地球化学块体。
赤峰市共发现各类矿产83种。能源矿产主要有煤炭、石油、油页岩;金属矿产主要有铁、铜、铅、锌、钨、锡、钼、金、银、铟、镉;非金属矿产有硅石、萤石、沸石、电气石、膨润土、叶腊石、高岭石、硅藻土、硅灰石、石灰石饰面用建筑石材等)。除石油、天然气等特定矿种外,纳入自治区矿产资源/储量,已发现矿产地1660余处。
1 成矿带特征
内蒙古―大兴安岭成矿省是重要的有色金属集中分布区,除有色金属外,尚有黑色金属、稀有金属、稀土金属、贵金属及非金属等。三级成矿带为大兴安岭南段晚古生代―中生代金、铁、锡、铜、铅、锌、银、钼成矿带;锡林浩特―索伦山元古宙、晚古生代―中生代铜、铁、铬、金、钨、锗、萤石、天然碱成矿带。
1)锡林浩特―索伦山元古宙、晚古生代―中生代铜、铁、铬、金、钨、锗、萤石、天然碱成矿带在克什克腾旗南西部,主要成型矿床为柯单山铬铁矿床,与寒武纪超基性岩相关。
2)大兴安岭南段晚古生代―中生代有赤峰市重要的矿床集中区包括银、锡、金、铜、锌、铁、钼、铅、成矿带,大地构造处于华北板块北部大陆边缘。该带成矿的突出特点是赋矿围岩(含矿岩系)主要为二叠系海相碎屑岩夹中性、在基性火山岩,成矿母岩为晚侏罗―早白垩世中酸性复式杂岩体。已发现成型矿床主要有:黄岗梁铁锡多金属矿床、大井子铜锡银矿床、白音诺尔铅锌银矿床、浩布高铅锌矿床、敖仑花铜钼矿床、拜仁达坝银铅锌矿床等,矿床类型主要为矽卡岩型、脉状热液型及斑岩型。
该带分布着大面积的中生代火山―岩浆岩带,目前已发现与中生代火山―岩浆活动有关的矿床有扎木钦铅锌矿、罕山林场铜锡银矿等,表明该成矿带是寻找与中生代火山―岩浆活动有关的火山热液型铜铅锌多金属矿床的极为有利地区。
以西拉木伦河深大断裂为界,北部划分为黄岗―白音温都铁(锡)、铜、铅、锌、银(萤石)成矿亚带;大井子―驼峰山铜、钼、铅、锌、银(叶蜡石)成矿亚带。南部划分为小东沟―库里吐铜、铅、锌、银、钼、金成矿亚带。
2 成矿亚带(区)特征
2.1 黄岗―白音温都铁(锡)、铜、铅、锌、银(萤石)成矿亚带
自克什克腾旗经棚镇―阿鲁科尔沁旗巴彦包勒格苏木,呈北东向展布,地层有古元古界宝音图群、石炭系―二叠系海相碎屑岩及火山岩、中生代火山岩。岩浆岩以侏罗纪岩浆活动为主,是铁、锡、铅、锌、银矿产的集中带。成型矿床有拜仁达坝银铅锌矿床、维拉斯托锌多金属矿床、黄岗梁铁锡矿床及白音诺尔铅锌矿床,矿床成因类型以矽卡岩型和岩浆热液型为主。
2.2 大井子―驼峰山铜、钼、铅、锌、银(叶蜡石)成矿亚带
该带南部界线为西拉沐沦深断裂,东界与吉黑成矿省的松辽盆地新生代油气铀成矿区毗邻,界线为第四纪沉积盆地边缘。古元古界宝音图群老质地体及晚古生界西别河组蛇绿岩洋壳残留,二叠系海相碎屑岩及火山岩及岩浆岩作用下,产出一系列水晶、石材、石棉、石墨、硅石、叶腊石等非金属矿产。与白垩系地层及侵入岩相关的沸石矿、硅石矿及铅锌银矿等。
2.3 小东沟―库里吐铜、铅、锌、银、钼、金成矿亚带
本成矿亚带大地构造位置上为明显的兴蒙造山系与华北陆块北缘过渡带,不同时期受二者的共同作用明显,成矿期次多,成矿作用复杂,矿床类型多样。此带北部自红山子―梧桐花,主要为二叠系于家北沟组叠加侏罗系、白垩系及新近系火山岩,集中产出与于家北沟组及中生代火山岩相关的铅、锌、钼、银矿床,同时还有与中生代岩浆岩相关的萤石矿。车户沟―官地一带,受两个大地构造单元双重作用明显。西南部,产出与古生界矿源层在中生代火山岩作用下形成的金、银矿,与华北陆块北缘金矿成因一致;同时叠加中生代火山―岩浆作用相关的铜、钼矿,同时产出与金属成矿相关的膨润土矿、沸石矿、萤石矿等非金属矿床。解放营子一带,为兴蒙造山系内原古老地体残块,为古元古代宝音图群、早古生代晒勿苏组、八当山火山岩等,产出与之相关的银矿、铜钼矿、金矿及电气石、石棉、萤石矿等。四道湾―木头营子乡一带,为石炭系及二叠系沉积、火山地层,产出与之相关的灰岩矿及萤石矿,在中生代火山―岩浆岩作用下,形成铜钼矿。与新近系汉诺坝组玄武岩相关的石材、泥炭等矿床。在四德堂―宝国吐一带,晚古生代为海陆交互相灰岩、砂岩、碎屑岩及火山岩,部分受到轻微变质,为砂板岩、页岩,在中生代岩浆岩作用下产出一系列金矿、铜矿及铅锌矿。
3 成矿期次及演化
晚古生代华北板块北部边缘发生开裂活动。泥盆纪有类复理石沉积并有火山活动,有海相基性―中酸性火山岩堆积,石炭纪海相碎屑和碳酸盐岩沉积;形成具一定规模的Au、Cu、Pb、Zn、Sn、W、Mo等成矿元素的地球化学块体。由于岩浆活动强烈,形成与岩浆侵入活动有关的有色金属、黑色金属、稀有金属、稀土金属、贵金属等矿床成矿系列。
参考文献
[1]赤峰市矿产志,2014.
[2]地质矿产局.区域地质志[M].北京:地质出版社,1991.
[3]矿产志,2002.
安徽淮北临涣煤矿随着矿井开采深度的不断增加,冲击地压对煤矿产生的威胁程度越来越大。淮北矿区临涣煤矿地质条件,灾害严重,采深大,地应力高,岩层结构复杂区域、构造应力突显区域,整体围岩强度恶化、临近开采影响等多种因素综合作用下的巷道占较大比重。这类巷道一直以来以锚喷、架棚等单一支护形式为主,支护效果不理想,巷道变形量大,巷道维护周期短,返修、复修工程量多,维护成本高,维护状况恶劣,掘进单进低。从往年巷道修复量看,要投入不少人力、物力进行巷修。正常的生产准备受到影响,生产系统遭到破坏,矿井安全环境恶化,不仅制约了矿井安全生产,也难以适应矿井高产高效建设的需要。采区主体巷道维护周期仅有6—8个月,巷道在采动影响下,一年内往往修复2—3次,部分矿井巷道失修率居高不下。反复修复,巷道变形量达0.5m 1.2m,运输系统受到严重破坏,综采面设备无法进入工作面,采区生产准备受到制约。
二、关于创新成果的分析
淮北矿区支护困难的状况,一方面是由于矿区开采深度增加,矿井地质条件复杂,地压显现强烈等客观因素造成,另一方面是由于长期以来支护思想保守、设计理念落后、施工管理水平低等人为因素造成支护技术发展较为缓慢。与行业先进水平相比,矿区支护技术整体上还处于较低的水平,支持技术与主导技术的发展不同步、不协调,一定程度上制约了矿井安全高效建设。
矿井巷道支护技术是矿井安全高效生产的重要支持技术,煤矿一直以来十分重视支护技术的发展。开展了以煤巷锚杆支护为主的工艺改革,高强预应力锚杆支护技术的应用不断巩固提高。但占煤矿20% 25%比例的高地压巷道支护技术一直没有实现新的突破,亟待研究解决。围岩综合治理创新是一项综合性系统工程,不仅是支护技术的改革创新,而且要从优化生产布局、优化开采程序、合理煤柱留设、合理巷道布置等技术手段,从提高职工队伍素质,提高施工管理水平等方面,实施综合性治理。每一个技术环节、每—个管理环节出现问题,对治理效果都会产生不利影响,甚至可能导致成果的失败。首先,要建立适应矿区高地压软岩巷道实际的支护理论体系,建立支护技术创新的理论基础。确立适应矿区深水平高地应力复杂围岩条件支护技术路线,是科学制定治理技术方案的设计保障。其次要建立高地应力软岩巷道矿压监测和信息反馈体系,实施智能化、数字化监控,科学评判支护效果,为进一步完善治理技术方案、实现最优的经济技术效果提供科学保证。
三、矿井围岩综合治理创新方法
近年来,不断加强矿井围岩综合治理创新工作,已对井下高地压巷道治理实施了有效治理。
一是,以困难复杂条件煤巷治理为突破口的试验阶段这一阶段引进科研院校技术优势,针对矿区具有代表性的高地压煤层巷道,实施了有效治理。
二是,以临涣矿井的典型高地压巷道为主的自主创新阶段
临涣煤矿的煤巷治理主要选择复杂条件下的煤巷,岩巷治理,着力解决服务年限长、构造应力大、围岩条件复杂的采区主体巷道支护难题,积极探寻高地压软岩巷道治理技术途径。
三是,支护技术实现新突破,支护手段不断丰富,创新以重点矿井岩巷治理为技术突破点,全面推广应用,多种支护手段得到应用,初步形成了适合矿区实际的高地压软岩巷道矿压监测和信息反馈体系,重点开展支护效果评判,完善治理技术方案,达到技术先进,经济合理的治理效果,改善矿井安全生产环境。
在实施高地压巷道围岩治理的过程中,煤矿通过采取政策扶持,完善制度、技术保障、跟踪服务、指导监督等一系列措施,使围岩综合治理不断推进,并取得了显著成效,做法是:
1、制定政策,规范实施。以矿井典型高地压、大变形煤层巷道为治理对象,引进桁架、锚索梁、化学注浆等新技术、新工艺,扩大了煤巷锚杆支护技术应用范围。针对高地应力软岩支护的业界难题,集团公司组织煤矿与中国矿业大学联合攻关,以联合支护技术及各种技术手段的综合应用为主导,对矿井重点岩巷重点开展技术研究,软岩治理技术发展较快。
煤矿工程技术人员,坚持自主创新,在锚喷支护的岩巷中创新采用了长锚杆、带网、锚索二次支护,取得明显的治理成效,还创新采用了“加长锚杆十全封闭29U"支护技术,对大断面软岩巷道强烈变形实施了有效控制,高地压巷道支护技术的研究更注重于解决实际问题。
2、立足矿井实际,科学创新。矿井围岩综合控制技术方案的制定建立在对治理对象充分认识的基础上,在收集整理治理对象基础技术资料,并从理论上分析、从实践中总结后,综合应用工程类比、数值计算等方法进行个性化设计。设计时更加注重分析巷道破坏原因、维护特点、巷道所处地质条件、周边开采环境,注重从优化巷道布置、合理选择巷道层位入手,确定出最佳的技术方案。针对高地压软岩巷道维护特点,确定软岩巷道地压治理的基本原则是:围岩分类、大断面预留可缩量、强力高效支护设计、过程控制,以强化支护手段、强化围岩强度和强化围岩承载结构等,实现由被动承载支护结构向主动加固围岩承载圈,达到“支护一围岩”支护结构的整体稳定效果,为巷道支护达到良好技术经济效果奠定技术基础,为煤炭开采创造有利条件。
四、结论
在煤矿和集团公司上下的不懈努力下,通过系统性研究,综合性治理,矿区支护技术快速发展,高地压巷道围岩综合治理取得显著成效。
一是通过对矿井高地压巷道变形破坏机理,矿压显现规律的深入研究,通过综合应用现有的新型、高效支护手段,把新型高强预应力锚杆、U新钢可缩支架、围岩注浆加固、全封闭支护等围岩控制手段,以及巷道布置优化、开采程序优化、围岩卸压等技术有机结合起来,实行综合治理,成为围岩治理的主导技术路线。有效解决了矿井煤巷支护难题。
二是矿井煤巷以高预应力树脂锚杆支护,辅以高强钢带、桁架、锚索及锚梁、注浆、锚架等联合支护工艺,解决了复杂条件下大变形量、“三软”煤层巷道支护难题。岩巷“锚架”、“锚架全封闭”、“全封闭+注浆”等支护新技术的应用研究,实现了对高地压软岩巷道的有效控制,矿井高地压巷道的治理均达到了预期目标。
参考文献:
【关键词】地矿勘查;金矿床;找矿远景
位于仙游县城关南部的园庄镇东石村,1989~1990年福建省闽东南地质大队开展大罗溪幅l:5万矿产地质调查时发现了牛头山一九楼山黄金异常,二级异常检查时,在牛头山南、北两侧的地表上圈定了金异常2个、金矿化体12条,以后再未进一步深入工作。
1、区域成矿地质背景
矿区地处沿海动力变质带西缘,漳平一一仙游东西向断裂带与长乐――商澳北东向断裂带之祥谦――云霄次一级北东向断裂带上,牛头山火山机构内。地层出露较简单,主要为侏罗系上统长林组(J3c),南园组(J3n)酸性火山碎屑岩。岩浆活动强烈,主要有燕山早期二长花岗岩、燕山晚期辉长岩,少量晚期侵入的脉岩,脉岩呈单脉或成群出现,主要为花岗斑岩脉、闪长玢岩脉和基性岩脉。受构造及岩浆活动影响,围岩具较强蚀变现象。
2、矿区地质特征
2.1 含矿层位
矿区出露地层简单,为侏罗系上统南园组第二段(J岔)酸性火山碎屑岩,局部夹沉凝灰岩、凝灰质泥岩。岩层总体走向20~70。,北西侧岩层向南东倾,南东侧岩层则向北西倾,倾角35~70。,构成一个向内倾的锥状火山,其中心部位位于牛头山上。
2.2 侵入岩
区内见有花岗斑岩脉、流纹岩脉和基性岩脉以及石英脉沿断裂侵入和充填。岩脉展布方向以北东向为主,次为北西向,长20~150m,宽几~十几m。
2.3 构造
矿区位于沿海动力变质带西缘,漳平――仙游东西向断裂带与长乐…南澳北东向断裂带之祥谦…云霄次一级北东向断裂带上。构造主要表现为北北东.北西向线状断裂和片理化带发育。牛头山锥状火山,根据岩性和地质特征划分为火山颈相,中心部位地貌上呈悬崖陡壁,岩性为流汶岩、隐爆角砾岩。区内可见长1100m,宽700m,面积>0.78km2。,呈椭圆形,长轴里北北东方向展布。受溪浦――后曾北北东向断裂带所控制,位于该断裂带中段,北东与倒船山锥状火山、南西与大沛锥状火山相毗邻,是倒船山――建兴山串珠状火山群的组成部分。
2.4 围岩蚀变
区内围岩蚀变较为强烈,且具有范围广、种类多的特点.蚀变强度以牛头山最强,主要为火山气液变质,以叶腊石化、明矾石化、高岭土化、次生石英岩化为主,其次有黄铁矿化,偶见绿市石化、绿泥石化等。矿化蚀变具有明显的分带特征,在平面上,中心牛头山以明矾石化――腊石化蚀变带为主。
2.5 地球化学土壤异常特征
征牛头山南、北两删的地表上圈定了金异常2个:
南侧:长>300m,宽100~300m,异常未封闭。金含量一般为25~40×10-9,浓集中心最高≥90×10-9,在异常内已发现3条金矿化体(Au-10~Au-12)。
北侧:长365m,宽80~225m,呈“梨状”,金含量一般为20×l0以上,多数≥90×10,浓集中心最高≥90×10-9,在异常内已发现9条金矿化体(Au-1~Au-9)。
3、矿化体特征
3.1 矿化体特征
区内见金矿化体12条,组成长650m,宽100~130m的矿化带。其两端主要沿北北东向断裂带和北北东向片理化带展布,分布在400~550m之闻。主要矿化体有6个,呈长椭圆状、透镜状、脉状,个别呈分饺现象。长100~290m,宽5~10m,最宽达29m。其余矿亿体呈脉状,长60~100m,宽1~2m。总体走向南部360°、中部为15~25°、往北部则为35°。赋矿构造倾向以北西为主,个别南东,倾角70~80。少数为45~65°。其金含量一般为0.10~0.13×10-6,少数为0.22~0.28×10-6,最高为0.55×10-6,平均为0.15×10-6。产于侏罗系上统南园组第二段(J3n2)流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩及沉凝灰岩中。
3.2 矿化体围岩
金矿化体顶底板为碎裂流纹质晶属凝灰岩、碎裂流纹质晶屑熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩、沉凝灰岩,岩石较破碎,片理发育,具不均匀的硅化、褐铁矿化、叶腊石化、次生石英岩化、明矾石化等蚀变。
3.3 找矿标志
1、区域性北北东向断裂与多组区域性断裂的交汇部位,往往是火山活动和矿化的中心,是重要的构造找矿标志。
2、构造破碎带、角砾岩带和片理化带发育地段,是含矿溶液活动和运移交代成矿的有利地段,也是容矿的有利场所。
3、硅化、褐铁矿化、叶腊石化、次生石英岩化、明矾石化等蚀变,是寻找金矿体的重要找矿标志。
3.4 控矿因素及成因类型
3.4.1 控矿因素
牛头山金矿化体的形成,是地质成矿作用发展到一定阶段的产物,其形成是由多方面有利的成矿地质条件所决定的:
1、区域地质构造背景因素。矿化体地处沿海动力变质带西缘,漳平――仙游东西向断裂带与长乐――南澳北东向颐裂带之祥谦――云霄次一级北东向断裂带上。区内北北东向构造、片理化带发育。尤其是F2、F3、F4断裂,既控制了片理化带的展布亦是矿区内的主要构造。
2、地层岩性控制因素。侏罗系上统南园组第二段(J3n2)火山岩系是矿化体的主要赋矿围岩。主要见于流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩及沉凝灰岩中。
3、火山构造控制因素。牛头山锥状火山的活动,导致了矿区内的南园组第二段(J3n2>酸性火山岩广泛分布,以及晚侏罗世次流纹岩沿火山通道侵入。
3.4.2 矿化体成因类型
综上所述,矿区内主要成矿地质条件和控矿因素,结合围岩蚀变等特征,本人认为该矿化体的成因类型为火山热液充填交代型。
4、找矿远景分析
l、区域沿海动力变质带为金的活化转移提供了能量(热源、水源),深部老地层(澳角群)可能提供部分金矿物质来源,所以沿海动力变质带自宏路以南断续有Au异常分布,表明这个带有Au矿液活动。
2、区域断裂(北东向)和火山构造提供了热液运移通道及赋矿空间,火山热液也可能提供部分金矿物质来源。
3、区内矿化蚀变分带明显,具典型火山岩型金矿成矿模式。
关键词:地质状况;油页岩;问题分析
Abstract: This paper mainly introduces the present situation analysis and oil shale drilling in geological problems, on the basis of drilling mud problems existing in construction site, with the oil shale of the characteristics and wellbore stability theory, discusses the optimization of oil shale drilling mud system, and test analysis of the inhibitory effect of mud system expansion of shale.
Key words: geological condition; oil shale; problem analysis
中图分类号:F416.1
引言:油页岩是一种腐泥岩,遇水后容易发生水化膨胀、分散的问题。与泥页岩遇水产生的问题相同,对其泥浆体系的研究类似于泥页岩。油页岩地层由于其所含粘土比例较高,容易水化,给钻进操作带来了极大的负面影响,钻井过程中常出现井径扩大、井壁失稳、卡钻、糊钻、扭矩及阻力增大等一系列井下复杂情况。所以,对油页岩地层钻探施工而言,泥浆体系是个非常重要的技术问题。
一、我国地质状况的分析
1.1 我国地质技术总体成新水平
我国地质技术装备在过去3年购置踊跃,成新率较高。在可统计的130家施工单位中,有60%-70%的主要地勘装备是在近三年购置的;在可计算的71个施工单位中,国产设备平均成新率约为64%,进口设备成新率约为70%。
1.2 国产地质技术装备仍然是地勘施工的主力装备
(1)我国地质技术装备市场呈现品种多样、供货商众多、需求旺盛的繁荣局面,国产地质技术装备仍然是广大地勘施工单位的主力装备,千米以深国产钻机拥有率约为94%。
从收回的150份调查表中统计,拥有岩心钻探设备并承担岩心钻探工作量单位有73个,拥有300m以深(含300m)岩心钻探设备786台套,其中:千米以深(含1000m)钻机690台套,占87.8%;300-1000米钻机96台套,占12.2%;立轴式钻机735台,占93.5%;全液压钻机51台,占6.5%。在51台全液压钻机中,国产钻机11台,占21.6%;进口钻机40台,占78.4%。
从以上数据不难得出,立轴式岩心钻机在我国仍占据绝对的主导地位。
(2)目前地勘队伍典型机台设备配套现状见表1。
表1 目前地勘队伍典型机台设备配套情况
(3)除传统的钻机、钻具、仪器承担了大量施工任务外,为满足地质勘查市场新的需求,深度更深、自动化程度更高、能力更强的一系列新型号钻探设备研制成功并投入市场,比如XY-6B、HXY-8B等机械传动岩心钻机,满足了大深度岩心钻探施工要求;HCD-5、XD-5、HYDX-8B等全液压岩心钻机在中深孔岩心钻探施工中效率高、劳动强度低、安装搬运简便,部分替代进口。据不完全统计,2008年国产全液压岩心钻机全球销售量超过了150台。
二、油页岩井壁稳定机理
研究油页岩稳定性有两个主要的方面:①油页岩膨胀力;②油页岩的运移过程。
(1)油页岩的膨胀力
膨胀力是油页岩以及泥页岩在钻井过程中与钻井液相互作用过程中影响其稳定性的关键作用力,要稳定油页岩,必须在钻井液中添加抑制剂,以控制和减小膨胀力。图1为油页岩受钻井液影响的膨胀力受力模型。
1连有微孔的粘土片层体系受力
膨胀力是所有粘土固有的特性,它总是存在于富含粘土的油页岩及泥页岩中,在粘土片层上表现为张力。当在钻井过程中,油页岩与水基钻井液接触时,膨胀力不会突然变化,但粘土与钻井液接触过程中所发生的相互作用的化学变化可改变其大小。抑制剂是能减少这种膨胀的作用力,但并不是说最佳的抑制剂能将膨胀力降为零[1],且抑制剂减少膨胀力的效果会根据粘土的种类不同而不同。
(2)油页岩的运移过程
泥页岩-钻井液体系如同“透过性的渗透膜”发生化学渗透[2],膜的特性源于低渗透、富含粘土的泥页岩中水及水化质子的运动差异性,通过化学势梯度驱动形成水的流动,导致了泥页岩与钻井液体系之间的水及离子的交换,从而改变了膨胀压力、水含量及孔隙压力。
侵入泥页岩的离子将在粘土片层间进行交换,从而改变膨胀力。泥浆压力的侵入将提高孔隙压力。如果发生渗透,井壁周边的泥页岩将去水化。这些变化将及时影响刚钻的泥页岩的应力状况及强度,从而影响泥页岩的稳定性。
油页岩地层钻进过程中,除井壁稳定问题,还有钻屑分散和钻头泥包问题。
2 泥浆体系配方的确定
根据油页岩的性能,初步确定出两种泥浆体系:低固相泥浆体系物为:膨润土、XY-27、腐植酸钾、磺化酚醛树脂、聚合醇、部分水解聚丙烯晴铵盐和纯碱;无固相泥浆配方物为:PHP水解聚丙烯酰胺、KHm腐植酸钾、PVA聚乙烯醇、CMC和KCL。
通过正交实验所得的各项性能数据,实验出配方中各物质的最优含量。低固相泥浆体系最优含量见表1,性能指标见表2。无固相泥浆体系最优含量见表3,性能指标见表4。
表1 低固相泥浆体系各组分含量 单位:%
注:沉化2天没有分层现象。
三、泥浆体系的评价
泥浆体系得评价主要做了两个方面的测试:膨胀性和岩屑回收率。
3.1 低固相泥浆体系
在低固相泥浆体系中,聚合醇对泥页岩的抑制性比较关键,把4%膨润土+0.3%XY-27+1%腐植酸钾+2%磺化酚醛树脂+0.5%部分水解聚丙烯腈铵盐+0.2%Na2CO2 定位基浆。利用页岩膨胀仪分别测定①基浆、②基浆+1.5%聚合醇、③基浆+2%聚合醇、④自来水体系的膨胀。得到的膨胀曲线见图2和图3所示。
图2①、②、③泥浆的膨胀曲线图
图3 ①、②、③、④体系的膨胀曲线图
从图2和图3可以看出:聚合醇加量在2%时候对页岩的抑制性最强。与水相比,其体系可以降低页岩膨胀率达到88.7%。
筛取30目的泥岩50g,分别加于上述①、②、③、④体系中,在120℃的滚炉中热滚16小时,然后利用40目筛回收岩屑,测得回收率如图4所示。
图4低固相泥浆体系岩屑回收率对比图
从图4可以看出聚合醇加量为2%时,岩屑的回收率最高,对页岩的抑制性最强,确定聚合醇JC-2的最佳加量为2%。
3.2无固相泥浆体系
把0.07%PHP水解聚丙稀酰胺+2%KHm腐植酸钾+0.3%CMC +5%KCL定为基浆,利用页岩膨胀仪对①基浆+1.5%PVA、②基浆+2%体系、③自来水进行页岩膨胀率实验的测定,所测定的膨胀率结果如图5和图6所示。
图5①、②体系的膨胀曲线图
图6①、②、③体系的膨胀曲线图
从图5和图6可以看出:聚合醇加量在PVA 1.5%时候对页岩的抑制性最强。与水相比,无固相泥浆体系可以降低页岩膨胀率达到86.7%。
筛取30目的泥岩50g,分别加于基浆+1%PVA、基浆+1.5%PVA、基浆+2%PVA、自来水体系中,在120℃温度下热滚16小时,然后利用40目筛回收岩屑,所得到岩屑回收率对比如图7所示。
图7无固相泥浆体系岩屑回收率对比图
由图5、图6和图7可以看出PVA的加量最佳为1.5%,对泥页岩的整体抑制效果最好。
四、结语
在对油页岩的物理化学特性测定的基础上,优选了低固相泥浆和无固相泥浆两种体系,通过正交实验,测定了泥浆体系中各组分的最优加量;通过页岩膨胀率和岩屑回收率检测实验,评价了泥浆体系对泥页岩地层的抑制效果。低固相泥浆体系的配方为:4%膨润土+0.3%XY-27+1%腐植酸钾+2%磺化酚醛树脂+0.5%部分水解聚丙烯腈铵盐+0.2%Na2CO2+2%聚合醇(JC-2)。无固相泥浆体系的配方为:0.07%PHP水解聚丙稀酰胺+2%KHm腐植酸钾+0.3%CMC +5%KCL+1.5%PVA聚乙烯醇。
参考文献:
[1] 李荣华,刘雨晴,泥页岩水化膨胀测定新方法,钻井液与完井液,
[2] 唐林,罗平亚,泥页岩井壁稳定性的化学与力学耦合研究现状,西南石油学院学报,
[3] 郭健康,鄢捷年,硅酸盐钻井液体系的研究与应用[J],石油钻采工艺,
[4] 刘想君,罗平亚,泥岩地层井壁稳定性研究,天然气工业,
[5] 刘玉石,白家址,黄荣樽,周煜辉,硬脆性泥页岩井壁问题研究,石油学报
关键词:渗漏;房屋;控制;质量
Abstract: China the rapid development of social economy, drive the construction and real estate of the rapid growth of the industry. A big increase in the number of housing construction project, it has also exposed a construction occur frequently in the series of quality problems, including housing project quality-the common problems of leakage. The problem of construction not only leakage caused a certain loss itself property, serious more will affect the normal life and production. This paper mainly aimed at building construction engineering problems of common leakage analysis, and put forward effective way to prevent leakage of the method.
Keywords: leakage; Houses; Control; quality
中图分类号:O213.1文献标识码:A 文章编号:
0引言
社会经济的飞速发展,带动了建筑及房地产行业的快速发展,但同时也带来了很多的房屋质量问题,导致许多用户的不满。随之房屋建筑的质量问题也就受到了越来越多人的关注,尤其是房屋建筑的渗漏,成为建筑工程质量的顽疾之一,直接影响到人们的工作和生活,严重的还将影响到房屋建筑的使用寿命。预防渗漏的产生已经成为房屋建筑施工中的工作重点之一。房屋建筑中较常见的渗漏水现象一般出现在屋面工程、厨房间和洗手间,楼面及外墙等部位。
一、治理房屋建筑渗漏问题的重要性
房屋建筑防水工程虽在整个工程中占的分量较少,却起着非常重要的作用。建筑物一旦发生渗漏,既影响建筑物的正常使用,还会侵蚀建筑物结构主体,缩短建筑物使用寿命,造成经济损失。近年来,随着新技术、新材料在建筑物防水工程中的应用,建筑物防水工程质量有了一定的改观,但是防水工程质量问题仍较突出,甚至有的新建防水工程还有渗漏的情况,因此治理建筑物防水渗漏是一项需要长期综合防治的工作,也是满足用户使用要求的一项很重要的工作。
二、屋面工程中常见的渗漏原因
1屋面工程
1.1防水层开裂。引起防水层开裂的原因很多,但常见于屋面板端头缝处居多,屋面横向直裂一般呈直线。这是由于屋面基层变动,温度作用下热胀冷缩,建筑物不均匀沉降等原因引起,也有不规则的斜裂缝,其位置、形状、长度不一。主要由于保温层铺设不平,水泥砂浆找平层厚薄不均匀,防水材料质量不合格,延伸度及抗低温性能不达标等原因引起。
1.2屋面板与山墙接缝处渗漏。屋面板与山墙之间常因温度伸缩变形,而产生裂缝出现漏水或渗水现象。对出现渗漏的房屋检查室内的渗水部位,一般裂缝会容易出现在女儿墙及屋面板连接泛水的部位。常见的损坏现象有:卷材收口处张开或脱落;压顶抹面风化、开裂或剥落;泛水卷材破坏,转角处卷材开裂;卷材老化或腐烂造成上述损坏的原因是:卷材收口没有钉牢或封口密封膏开裂后进水,经干湿、冻融交替循环、天长日久,密封膏剥落;压顶抹灰砂浆强度等级太低或产生干缩裂缝后进水,反复冻融而剥落,压顶滴水线破损,雨水沿墙进入卷材等等情况。这种裂缝的形成与屋面平行,渗水原因主要有两个,一是材料方面的问题:由于山墙和屋面板所用材料的不同,其温度线膨胀系数相差较大因而在连接部位易出现裂缝;二是施工中没有按要求进行施工。
1.3屋面变形部位渗漏的原因。屋面变形缝的渗漏主要是成品铝合金材料或不锈钢材料加工和安装时未按要求顺流水方向搭接或接口处没有进行粘胶,加焊处理,还有变形缝处不设嵌缝密封或不做外贴止水带,使雨水直接进入而产生渗水。
1.4屋面板渗漏。引起屋面板发生渗漏的主要原因有:混凝土板面的裂缝,板面局部风化后引起的渗水,板缝开裂,防水材料失效,山墙与屋面防水节点开裂等。
2厕浴间及厨房间渗漏原因
这种情况下,发生渗漏的原因比较多,如地漏无防水托盘;厕、浴、厨房间地面穿热水管、暖气管时不设套管;装修时凿洞破坏厨、厕间地面防水层;使用防水材料不合格;施工操作未按规范严格执行等。
3地面渗漏
主要原因有结构楼板开裂,楼板混凝土不密实,穿越楼板的上下水管道密封不严等。
三、如何做好有效地防控措施
1屋面工程中渗漏的防治措施
1.1屋面防水层开裂主要是由于结构裂缝,结构体不密实,防水材料失效等原因所造成,主要采取控制混凝土配合比,加强振捣,保证密实,按施工工序严格进行,并做好养护工作,超长房屋建筑设计应考虑伸缩缝设置及后浇带的设置。特别是注意混凝土的水灰比和坍落度的控制。严格使用合格的防水材料,并做好防水材料的复检,对防水材料复检的五项指标必须符合设计要求,防水层施工必须符合施工工艺要求,注意防水层与墙、管交接处的处理,做好施工中的分项工序检查。检查验收的记录要有监理工程师和项目经理参加验收并签证最后整理归档。
1.2屋面板与山墙接缝处渗漏。主要采取的防控措施:一是设计措施,建议设计将屋面板与山墙处采取增设拉结钢筋,超过一定的长度设置伸缩缝的办法加以防控;二是施工中采取女儿墙和屋面板整体浇筑,不留施工缝;三是保温层和找平层在山墙、女儿墙连接处做成圆弧形,防水层有条件的话宜将女儿墙防水面全覆盖,彻底杜绝防水层在连接处未做到位现象、填嵌不严不牢固现象,使其裂缝渗水的问题不再发生。
1.3变形缝的渗漏:变形缝处在施工时应适当加大坡度,建议大于2%,采用专业厂家生产的成品变形缝和伸缩缝,一般采用铝合金型材或不锈钢材料按设计要求压缩成型由专业人员进行安装施工,并增设附加防水层,用胶粘材料(沥青玛脂或胶粘剂)对接口进行密封处理。
1.4屋面穿管漏水除了按要求做出圆弧和高台外,还应先进行淋雨试验,再做防水层,注意做好泛水,建议设计采用管道间的形式,彻底杜绝屋面穿管造成的渗漏。
对于房屋建筑而言,屋面工程是十分重要的工程,其施工质量的好坏不单单会直接影响到建筑物的使用寿命,而且也会直接导致用户日常工作和生活的不愉快。防止屋面渗漏,主要应注意:混凝土工程中施工缝的留设,混凝土的密实度,施工中水灰比和坍落度的控制,混凝土浇筑、振捣及养护质量;防水层原材料以及施工质量。施工工序的严格把关是防止渗漏的主要环节,建筑防水施工中有一句行语:三分材料、七分施工,材料是基础,施工是关键,管理是保证,施工必须按照正确的标准作业方法、工序管理上有严格的管控。使防止屋面渗漏成为施工单位的质量控制重点,达到防治结合的目的。
2洗手间、厨房间管道和地面渗漏
2.1洗手间、厨房间管道渗漏主要是把好原材料关,必须使用合格的管材及配件;同时做好下水管穿楼板的封堵,由专人专项进行检查,验收合格后方可允许进行地面施工。为防止地漏管道和大便器漏水,施工完毕后必须进行闭水试验,检查混凝土结构接板是否漏水,确保接板和接板与管道相接处未发现渗漏现象,再进行厨、卫生器具的安装施工,这样即使出现厨卫器具渗水也不至于渗入楼下。
2. 2防止地面渗漏主要是采取设计措施,留置伸缩缝,后浇带施工中注意混凝土的浇捣密实性,同时做好穿越楼板的管道的密封处理工作。
3外墙渗漏的防治
对于在施工过程中外墙上留下的孔洞,加气混凝土砖外墙的竖缝,框架填充墙的顶部,必须首先进行填堵洞口及勾缝处理,堵洞必须用干硬性细石混凝土填堵密实,墙面抹灰时最好能在墙面和梁板交接处铺设防裂网,以防止由于两种材料的不同而造成抹灰层基层开裂,减少外墙渗漏的产生。为防止窗洞缝隙水补渗到墙体内或室内,应在安装外墙窗户前做好密封工作,同时窗台及窗洞两侧采用防水砂浆处理。窗台抹灰顶面处找坡。
四、结束语