矿床实例——昌乐县明河铁矿
(一)交通位置
矿区位于昌乐县营丘镇东南明河村附近,中心地理坐标N:36°27'00″;E:119°04'00″,面积7.25km2。矿区北至省道325公路约4km,西北至昌乐县城区约35km,东至安丘市城区约10km,勘查区向南距通往安丘城区最近的公路约3km,并有简易路与之相连,交通运输条件较好。
(二)矿区地质特征
矿区位于沂沭断裂带汞丹山凸起北段、泰山岩群柳杭组变质岩系中,东邻安丘-莒县地堑。区域内构造及火山活动强烈,地层复杂。
1.地层
矿区出露的地层主要有新太古界泰山岩群柳杭组和第四系。
(1)新太古界泰山岩群柳杭组(Ar3l)
新太古界泰山岩群柳杭组伴有规模不等的硅铁建造,黑云变粒岩—斜长角闪岩—磁铁石英岩岩石组合是铁矿体赋存的主要层位,主要分布于详查区的南侧,经历了多期区域变质作用,呈残留体产于调军顶单元片麻状中细粒二长花岗岩中。主要岩性为斜长角闪岩夹黑云变粒岩、磁铁石英岩等,呈单斜构造产出,整体走向北东23°,倾向南东,倾角35°～43°,厚度350m。其岩石组合特征表明变质程度为低角闪岩相,其原岩为基性火山熔岩、中酸性的火山碎屑岩、凝灰岩等。
磁铁石英岩:地表未见露头,主要由石英、磁铁矿组成,含少量角闪石、绿泥石、黑云母、黄铁矿等矿物,具半自形不等粒粒状变晶结构,块状、条带状构造。
黑云变粒岩:主要由粒状矿物长石(斜长石、钾长石)(41%)和石英(45%)以及黑云母(12%)和少量副矿物组成,具等粒粒状变晶结构,块状构造。
斜长角闪岩:主要由角闪石和斜长石组成,其中角闪石含量50%,斜长石含量41%,石英含量为6%,辉石、磁铁矿等副矿物少量。具粒状变晶结构,片麻状、块状结构。是矿体主要赋矿围岩。
(2)第四系(Q)
主要分布于山前或冲沟沟底,由残、坡积物组成,部分地段为腐殖土、土黄色亚黏土和砂砾石等,厚度一般为0.2～3.5m。
2.构造
矿区内构造不发育,柳杭组变质岩系呈单斜地层产出。
3.岩浆岩
岩性为傲徕山超单元调军顶单元中细粒二长花岗岩,在详查区的东部与西部均有出露。
(三)矿体地质特征及矿石特征
1.矿体地质特征
矿体呈残留体产于傲来山超单元调军顶单元片麻状中细粒二长花岗岩中,矿产地明河铁矿共圈定两个铁矿体。编号分别为Ⅰ、Ⅱ矿体。Ⅰ矿体规模较大,Ⅱ矿体规模较小,位于Ⅰ体上部,单孔见矿。
Ⅰ矿体长200m,倾向延深50～160m。矿体为似层状。矿体总体走向北北西,倾向东。矿体平均倾角38°,矿体平均厚度14.96m,厚度变化系数43.8%,厚度变化较小。
矿体品位:TFe34.63%,mFe27.72%,TFe品位变化系数为13.25%,mFe为21.22%,品位变化属均匀型。该矿体向东有向深部延伸的趋势,且向北未封闭,仍有延伸,见图2-3-1。
图2-3-1 昌乐县明河铁矿1号勘探线剖面图
Ⅱ矿体位于Ⅰ矿体上部,倾向东,倾角38°左右,矿体厚度2.38m,矿体赋存标高-5～-25m。Ⅱ矿体平均品位TFe37.21%,mFe35.64%。该矿体向西及向南无延伸,从磁测图分析,可能向北、向东有一定延伸,见图2-3-2。
2.矿石质量
(1)矿石的结构、构造
矿石结构以粒状、鳞片状变晶结构为主,粒度一般0.02～0.5mm,属中细粒结构。矿石构造主要为块状-条带状构造。
(2)矿石的矿物成分
本区铁矿石主要为磁铁石英岩,其矿石矿物主要是磁铁矿,含少量黄铁矿、褐铁矿等;脉石矿物主要是石英、角闪石、铁闪石、黑云母,次为绿帘石、绿泥石等。
磁铁矿:半自形粒状变晶结构,粒度0.02～0.5mm,主要以集合体形态呈致密块状或粒状散布于脉石矿物粒隙间,含量20%～43%。
图2-3-2 昌乐县明河铁矿2号勘探线剖面图
石英:他形粒状,粒度大小不一,0.07～2mm,常呈厚度不等的条带状,含量为40%左右。
角闪石:多色性明显,多呈不规则他形粒状,含量为10%左右。
黑云母:黑色、棕褐色,呈板状、片状、鳞片状集合体,鳞片大小不一,解理完全。含量10%左右。
绿泥石、绿帘石、黄铁矿、褐铁矿少量。
(3)矿石的化学成分
矿石的化学成分主要有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、TiO2、Fe2O3、S、P。矿石有益组分主要为Fe;有害组分主要为P、S及SiO2、Al2O3、CaO、MgO等,各造渣组分除SiO2含量较高外,其余含量较低。
3.矿石类型
(1)矿石自然类型
按矿石成因类型划分,该矿矿石为沉积变质铁硅建造铁矿;按矿石中脉石矿物的种类划分,矿石的自然类型为磁铁石英岩型铁矿石;按矿石的构造划分,矿石自然类型为块状-条带状铁矿石。
(2)矿石工业类型
根据磁性铁(mFe)对全铁(TFe)的占有率,矿床磁性铁(mFe)对全铁(TFe)的平均占有率为78.44%,小于85%,为弱磁性铁矿石。本矿床的矿石工业类型为需选贫磁铁矿石。
(四)成因类型及成矿时代
成因类型为沉积变质岩型。铁矿床主要位于断裂带附近,矿床规模不等,品位较低,矿体赋存于泰山岩群变质岩层中,呈层状、似层状产出,产状与围岩片麻理产状基本一致。成矿时代为新太古代。
(五)工作程度及评价
20世纪80年代末至90年代初,山东省地矿局第五分队以实测为主,修编了高密幅1∶20万地质填图。
2005年1月,核工业东北地质局二四八大队在本区进行普查,于2005年5月编制了《山东省昌乐县明河矿区铁矿普查报告》,山东省国土资源厅以鲁资金备字〔2005〕52号文批准备案,该报告提交(332)+(333)矿石资源量30.6万t,矿床平均品位TFe32.71%,mFe29.58%。
2008年8月至今,山东省物化探勘查院在工作区相继开展了高精度磁和相应的钻探验证工作, 2010年10月提交了《山东省昌乐县明河矿区深部及外围铁矿详查报告》,2011年批准新增资源储量59.6万t,其中(332)31.0万t,平均品位TFe34.57%,mFe28.01%;(333)28.6万t,平均品位TFe34.71%,mFe27.50%。由鲁国土资字[2011]202号文批准备案。截至目前,明河铁矿资源保有储量86.209万t,其中(332)41.444万t,(333)44.765万t。
(六)矿床开采技术条件
1.水文地质
根据2012年山东省物化探研究院《山东省昌乐县明河矿区铁矿详查报告》,矿区位于昌乐县营邱镇,属丘陵水文地质区,海拔78～139m。地势平坦,地形起伏较小,覆盖较薄,厚度0.5～3.5m,本区属温带半湿润季风区大陆性气候,年温适宜,空气湿润,四季分明,年平均降水量为700～800mm,并多集中在6～9月份。年平均气温11～12℃,最低排泄标高为85m。矿区东部有小河由北西向南东注入牟山水库,牟山水库距矿区4.3km,是矿区附近最大的地表水体,对矿区水文地质影响不大。
区内主要存在两种含水层:第四系孔隙潜水含水层和基岩风化裂隙潜水层。
第四系孔隙潜水含水层:第四系冲积、残积物覆盖于全区的缓坡地带,其岩性主要为褐黄、灰黄色亚黏土、黏土质粉砂、含砾中粗砂等。厚度较小,0.20～3.50m。据调查,该含水层形不成一定的潜水面,其补给源为大气降水和灌溉水。雨季或灌溉时接受补给,含水量增加,水位抬高,旱季时水位下降直至干枯,极不稳定。
基岩风化裂隙潜水层:该含水层分布于全区,含风化裂隙潜水,其岩性主要为斜长角闪岩、黑云变粒岩、磁铁石英岩等。含水层厚度8～10m,含水层上部岩石风化裂隙发育,但方向性差,延伸短,分布密集而不均匀。裂隙中基本无充填物,为地下水的储存和运移创造了较好的条件。因风化裂隙相互贯通,致使该层地下水在小单元内有统一的动力系统及地下水位,属层状风化裂隙潜水,地下水水位深8～13m。
大气降水是本区地下水的主要补给源。当降水时,一部分水渗透到第四系地层之下,至风化层上界面之后下渗速度变慢,使一部分水在第四系冲积、残积物中蓄存,形成第四系孔隙潜水;另有一部分水沿风化裂隙下渗,并在风化层中富集起来,形成风化裂隙潜水含水层,而大部分大气降水则以地表径流的方式向低洼处排泄。矿床内侵蚀基准面随季节不同在+90m～+93m之间。矿井最低排泄标高为+40m。
根据详查报告,预测-100m中段矿坑涌水量,正常涌水量为160m3/d,最大涌水量为320m3/d。
2.工程地质
矿体为一条缓倾斜隐伏矿体,控矿层位是泰山群柳杭组变质岩系,矿石为磁铁石英岩,围岩是斜长角闪岩、黑云变粒岩等。埋深8m以上为风化层,埋深14m以下岩石为新鲜基岩,经采样测试矿石的平均抗压强度为97.15MPa/cm2,围岩的抗压强度为76.25 MPa/cm2。矿层及围岩结构致密,裂隙不发育,稳定性较好。适于地下开采,施工时坑道一般不需支护。但需要预防可能存在的隐伏构造或破碎带对矿体的破坏,使岩石抗压强度及稳定性降低,在施工过程中需及时采取可行的支护措施。本矿床属工程地质条件简单矿床。
3.环境地质
矿体顶底板岩石主要是较坚硬的变质岩,岩石力学强度高。未发现明显的不良地质现象。但因矿区位于第四纪以来仍有活动的沂沭断裂带内,因此地震对矿区稳定性的影响应予以重视,应采取适当的防震措施。
预计深部及外围矿体将采用地下开采,主要采矿方法采用充填房柱采矿法,矿石采空后采空区用胶结矿柱和尾砂充填,该开采技术较成熟,采用充填法采矿后,理论上不会出现地表塌陷,因此,预计勘查区的环境地质条件较简单。
(七)加工技术性能
据详查报告,本矿床矿石类型属需选型(贫)磁铁铁矿石,磁铁矿呈块状或细粒集合体与石英细粒集合体紧密共生。矿石硬度较大。矿石中磁铁矿颗粒在0.2～0.5mm之间,mFe含量15.00%～41.77%,磁铁矿的含量较稳定,磁铁矿颗粒较大,磁性较强,采用磁法选矿可选性较好。
明河铁矿自有选矿厂一处,主要选明河铁矿所采铁矿石,根据近几年的选矿实践,选矿达到的技术指标为:矿石入选品位mFe在16.08%～40.22%之间,平均品位27.77%,精矿品位60%～63%, 2.5t左右的原矿石选1t60%铁精粉,精矿产率为40% 左右,选矿回收率在90.0～92.0%之间,尾矿品位小于3%,实际生产选矿效果良好。
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