寧國市冷水塢螢石礦地質特征及開采條件研究

馬建勇

（安徽省地質礦產勘查局322 地質隊，安徽 馬鞍山 243000）

0 引言

螢石是工業氟元素的主要來源，業內常稱螢石為“第二稀土”[1]，應用領域涵蓋新能源、新材料、國防、電子、冶金、建材、醫藥等眾多傳統領域和新興產業[2]。螢石屬不可再生礦產資源，世界上許多發達國家也將其作為一種戰略物資進行儲備[3-4]，我國也在《全國礦產資源規劃（2016—2020 年）》中，將螢石作為一種戰略礦產資源，螢石礦產的重要性不言而喻。我國螢石資源主要分布在浙江、江西、福建、河南、內蒙古、湖南等省區，上述地區螢石約占全國總量的80%，礦床總數的53%[5-7]。近年來，眾多專家學者對我國螢石礦的相關內容進行了豐富的研究[8-10]。

安徽省寧國市冷水塢螢石礦屬皖南山地區，屬深切割山地，溝壑縱橫交錯，礦體主要賦存于績溪-寧國復背斜皖南凹陷褶斷帶的次級構造F1斷層中。礦區內存在一個工業礦體，賦存于近東西向斷裂帶F1內，該斷裂帶屬績溪-寧國復背斜皖南凹陷褶斷帶的次級構造，受其限制，冷水塢螢石礦屬斷裂充填型脈狀螢石礦床。

寧國市冷水塢螢石礦于2004 年開始籌建，于2006 年、2011 年及2012 年分別進行了相關資源儲量核實工作，但上述資源儲量核查工作范圍均較小，未能徹底明確礦區內螢石礦產儲量。本文針對近期開展的針對寧國市冷水塢螢石礦的資源核實工作，對冷水塢螢石礦的地質特征和開采條件進行深入研究，為后續礦產資源開發工作提供數據支持。

1 地質特征分析

1.1 地層巖性

本區在區域上位于揚子板塊的東南部，江南過渡帶東端南緣，績溪-寧國復背斜的東北傾伏端。其地層分布屬揚子地層區江南分區廣德-休寧小區，并以震旦系-志留系沉積巖地層廣泛分布為特征；褶皺、斷裂較發育，并在漫長的地史演化過程中形成了以北東向構造為主體的構造格架，螢石礦區區域地質圖如圖1 所示。

圖1 寧國市冷水塢螢石礦區域地質圖

礦區內出露的地層主要有寒武系上統西陽山組（∈3x）、上統華嚴寺組（∈3h）及第四系（Q）。寒武系上統西陽山組（∈3x）為礦區內主要地層，約可占礦區的70%，分布于礦區的中部和西部，分西陽山組上段（∈3x3）、西陽山組中段（∈3x2）、西陽山組下段（∈3x1）。巖性為灰-深灰色假厚層狀鈣質泥巖、泥灰巖，夾灰白色長條狀、透鏡狀、餅狀豆莢狀微晶灰巖，層面凸隧不平，局部灰巖呈腸狀，水平層理發育，螢石礦即賦存于西陽山組中段（∈3x2）地層斷層中。寒武系上統華嚴寺組（∈3h）巖性為灰-青灰色條帶狀微晶灰巖與泥質灰巖或泥灰巖韻律互層，偶夾中厚層紋層狀微晶灰巖，水平層理發育，微晶灰巖厚5～30 cm，泥灰巖或鈣質泥巖厚3～5 cm，常組成假厚層狀。第四系（Q）分布于礦區的西南部及區內低洼山谷區域，主要為粘土、亞粘土、泥炭、砂礫石。

1.2 構造特征

礦區較大規模的斷層為F1，在本次儲量勘察工作中所布置的勘探線剖面內均有揭露，圖2 為某勘探線剖面圖，途中深色部分即為F1斷層。F1斷層屬績溪-寧國復背斜皖南凹陷褶斷帶的次級構造，長度大于1 200 m，總體呈近東西向展布，產狀與圍巖相反，總體傾向171°左右，傾角40°～60°，礦區斷層帶范圍內巖石可見破碎及節理、裂隙較發育。該斷層為一條逆斷層，根據地表追索及探槽工程揭露情況，斷層破碎帶寬0.5～6.0 m，帶內巖石破碎，且螢石、方解石脈發育，該斷層為主要的控礦和貯礦構造。礦區地層為單斜構造，地層傾向300°～330°左右，傾角34°～50°左右。

圖2 某勘探線剖面圖

1.3 礦體特征

礦區內發現的螢石礦脈，賦存于斷裂帶F1中并嚴格受其限制，礦化富集特征主要表現為，在地形較高的山脊或山頂處，顯示為斷裂硅化破碎帶或具螢石礦、弱螢石礦化現象，在地形較低的山坡或山溝處則可見明顯的螢石礦化或礦體。礦體最大長度500 m，控制最大延深292 m，整體產狀較穩定，變化較小，礦體厚度為1.17～3.20 m，CaF2品位（w（CaF2））31.18%～58.95%，平均品位為43.43%。螢石礦圍巖為灰-深灰色假厚層狀石灰巖、灰黑色泥灰巖，屬斷裂充填型脈狀螢石礦床。礦體與兩側圍巖界限清晰，脈壁較平整，圍巖的巖性為泥質灰巖及條帶狀灰巖，層理較發育，具弱硅化。

2 礦石質量分析

2.1 礦石質量分析

組成礦石的主要礦物成分為螢石和石英，兩種礦物在礦石中含量（質量分數）一般都在80%以上。根據二者在礦石中的含量，本區主要分為石英-螢石型和螢石-石英型礦石。礦石構造主要有塊狀構造、角礫狀構造、脈狀構造、條帶狀構造。礦石中螢石呈現白色-綠色，以淺綠色為主，一般呈自形—半自形，主要以塊狀分布，部分呈碎裂角礫狀、碎斑狀分布、脈狀分布，少量呈碎粒碎粉狀或稀疏浸染狀的形式分布，粒徑主要為0.02～4 mm，部分粒徑大者可達10～15 mm或以上。石英為略帶灰色色調的無色-白色，短柱狀-隱晶狀，結合體多呈細脈狀，網脈狀充填在礦石中，脈內多見由短柱狀晶體構成小型晶簇，大多可手選剔除。礦體內夾石分布較少，單工程礦體內未見有夾石，沿微層理界面常見螢石細脈，礦體內存在不穩定夾石體，主要為方解石脈（10～20 cm 厚）和石英團塊組成，但均未達到夾石剔除厚度。礦區內礦石化學成分較為簡單，主要成分包括CaF2、SiO2、F2O3、Al2O3、K2O、Na2O、CaCO3等，螢石礦化學全分析結果如表1 所示。

2.2 選礦方式分析

本礦山擬采用浮洗法回收螢石。通過在臨近相似礦區的選礦實踐，最終確定本礦區內調整劑為碳酸鈉，抑制劑為水玻璃，捕收劑為油酸，粗選階段最佳藥劑制度為碳酸鈉用量400 g/t、水玻璃用量2 000 g/t，粗選油酸用量1 400 g/t。在選礦過程中，當原礦磨礦細度為-200 目占65%時進行一次粗選二次掃選、粗精礦再磨至-200 目占82.4%后經五次精選最終獲得螢石精礦，即采用一粗、二掃、五次精選流程。對礦區內礦石進行的閉路流程試驗從原礦中獲得了產率為39.03%、CaF2品位（w（CaF2））為93.25%的螢石精礦，其CaF2回收率為79.15%。螢石精礦中雜質w（CaCO3）為1.70%、w（SiO2）為0.96%。

3 開采條件研究

3.1 水文地質條件

礦區內地下水主要有松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖溶蝕裂隙水兩大類型。松散巖類孔隙水賦存于松散的砂礫石孔隙中，補給方式主要是大氣降水的垂直補給，同時受碳酸鹽巖溶蝕裂隙水的側向補給，地下水位埋深一般為0.8～2 m，單井涌水量一般0.78～5.76 m3/d。碳酸鹽巖溶蝕裂隙含水層，是區內主要含水巖類，主要受上覆潛水以及大氣降水的直接補給，徑流方向一般與地表水運動方向一致，在礦區內測得該層上升泉點1 處，流量約0.125 L/s。

除此之外，礦區內還存在斷裂構造脈狀含水層。據現場調查，礦區已施工五層探礦坑道涌水方式主要有溢水、滴水兩種，地下水溢水點多為裂隙部位，滴水點主要位于揭穿F1 斷裂帶部位，呈線狀滴水。各坑道的涌水量情況詳見表2。

表2 坑道涌水量表

本次勘察工作所見礦體最低控制標高為+22.8 m，采用水文地質比擬法，利用+157 m 中段坑道涌水資料預測開采標高+22.8 m 時的礦坑正常涌水量、最大涌水量。以明確坑道涌水量，為開采工作提供數據支持。水文地質比擬法計算公式見式（1）。

式中：Q 為預測礦坑涌水量，m3/d；Q0為已明確坑道的礦坑涌水量；S 為達預測坑道系統圈定的面積，m2；H為預測坑道的水位降深值，m；S0為已知坑道系統圈定面積，m2；H0為已明確坑道的水位降深值，m。

計算所得采礦至+22.8 m 中段時的礦坑正常涌水量、最大涌水量分別為1 795.6 m3/d、2 249.6 m3/d。礦體開采至深部后礦坑涌水量較大，在進行礦區開采工作中要注意降水問題。

該區歷年年平均氣溫15.9 ℃，年平均最高氣溫17.2 ℃，最低氣溫15.2 ℃。降雨量一年內各季節分配不均勻，主要集中在5～9 月的豐水期，占年降雨量的65%；在11 月至次年1 月的枯水期，降雨量最少，占全年降雨量的10.3%，年平均降水量為1 340 mm。

3.2 工程地質條件

根據巖土的巖性組合、物理力學性質、抗風化能力等，礦區可劃分為松散軟弱巖組、堅硬巖組2 個工程地質巖組。松散軟弱巖組以第四系松散堆積物以殘坡積層為主一般厚度1～5 m，主要由粘土、細砂及砂礫石層組成，結構松散，孔隙度較大，透水性良好，該組工程地質性質差，人工開挖邊坡穩定性差，易產生崩滑。堅硬巖組為石灰巖、泥灰巖，節理裂隙較發育，據平硐調查，圍巖存在斷裂影響，巖石完整性一般，節理線密度一般小于5 條/m，巖石堅硬。

礦區工程地質類型屬塊狀巖類，巖石強度高，穩定性較好，通常情況下不易發生礦山工程地質問題，但是在構造發育處，圍巖風化嚴重，容易發生冒頂、片幫，采礦時須引起重視。

3.3 環境地質條件

礦山采用地下開采方式，對地表植被破壞較少。采空區留有保安巖柱，坑道垮塌、掉塊、片幫現象很少發生。礦山未來開采時，棄土、廢石堆放處置不當可能會誘發較大的環境地質問題，今后須及時筑好攔砂壩，嚴格控制廢石庫存量，及時檢查、觀測攔擋壩的穩定性。

隨著螢石資源開發利用，必將導致礦區地下水水位下降及疏干，大量廢棄物堆存、排放，使地表水系和地表水徑流狀態發生改變，采空裂隙擴展又可能導致地面塌陷，進而使礦區地貌次生環境出現新問題，這些將是礦山采礦中的主要環境地質問題，采礦時必須引起重視。

4 結論

1）冷水塢螢石礦主要賦存于礦區內斷裂帶F1中并嚴格受其限制，屬斷裂充填型脈狀螢石礦床。礦體最大長度500 m，控制最大延深292 m，礦體厚度為1.17～3.20 m，CaF2品位（w（CaF2））31.18%～58.95%，平均品位為43.43%。

2）針對開采條件的研究發現，礦體開采至深部后礦坑正常涌水量、最大涌水量分別為1 795.6 m3/d、2 249.6 m3/d，整體涌水量較大；開采至構造發育處，圍巖風化嚴重，容易發生冒頂、片幫，采礦時必須引起重視。