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中国石灰岩矿资源开发利用

一、 地 质 勘 查
  中国水泥石灰岩矿勘探类型分为3类:
  第Ⅰ类 矿体内部结构简单,矿体厚度稳定,矿区构造简单、中等,岩浆岩与变质岩不发育、较发育,岩溶不发育、较发育,属于此类型的有陕西省耀县宝鉴山奥陶纪石灰岩矿、四川省攀枝花市龙洞二叠纪石灰岩矿等。
  第Ⅱ类 矿体内部结构中等,矿体厚度较稳定,矿区构造中等、复杂,岩浆岩与变质岩较发育、发育,岩溶较发育、发育,属于此类型的有甘肃省永登县大闸子奥陶纪石灰岩矿、广东省花都市赤坭石炭纪石灰岩矿等。
  第Ⅲ类 矿体内部结构复杂,矿体厚度不稳定,矿区构造复杂,岩浆岩与变质岩发育,岩溶发育,属于此类型的有天津市蓟县东营房中元古代石灰岩矿、黑龙江省伊春市浩良河元古宙大理岩矿等。
  已经勘查利用的矿床中,以第Ⅰ、Ⅱ勘探类型矿床居多,第Ⅲ勘探类型矿床较少。
  中国水泥石灰岩矿勘查阶段分为普查、详查、勘探三个阶段。各阶段工作要求按中华人民共和国国家标准《固体矿产普查总则》(GB/T13687-92)、《固体矿产详查总则》(GB/T13688-92)、《固体矿产地质勘探规范总则》(GB/T13908-92)及全国矿产储量委员会颁发《水泥原料矿地质勘探规范》(GF95-01)执行。勘探程度和各级储量比例应遵循“保证首期,准备中期,储备后期”的原则,结合矿床规模和复杂程度合理确定。
  水泥石灰岩矿勘查手段,地表工程采用探槽、浅井或浅钻,深部工程采用岩心钻探。探矿工程间距见表4.19.6。具备物探工作条件的,应结合探矿工程,采取适用的物探方法,以了解覆盖层的分布与厚度,岩溶发育层位和较大溶洞的分布,岩浆岩(或变质岩)体或脉岩的分布,断层或破碎带产状、分布等。岩浆岩发育的矿区,一般应作放射性顺便检查
  水泥石灰岩矿床勘查一般工业指标,对矿石质量的要求见表4.19.7,矿山露天开采技术条件一般要求如下:① 最低可采标高,一般不低于矿区附近的最低地平面标高,如低于最低地平面标高,必须通过技术经济评价确定;② 剥采比,覆盖层、脉岩、夹层、边坡围岩的剥离总量与矿石总量之比,一般不大于0.5∶1(m3/m3);③ 矿石最小可采厚度,大中型矿一般8m,小型矿4m;④ 夹石最小剔除厚度,一般2m;⑤ 矿床最终边坡角,一般50°~60°;⑥ 矿床开采最终底盘最小宽度,大中型矿一般不小于60m,小型矿一般不小于40m;⑦ 爆破安全距离,矿床开采边界对公路、铁路、高压线、居民区和其他主要建筑物的爆破安全距离一般不小于300m,如爆破安全距离小于300m时,应与设计部门商定。
二、 矿 山 开 采
  中国水泥石灰岩年开采量很大,1996年产量在全国甲类矿产品中仅次于煤炭居第2位。大中型水泥厂70多家绝大多数自备矿山,相当于水泥厂的一个车间而不是独立经营的矿山企业,因此矿山开采规模往往取决于水泥厂的生产规模。水泥石灰岩原料的质量要求严格,石灰岩二级品需与一级品搭配使用,对开采部门提出低品位矿石利用的要求,各水泥石灰岩矿山采用了许多措施,如大型预均化堆场、横向多台段开采、用计算机编制中长期配矿计划贫富兼采等扩大低品位矿石的应用。下面简要阐述大中型水泥厂石灰岩的开采情况。
(一) 开采方法和开采规模的划分
  绝大多数是露天开采,仅福建省的一些小矿是地下开采。露天开采的矿山绝大多数是山坡露天开采。五六十年代建的一些大型矿山,由于地面上的资源接近采完,而可新建的矿山往往离水泥厂距离远、投资大、成本高。在资源可靠的情况下,在原矿山由山坡露天开采向凹陷露天开采延深发展是可以考虑的一个方案。如洛阳水泥厂铁门石灰石矿的接替矿山就是采用这一方案,现已建成,效果很好。
(二) 开 拓 运 输
  石灰岩矿山常用的开拓运输方法:一是公路开拓,二是箕斗-汽车联合运输开拓,三是平硐溜井开拓。用得最多的是公路开拓,由于汽车单位载重的耗功率随着汽车的吨位增大而减少。世界各国竞相发展大吨位汽车,露天矿用的自卸汽车吨位逐渐提高,用得较多的是TATRA148、815及BJ-374,载重量为15~20t,新建矿山多用北京产BJZ3480,载重量为27t,上海产有35D载重量32t,北方重型汽车制造厂生产的3305B,载重量28~31t,3307型载重量40~44t。山坡露天矿开拓公路干线的布置一般采用固定公路线路,公路干线从地表到山顶最高开采台阶一次完成,沿自然地形在山坡上开掘单壁路堑,随着开采台阶的下降,上部公路干线逐渐废弃或消失。为达到固定公路干线的目的,要求将干线布置在露天采场的境界外,但又不远离境界。箕斗-汽车联合运输开拓方案,此方案目前用得较少。因石灰石矿多为山坡露天矿,箕斗仅用于下放矿石,而运送材料、设备、废石仍需建汽车运输公路,箕斗道与公路交岔处设转载栈桥,处理复杂,曾用此方法的有柳州太阳村石灰石矿、跃县石灰石矿、湘乡石灰石矿、昆明石灰石矿等。平硐溜井开拓,可降低矿石运输成本,溜井、溜槽都曾得到较广泛的采用,用静态法与公路开拓进行技术经济比较认为矿石落差大于100m时(指第一开采水平),用平硐溜井开拓比较合适,后由于溜井放矿口容易堵塞,因此常造成一些事故,使生产中断,放矿口粉尘也大,考虑备用溜井又使投资增大,使一些新建矿山不敢采用。随着技术的进步,溜井放矿口考虑振动放矿,如北京凤山石灰石矿主溜井下用重型振动放矿机可放1m的大块,生产能力为500t/h,放矿口用综合措施降尘,平硐内的运输由电机车(一般采用ZL-14/550型或ZL-20/750型电机车牵引6.5m3侧卸矿车或9m3侧卸矿车)改为胶带输送机(宽800~1 000mm),使生产可靠性、生产能力都大大提高,年运输能力达150~350万t,提高了一些水泥矿山使用平硐溜井开拓的兴趣,由于平硐内采用胶带运输机又要求将矿石块度减小,因此破碎车间被移到坑内,如峨眉水泥厂黄山石灰石矿、江西水泥厂的矿山、永登水泥厂大闸子矿等。现破碎车间又有进步,将大破碎比的单段破碎机放入坑内,如新疆水泥厂艾维尔沟石灰石矿、双阳水泥厂石灰石矿等。
  破碎车间设于水泥厂,还是设于矿山,常影响开拓运输方案的选择。现许多水泥厂将破碎车间设于矿山,由矿山到水泥厂之间的运输,目前多采用钢心胶带输送机,如冀东、洛阳、顺昌、耀县、永登、大同等水泥厂,其优点是生产能力大,运行可靠性好,维修量小,不耗油和经营费省,但初期投资稍大。邯郸水泥厂碎石输送由原来的电机车运输改为管道运输(管径350mm),其特点可以封闭输送、弯曲输送、大倾角输送,优点是成本低、占地少、气候变化影响少、运输速度快、提升高度大、生产能力大,管道用无缝钢管,寿命达30~50a,适合于地形复杂的矿山。
(三) 开 采 工 艺
  中国水泥石灰石矿石坚固性系数中等(f=7~10),围岩通常是土层、页岩和其他碳酸盐岩。
  开采工艺的主要环节:穿孔、爆破、采装及工作面运输。工作面的推进方向按矿床的赋存条件和质量搭配要求有平行走向推进、垂直走向推进(又称横向开采)或斜向推进的。台阶高度通常采用15m或更高的台阶,凹陷开采时通常采用12m,电铲工作线长度为50~100m,石灰石矿山的穿孔目前使用YQ-150、KQ-150型潜孔钻机的占90%以上,但由于其钻孔速度慢成了被改革的对象。新建矿山开始采用国产KQX-120A全液压切削潜孔钻机,在矿石坚固性系数小于10,且矿石中游离SiO2的含量较低的情况下用这种钻机台班效率达80~100m,而用KQ-150型潜孔冲击式钻机一般仅30m。牙轮钻KY-150、KY-250型也在被推广使用。潜孔钻本身也在向中高风压发展,国产的有KQG-100、KQG-150型高风压潜孔钻,有些大矿采用进口穿孔设备,如冀东、宁国、柳州等厂用德国HBM-120钻机,安徽铜陵用瑞典的液压钻机。爆破方面,普遍使用硝铵炸药用双排或多排中深孔的微差爆破。由于采用KQX-120A钻机,炮孔直径变小为120mm,在爆破方面也要作一些相应的变化,采用宽孔距,小抵抗线的多排孔微差爆破,装矿工作主要用单斗挖掘机,因此近年多用耗能低、效率高的液压挖掘机。随着汽车吨位的提高,铲斗容积也在增加,1m3的挖掘机在水泥大中型矿山已被淘汰,一般采用斗容为2m3和4m3的挖掘机,而且以4m3的用得较多,从发展趋势看应该用液压挖掘机。工作面运输大中型矿山全部采用自卸汽车。装药用国产装药车或混药车。场地清理、平整及捣运配用大功率的推土机,原73.6kW推土机已被154.6kW推土机代替,前装机多用铲斗容积为3m3,功率为154.6kW的ZL-50型推土机。
(四) 破 碎 设 备
  新建的大型矿山一般都将破碎车间设于矿山,采用大破碎比的单段锤式破碎机。上海建设路桥机械厂、北京重型机器厂和上海重型机器厂现都生产这种设备并系列化,上海重型机器厂生产TLPC系列单段锤式破碎机产量从80~600t/h,功率130~1 000kW,电压6 000V,最大进料口尺寸1 500mm×1 100mm×1 100mm,出料粒度<25mm,占90%,这种破碎设备代替了过去的二段破碎:初碎和中碎。生产流程简单,占地面积小,投资少,管理方便。
三、 选矿与加工
  水泥生产用的石灰岩,粒度要求为30~80mm。
  中国水泥石灰石矿石质量较好。一些较大的水泥石灰石矿山,只需对矿石进行简单的破碎和筛分分级,即可得到合格产品。有些结晶好、白度高、质量纯的石灰石,可通过超细粉碎加工成重质碳酸钙,或经煅烧成石灰,再经碳化制取沉淀(轻质)碳酸钙。
  一般水泥石灰石矿山的生产工艺流程为:原矿→颚式破碎→振动筛分→大块(或小块)石灰石。对于含粘土或泥团的石灰石,破碎之前需引入洗矿工序。
  重质碳酸钙的加工工艺是先将优质石灰石破碎后,采用湿磨(或干磨)加工成粉,再经过滤、干燥及超细粉碎等工序制成。干磨则不需过滤和干燥等工序。
  石灰岩粗碎一般采用颚式破碎机,中细碎则采用圆锥破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机等,超细粉碎常用高压辊磨机、高速冲击式粉碎机、气流磨等。石灰岩洗矿一般采用圆筒洗矿机或槽式洗矿机。



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