白云岩、石灰岩矿探矿工程施工及采样标准及要求——以内蒙古清水河县大树沟矿区为例

贾永琦

（中国建筑材料工业地质勘查中心内蒙古总队，内蒙古 呼和浩特 010010）

1 项目背景

矿区位于内蒙古呼和浩特市清水河县单台子乡西北约2km，行政隶属清水河县单台子乡管辖，1.9383km2。矿区范围属内蒙古黄土高原。海拔高程一般为1200～1500m，矿区附近最高点1350m，相对高差100～300m，属低中山区，岩石裸露中等。水系比较发育，黄河流经于矿区西部。除黄河、清水河外，其余沟谷皆为季节性河流。本区为典型的大陆性气候，冬季严寒，夏季酷热，降雨量少，蒸发量大，冬春两季多风等特点。年最低气温-29℃，最高气温+37.1℃。年降雨量410mm左右，雨季主要集中在7～8月份。矿区附近有清水河县经单台子乡至鄂尔多斯市乡间公路通过。矿区至清水河县城约50km，清水河县城距首府呼和浩特市约120km,交通较为便利。区内经济较为落后，农牧业生产条件相对较差，工业有水泥、陶瓷、化工、煤、电等。区内劳动力资源充足。

为促进地方经济发展，合理利用有效矿产资源，矿权人对其采矿权内白云岩矿内部控制了解，对其采矿权范围内呼和浩特市清水河县单台子乡大树沟白云岩矿进行个别钻孔施工取样化（试）验及少量地表取样化（试）验工作，提交施工钻孔柱状图、相应取样分析结果表及工作总结，为下一步合理利用资源提供依据。

2 矿区地质特征

矿区地层所处古生代地层区划属华北地层区清水河地层分区。中新生代地层分区属华北地层区清水河地层分区华北地层区鄂尔多斯地层分区。矿区地层出露简单，至下而上为：下奥陶统亮甲山组，上奥陶统马家沟组，第四系。矿区内未见岩浆岩，本区域所处大地构造位置为华北地台（Ⅰ）山西台隆（Ⅱ）清水河凸起（Ⅳ）的中部。矿区地质构造简单，地层呈缓倾斜的单斜构造，岩层产状为倾向北西2°～3°，未见明显断裂构造，局部地段出现节理裂隙。

马家沟组：出露于矿区北半部，岩性为深灰色、灰褐色、厚层状灰岩夹豹皮状灰岩白云岩，底部夹灰白钙质石英砂岩。该组厚度0～70m左右。与下伏地层亮甲山组整合接触。

亮甲山组：出露于矿区中部南部，该组底部见有黄绿色页岩夹燧石结核个部为浅灰色白云质灰岩夹青灰色层状细晶质白云岩，总厚约139m，其中中厚层状细晶质白云岩为含矿层，为本次工作含矿层位。

第四系：少量出露于矿区东南部，主要为冲洪积砂土。

矿体位于下奥陶统亮甲山组上部呈层状产出，主要分布于矿区中北部，出露于各沟谷中，由于自然剥蚀形成不规则树枝状由北向南延伸的相对分割的三部分，其中中部分布面积最大，东西最长约800m，南北最宽约650m。矿体厚度较稳定，地层产状平缓呈向北西西倾斜的单斜构造，倾角2°～3°。矿石岩性为青灰色致密块状细晶质白云岩，呈中厚层状产出。矿体在纵向上较稳定，但横向变化大、较不稳定。通过本次施工的2个钻孔和地表采样统计，矿石MgO含量为19.47%～21.87%，平均20.78%；SiO2含量为1.16%～5.31%，平均2.41%；Na2O+K2O含量为0.10%～0.40%，平均0.20%；CaO含量28.33%～31.57%，平均29.92%。基本能够满足提炼金属镁原料要求。矿体顶板为奥陶系马家沟组灰岩、白云质灰岩为主，底部为灰白色钙质石英砂岩（0.1～0.4m），底板为灰白—黄灰色薄层夹中厚层状白云质灰岩。矿体中夹石主要为白云质灰岩。

3 施工质量要求

3.1 钻探工程施工质量要求

矿区钻探施工选用XY-200型钻机。钻探工程用于控制矿体厚度及质量变化情况。矿区共施工钻孔8个，钻孔施工采用泥浆护壁。开孔直径为89mm，终孔直径为75～89mm。钻孔测斜采用XJL-S42小口径罗盘测斜仪测量。钻孔均为直孔，开孔前地质人员用地质罗盘对钻机立轴进行了严格的校正。

（1）岩矿芯采取率：所施工钻孔岩矿芯采取率满足规范要求，且岩矿芯完整、清洁。各孔回次采取率均大于80%,矿体连续8m段采取率为86.38%～100%。

（2）孔斜测量：本次生产详查所施工钻孔均为直孔，钻孔开孔前由地质人员用地质罗盘校正立轴。钻孔均在开孔后25m，每钻进100m及终孔时进行一次孔斜测量。

（3）孔深误差校正：钻孔开孔后25m、进出矿层、每钻进100m及终孔后均进行了孔深校正。

（4）简易水文观测：简易水文观测每班至少进行了2回次水位观测，每次观测均在提钻后、下钻前各测量一次，同时还在钻进过程中详细观测、记录了钻孔内涌水、漏水、孔壁垮塌、掉块、清洗液消耗量的变化等情况。

（5）原始班报表填写：钻探施工原始班报表按照统一格式和内容，各班指定专人在现场用中性笔及时填写原始班报表，做到了真实、齐全、准确，交接班班长和机长均亲笔签名，以示负责。

（6）封孔：为了避免大气降水形成的地表径流进入钻孔污染地下水，各孔均用红粘土全孔封闭，并在孔口埋石定标，标明了孔号、施工单位及施工日期。

（7）环境保护情况：钻探施工过程重视环境保护，施工设备、材料放置紧凑，对植被的破坏范围较小；泥浆池底铺有塑料布，防止了泥浆渗漏对环境的污染；进出机台道路固定，无随意碾压踩踏植被现象。钻探设备搬出后经检查，泥浆池已填平，生活垃圾及生产设备产生的油污均清理运走。

3.2 槽探工程施工质量要求

为解决个别钻孔施工于采坑低对矿体上部层位未能控制的情况，本次生产详查充分利用自然沟谷及开采形成的有利地形条件，进行了槽探采样工程代替钻探对矿体上部进行控制，通过采样控制矿体有效厚度及质量变化情况。矿区共完成，槽探采样工程3个。各采样工程均沿勘查线布置。

采坑壁、陡壁采样工程以垂直矿体厚度布置为原则。各工程布置后进行了必要的修整清理，其修整清理宽度不小于0.5m，深度以见新鲜基岩为准，一般深0.05～0.10m。

各工程编录严格按《固体矿产勘查原始地质编录规程》（DZ/T0078-2015）进行，以北西为起点，素描图比例尺为1∶100，编录时准确丈量采样位置及地质界线，岩性特征进行了详细的观察记录。

4 采样质量要求

4.1 基本分析样取样

为了解矿石中主要有益、有害组份含量，为圈定矿体、划分矿石类型和品级、进行资源储量估算提供依据。凡施工的钻孔及陡壁采样工程均分层连续系统采取了基本分析样。取样方法：槽探采样工程全部采用刻槽法采取，刻槽断面规格为5cm×3cm。钻孔岩矿芯用半芯法采取，用劈芯机沿长轴方向对半劈分成均匀两半，一半取为样品，另一半留存。样长（厚）原则上为4m。遇有分层时，当样长（厚）大于6m时，将其分为两个样，反之将其归入前一个样采取。对肉眼可区分的夹层，其厚度大于0.50m者单独采取，不足0.50m者与矿层合并采取。采样中遵循不丢、不重、不跨的原则，其中刻槽取样用样板尺划好采样位置后，首先打掉采样处的风化面。刻取时均做到了充分收集好刻下的样品，同时严格避免外来物质的混入。其中刻槽取样经计算理论重量为4.02kg/m；钻探取样∅89mm岩芯直径为75cm，经计算理论重量为5.9kg/m；∅75mm岩芯直径为56cm，经计算理论重量为3.3kg/m。样品刻取重量与理论重量误差正负均在10%之内，钻探岩芯取样重量与理论重量误差正负均在5%之内。本次生产详查共计刻槽取样37件，劈芯取样281件。

4.2 组合分析样品取样

组合分析样品从基本分析样品的化验副样中提取，矿体内单样CaO≥48%、MgO≤3%均参加组合分析。组合样长（厚）8～16m，重量200g，分单工程按单样样品厚度比例组合而成。共提取组合分析样78件。

4.3 基本分析样样品加工

缩分系数k值采用0.1，并严格按切乔特公式Q=kd2进行粉碎、过筛、拌匀、缩分四个程序。粗碎、中碎、细碎各阶段缩分误差小于3%，总损失率小于5%，每个加工程序均有详细记录。共加工样品318件。经检查，样品加工质量符合《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T0130-2006)要求。

4.4 化验工作

基本分析项目为CaO、MgO、SiO2三项。组合分析项目为Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、SO3、Cl-及烧失量七项。

基本分析、组合分析内检样由地质人员从地质副样中随机抽取，并重新编密码送原承担单位进行分析，抽取基本分析内检样34件，占基本分析样品总数的12.10%，合格率：CaO、SiO2为100%,MgO合格率为94.12%。抽取组合分析内检样16件，占组合分析样品数量的20.51%，合格率：Fe2O3、Cl-、烧失量为100%，K2O、Na2O、SO3、Al2O3为93.75%。样品内检比例大于《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》（DZ/T0213-2002）及《固体矿产勘查工作规范》（GB/T 33444-2016）中的内检比例要求。合格率满足《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》（DZ/T0213-2002）及《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T0130-2006)的要求。

基本分析、组合分析外检样由分析单位以内检合格的正余样中随机抽取。抽取基本分析外检样22件，占基本分析样品总数的7.83%，合格率：CaO、MgO为100%，SiO2为95.45%。抽取组合分析外检样16件，占组合分析样品数量的20.51%，合格率：K2O、烧失量为100%,Al2O3、Fe2O3、Na2O、SO3、Cl-为93.75%。样品外检比例大于《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》（DZ/T0213-2002）及《固体矿产勘查工作规范》（GB/T 33444-2016）中要求的外检比例。合格率达到《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》（DZ/T0213-2002）及《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T0130-2006)的要求。

4.5 岩矿鉴定样取样及鉴定

为统一矿区岩矿石命名，了解岩矿石的结构、构造、矿物成份及含量，在矿区内按不同岩层、岩性采集岩矿鉴定样3件。样品规格（大于3cm×6cm×9cm）满足了切片要求。对岩矿石的结构、构造、矿物成份及含量等进行了镜下观察鉴定。鉴定结果满足本次生产详查工作利用。

4.6 小体积质量（体重）样取样及测定

矿区共采集小体积质量（体重）样31件，样品取于不同工程，具有较好的代表性，所采样品体积均大于125cm3。用封蜡排水法测定。采取数量及样品规格完全满足有关规范要求，测试结果可靠。

4.7 湿度样取样及测定

矿区在采集小体积质量样的同时采取了湿度测定样，共31件，样品取于不同工程，具有较好的代表性，所采样品体积均大于125cm3。测试方法为测定矿石自然状态及烘干到105℃的重量，并计算出矿石的湿度。

4.8 光谱半定量和多元素分析样取样及测试

为了解矿石中化学组分及微量元素含量。采取了光谱半定量全分析和多元素分析样。样品均在基本分析样的副样中提取，本次生产详查取光谱半定量全分析样2件，分析显示项目有：P、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Th、U、Sn、Ag、B、Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、K2O、CaO、Fe2O3。取多元素分析样2件，分析项目为CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、TiO2、SO3、烧失量、Cl-、MnO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等十三项。

4.9 力学实验样取样及测定

为了解矿石及围岩的力学性质，矿区共采工程地质力学实验样4组，取样时野外实地标明了垂直层面和平行层面方向，规格满足了试样加工要求。

5 资源量预测

5.1 质量要求和工业指标

本次资源量工业指标依据《建材—非金属矿产地质工作指南续集》之二十二冶镁白云岩矿产地质工作指南有关提炼金属镁用白云岩的要求：MgO≥19%；SiO2≤3%；Na2O+K2O≤0.3%。

5.2 资源量预测

大树沟白云岩矿区整个面积为：1.9383km2。预测区矿层标高1206～1260m，因MgO、SiO2品位变化较大，剔除夹石厚度，预测区矿层采用平均厚度32m。体重采用2.8，获得提炼金属镁用白云岩矿预测资源量可达到中—大型。

6 总结

初步预测矿区提炼金属镁用白云岩矿资源量可达到中—大型。提供本次初步工作情况看，矿区内白云岩矿石是质量优良的，不仅可以满足硅热法及半连续硅热法冶炼金属镁，而且达到了冶金熔剂、耐火材料用白云岩I级品，炉衬用白云岩特级品的需要。还可作陶瓷和玻璃原料的配料。在化工方面，可用制造钙镁磷肥、硫酸镁肥料、制糖的配料。此外，白云岩还是饲料添加剂的一种矿物原料。加工金属镁矿石时的筛下部分，可用来加工白云石粉，广泛用于陶瓷和玻璃配料。矿层围岩从其成分上看，石灰岩可综合利用。硅质成分高的，岩石较坚硬，抗压、抗剪强度高，可考虑用作建筑材料及铺路材料；建议矿山在开发利用冶镁白云岩时做好综合利用工作、降低成本。