西山石膏矿地质特征分析

王永明

(阳泉市上社煤炭有限责任公司，山西 阳泉 045000)

1 矿区地质概况

1.1 地层

矿区地层由老到新为:石炭系、二叠系及第四系。奥陶系:矿区内广泛分布该地层。出露地层主要是奥陶系中统上马家沟组和峰峰组。上马家沟组:岩性由厚层含白云质花斑灰岩、白云岩、泥灰岩组成，厚约70 m。峰峰组:岩性由泥灰岩、粘土质石膏、白云岩、角砾状白云岩或泥灰岩夹石膏脉、石膏团块、石膏层和硬石膏呈互层状组成。该组地层主要含有两层石膏矿床，下部含矿地层以泥灰岩夹石膏脉、石膏团块为主，偶含石膏透镜体和石膏矿层，厚13 m～48 m。上部含矿地层由泥灰岩、粘土质石膏、白云岩、角砾状白云岩或泥灰岩夹石膏脉、石膏团块、石膏层和硬石膏呈互层状组成，一般厚40 m～50 m，该矿带为矿区的主要矿带。

石炭系:矿区内有本溪组和太原组。本溪组呈带状分布，岩性变化较大。下部为褐红色山西式铁矿，呈窝状分布于铝土岩之下，上部由灰岩、铝土质页岩、砂质页岩、细砂岩和薄层灰岩组成，本组厚10 m～25 m。太原组主要由灰岩及灰白色硬砂岩、灰色砂质页岩、黑色页岩和4层～5层煤层组成的一套海陆交互相沉积。本组厚61.3 m ～120.8 m。

二叠系:零星出露于矿区北部边缘，二叠系在该矿区出露的地层是山西组。底部为灰白色中～粗粒石英砂岩(即北岔沟砂岩)，矿区可见厚度大于10 m。

第四系:地层零星分布于矿区内。为黄褐色～土黄色亚砂土、亚粘土。厚度20 m～40 m。

1.2 构造

褶曲:奥陶系、石炭系地层，总体倾向东南，倾角一般为5°～10°，含矿岩层呈舒缓波状的形态产出。褶皱中并无强烈的断层伴生，仅存在一些闭合的节理伴生。

断层:矿区内断层较发育，较大断层发育有一条:板窑凹～天红岭～狼虎寺大断层，总体产状倾向呈NE～SW向展布，断层性质为逆断层，狼虎寺东壁上升，而在板窑洼东壁下降，断层面倾向南东，倾角80°左右，其露头大体为一直线，此断层横穿矿区，其附近矿层多溶解而不存在。

岩溶:矿区内岩溶构造较为发育，其基本形态有垂直分布和水平分布两类，主要分布于石膏矿带中，局部也分布于石灰岩和白云岩中。垂直型岩溶属于后生作用形成，一般贯穿于石膏矿带或其以上的白云岩、石灰岩中，规模较大，大者可形成塌陷构造，一般形成溶蚀带或无矿地带。由于该矿区断层、断裂、裂隙较为发育，它们沟通地面水系、地下含水层段与可溶性岩、矿层之间的水力联系，矿层极易被地下水溶蚀形成溶孔、溶隙和溶洞，并随着地下水的不断活动，溶蚀空间逐渐扩大。垂直型岩溶为该矿区内岩溶构造的主要类型，该矿区Ⅱ号山岩溶系数为9.23%，Ⅵ号山岩溶系数为17%。

1.3 岩浆岩

矿区内未见岩浆岩出露。

2 矿石类型

通过对开采的矿石进行质量分析，得出该矿区的矿石主要由以下几种类型组成。

2.1 普通石膏

也称细晶石膏或雪花石膏，其矿石质量如下:

1)矿物组成:主要矿物成分为石膏，其次有白云石、硬石膏及粘土矿物，石膏含量为93.88%，硬石膏的含量为2.23%，白云石的含量为3.04%。

2)结构构造:白色、灰白色、灰黑色，不等粒晶质结构，块状构造，晶体解理面为玻璃光泽，硬度1.5～2.0。岩矿鉴定结果:岩石由石膏、白云岩及少量硬石膏组成，其中石膏颗粒有大小两种，大者直径为1 mm～2 mm，在岩石中呈斑晶状，小者大小在0.05 mm以下，它们组成基质，石膏含量占98%，斑晶40%，基质48%。白云石呈极小颗粒不均匀分散在岩石中，含量占1%。硬石膏多呈集合体分布在石膏斑晶的内部，含量占1%。矿石呈粒状、斑状、纤维状结构。

3)化学成分:H2O+:18% ～19.5%，SO3:38% ～44%，MgO:0.6%～1.6%，换算成石膏矿物的含量 CaSO4·2H2O:86.04% ～93.21%。

2.2 白云质石膏

此类石膏含碳酸类，一般为白云石，其矿石质量如下:

1)矿物组成:主要由石膏、白云石、泥质组成。其中石膏含量占70%，白云石25%，泥质5%。

2)结构构造:灰色、浅黄色，细晶结构，致密块状构造。岩矿鉴定:主要是由1.5 mm～0.1 mm的不等粒石膏组成。岩石中常散布有相当多的白云石及泥质，白云质及泥质呈条带状，条带弯曲变形。

3)化学成分:H2O+:15%，SO3:30%，MgO:3%～8%，CaO:1%，换算成石膏矿物含量CaSO4·2H2O＞70%。

2.3 纤维针状充填石膏

此类石膏包括粘土质石膏夹石膏脉、白云质灰岩夹石膏脉、泥灰岩夹石膏脉、白云岩夹石膏脉、角砾状泥灰岩夹石膏脉、角砾状白云质灰岩夹石膏脉、角砾状白云岩夹石膏脉。其矿石的质量如下:

1)矿物组成:主要矿物为粘土矿物、石膏、白云石及硬石膏等。角砾成分以白云岩、石膏为主。

2)结构构造:白色半透明纤维状、片状石膏集合体组成，晶体呈玻璃光泽。脉宽一般为5 mm～60 mm。

3)化学组成:换算成石膏矿物含量 CaSO4·2H2O:85%～95%。

3 采矿方法

该矿山为地下开采，平硐式开拓，矿层顶、底板稳定，采用房柱法开采矿石。采矿过程中不应任意改变设计规定的矿柱及矿房尺寸;规定保留的矿柱，在保留期限内，不得回采或破坏。

矿房跨度和矿柱尺寸，应根据地质条件、矿体埋深、矿石及围岩硬度、空区暴露面积等因素综合确定，避免大面积采空区冒落和冲击地压灾害的发生。该矿区矿柱形式有连续矿柱(即条带矿柱)和间隔式矿柱(点柱)两种形式，点柱尺寸一般为φ=4 m～6 m或4 m×4 m～6 m×6 m。由于石膏矿体周围围岩往往为页岩、泥灰岩等岩体，抗压和抗剪强度低，故在矿房内开采需要留设足够厚度的石膏护顶层，以避免顶部围岩裸露发生坍塌。

4 结语

通过对该矿区地质特征进行分析，主要含矿地层为奥陶系峰峰组，含矿地层主要分为两层，上部含矿带一般厚40 m～50 m，该矿带为矿区的主要矿带。

通过对矿石进行质量分析，该矿区矿石主要类型为普通石膏、白云质石膏、纤维针状充填石膏。

在石膏矿生产中，选择合理的开采工艺是体现石膏矿技术进步的前提，本文在综合研究太原西山石膏矿的地质特征、矿石类型及矿石特征的基础上，研究了石膏矿的地下开采方法，对以后石膏矿山地压灾害防治的研究具有指导意义。

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