多年來，天津水泥石礦的設計與建設引起了有關部門與專業人士的關注與重視。對礦山可否做為2000t/d以上窯型的原料來源曾引起過爭論。礦床中礦層與夾層交替出現，礦石質量變化復雜，單獨開采水泥灰巖時地質剝采比達0.92:1(t/t)，被地質部門認定為Ⅲ類礦床（屬復雜型礦床）。并在國家儲委多次頒布的“水泥原料礦地質勘探規范”中均做為復雜礦床的實例舉出。在1978年的礦山地質報告審批中認為：“該礦層位于震旦亞界薊縣系鐵嶺組，屬淺濱海相沉積。因燧石結核、白云質斑塊不規律的分布，造成化學組分變化復雜。地質隊雖用較密的工程仍求不出B級儲量。該礦山可做為30萬噸水泥廠石灰石礦山的設計依據。”

     1973年薊縣劃歸天津市，當年既開始地質找礦。經過30余年，幾代人的工作(自上個世紀七十年代礦山籌建至今, 礦山領導班子已更迭6屆)，礦山已成為天津振興水泥有限公司（2*2500t/d）與天津市水泥廠(1000t/d+2*600t/d)的可靠的石灰質原料基地。礦山綜合利用了低品位的礦石，實現了0排廢。不僅擴大了礦石儲量與礦石利用范圍，延長了礦山服務年限，還將剝離物全部用在工業用途上。  

    從對復雜的低品位礦床利用的設計與生產中，我們產生了一些切身體會與實踐經驗。

1．概況 

    該礦位于天津市薊縣城北東4km處。礦區名稱為天津市薊縣東營房礦區。礦區范圍北起劉莊子，南至東營房；西起駱駝嶺，東至雙峪。南北長3km，東西寬1km，面積3km2。礦區包括大火尖山、考山、轉山等采區，目前開采的是大火尖山及考山采區。
    礦山由天津水泥工業設計研究院設計，天津工程公司施工。1982年建設，1986年建成。1998年擴建，設計產量為150萬t/a。2004年礦山產量232.12萬t/a（如包括頁巖總產量為242.12萬t/a）。（予計2005年礦山總產量300萬t/a）

2．礦床地質

2．1地質概況
    礦區位于燕山沉降帶，薊縣扭陷區，薊縣——洪水莊向斜北東翼。礦區出露地層主要為中上元古界（震旦亞界）地層、少量寒武系及第四系殘破積物。礦體屬薊縣系鐵嶺組灰巖。
礦區巖層從北東至南西，由老至新敘述如下（見表1）：

表1  礦區地層表

2.2  地質圈礦指標

      Ⅰ級品    CaO≥48%     MgO≤3%
      Ⅱ級品    CaO≥45%     MgO≤3.5%

2. 3  質量控制指標

質量控制指標：CaO≥47.5%，MgO≤3.2%。 
按此指標全礦的Ⅰ級品與Ⅱ級品均可搭配使用，還可搭配部分夾層。 
大火尖山采夾層搭配的原則是：
    165~195m  三個水平的夾石允許全部摻入；
    120~150m  三個水平的夾石允許摻入1/2；
    60~105m   四個水平的夾石允許摻入1/3。

2.4  礦區地質儲量

表2 礦區質儲量表(萬噸)

說明：截止到2004年底，礦山已開采水泥灰巖1424.88萬t，建筑灰巖498.57萬t。

3．針對復雜的低品位資源的綜合利用，設計中采取了以下主要措施。

   3.1  礦山生產水泥灰巖與建筑灰巖兩個品種 

    按水泥廠的需要，將礦層及部分可搭配的夾層做為水泥石（水泥灰巖）生產，其余品位不合格的夾層，全部做為建筑石（建筑灰巖）生產。 

    在設計中采用了兩套溜井系統，分別卸入水泥石或建筑石。分別經過裝車峒室裝入6.5m3側卸式礦車運往破碎卸料倉。（水泥的破碎輸送系統與建筑石的破碎輸送系統分別設置）。

     3.2  合理確定出礦水泥石的工業指標 

      按國家規范及生產實踐，合理確定水泥石的出礦工業指標，是充分利用低品位礦石的關鍵之一。
設計工業指標為：CaO≥47.5% 
MgO≤3.2%
R2O≤0.5%

     本礦為低鈣、低堿、高鎂礦床，所以在此重點說明MgO指標的確定。
按國家標準水泥中的MgO≯5.0%，計算中以熟料中的MgO≤5%計。
按一般規律   +3S的機率為99.99%
公式      Xmax=3S+ 
          =Xmax-3S 
          =Xmax-3R.  
          =4.35%
式中：R——變異系數
      S——標準偏差
      ——品位平均值
      R= ×100%
      熟料均勻時R≤5%
熟料中等均勻時R≤10~15%
熟料不均勻時R>15%
工廠設予場化堆場，熟料均勻取R=0.05
當熟料控制MgO為4.35%時，其最大值不會超過5%
即 =4.35%
   Xmax=5%

    熟料的MgO由4.35%折算回石灰石的MgO含量按石灰石×1.3料耗 →熟料，石灰石中的MgO可為3.35%，按石灰石×1.4料耗→ 熟料，石灰石中的MgO可為3.1%。
取其中間值石灰石控制MgO=3.2%。
經水泥廠的生產實踐，按此值控制出礦石品位，熟料中的MgO則為4%±。不僅熟料強度符合國家規范要求，而且熟料顏色發青，較為好看，生產的水泥具有低干縮性，很受市場青睞。

      3.3  礦床模型模擬

      本設計利用地質報告提供的石灰石礦山地質資料，采用CQMS軟件系統對礦石質量進行研究分析和地質設計，為今后的生產勘探及搭配開采提供必要的圖件和數據。

      3.4  采用橫向開采法 

      本礦為山坡露天礦床，采用自上而下分水平。工作面垂直走向布置，沿走向推進，采用橫向開采法。
在工作面上，礦、夾層能全部出露，為搭配開采創造了前提的條件。以MgO為控制指標，夾層的最大允許摻入率見下式：
Q= ×100%
 = ×100%
 =34.5%
式中：Q——夾層最大允許滲入率% 
      P——礦石進廠最低工業品位（MgO=3.2%）
      P1——礦層MgO平均品位2.32%
      P2——夾層MgO平均品位5.75%

      3.5  3個采區統一規劃

       為了合理的使用礦產資源，進行質量搭配及擴大礦山能力的需要，進行了大火尖山、考山、轉山三山的統一規劃。

      3.6  采掘進度計劃的編制

      設計中，采掘進度計劃編制為5~10年。

      4．礦山生產情況與對礦石質量控制的措施

      4.1  礦山產量

表3   礦山產量統計表    

      從以上統計可以看出，由1986~1998.5，其建筑石與水泥石之比為1.41:1(t/t)。而在1998.6振興水泥廠的新型干法線投產之后，由于水泥廠的配料與工藝設計是針對礦山鐵嶺組灰巖的特征進行的。設計上采取了一系列的有效措施，礦山與水泥廠生產中又有效地進行了質量控制與管理，礦山生產的建筑石與水泥石之比降到0.04:1(t/t)。使礦產資源得到了充分的利用。

4.2  礦山對礦石質量控制的措施

4.2.1  生產勘探 

      礦山配備QJD-50型取樣鉆機做生產勘探使用。按50×50m的網度，在采礦工作面上刻槽與鉆孔取樣。刻槽的規格為5×2cm的矩形，樣長為2m。礦山在240m、225m與210m水平進行過此項工作。并據生產勘探所取得的數據，繪制各開采水平的地質平面圖。圖中標出各礦層與夾層的儲量與質量。

      4.2.2  按年度水泥石的數量及質量指標，根據各開采水平的地質情況編制年度、季度、月度采掘進度計劃。保證采掘設備調動不過于頻繁，上下水平的工作線保持規定的超前距離，擴邦與延深工作的協調，按計劃準備新水平，保證在多臺段開采時的三級礦量。這樣均衡了生產剝采比，解決了采剝失調的現象。

      4.2.3  閉路式的質量控制體系 

     礦山質量控制是在采掘進度計劃指導下，進行質量控制。

     鉆孔取樣：對深孔爆破和每個鉆孔的孔渣均取樣化驗，化驗結果標注在“深孔爆破鉆孔平面圖”上。可確定工作面各位置的礦石品位。 

     爆堆取樣：橫向5~10m一個樣，每樣2kg。對潛孔鉆取樣后的界定的界限做一驗證。給采礦車間下達配礦通知。

     鏟窩取樣：每天上午在挖掘機作業的鏟窩取樣，取樣化驗結果1~2小時出來，通知運礦汽車司機按規定將礦石卸入溜井，進行人工配礦。

     水泥石入倉取樣：每小時取1個樣。取樣結果通知破碎車間進行入倉搭配。

     車皮取樣：在出廠的火車上，每車皮取3個樣，一列車做一混合樣，通知水泥廠。進行出礦與入廠礦石品位對比。
通過以上措施的實施，在水泥生產的均化鏈中，使礦山開采這一環節的均化作用，達到充分體現。

     5．水泥廠對低品位原料的利用

     5.1  針對原料的特點，水泥廠工藝設計上采取了多項生產控制措施。在均化、配料及煅燒上，各項設計的方案措施都是行之有效的。

     5.2  搞好原料均化鏈的四個環節。

     5.2.1  礦山開采：質量搭配、均衡開采。

     5.2.2  原料予均化

     石灰石予均化堆場，（Φ80m圓型均化堆場），儲存量28,000t。 

      砂巖、鐵礦石、鋁礬土和煤的均化，設矩型予均化堆場。

     5.2.3  原料調配 

      原料調配站設置四個配料倉：石灰石、砂巖、鋁礬土和鐵礦石倉。并設置X螢光分析儀，檢測半成品及成品。將根據分析出的各個率值數值及時調整原料配比。

    5.2.4  新型多點流式生料均化庫 

      采用TP-1型生料均化庫，庫底帶中心錐，庫底環形充氣區耗氣量少，每個卸料口上部有鋼制減壓錐，入庫生料經溢流式生料分配器使生料在庫內均勻分布。庫底有套筒式小倉，小倉集稱重、喂料、攪拌作用于一體。出庫生料CaO的標準偏差<0.25%。

      5.3  生產控制 

      5.3.1  生產實踐證明，2000t/d予分解窯可以利用低品位石灰石生產出優質低堿熟料。窯的熱力強度高，適應能力強。熟料結粒細小，均勻，沒有黃心料，磨制的水泥呈淺灰色。從巖相分析結果證明，燒出的熟料結構致密，礦物晶體發育規則，比較完整。

     5.3.2  合理調整熟料率值。經多次調整，將率值控制在：
KH=0.90±0.02
SM=2.7±0.1
AM=1.3±0.1
當KH值在0.92以下時，熟料中的f.CaO都能得到很好的控制。

     5.4  水泥的實物質量水平

表4 P.O42.5水泥主要物化指標表    

     在工廠生產P.O52.5水泥時，其28天抗壓強度達60MPa以上。振興廠利用鐵嶺組灰巖生產的低堿水泥，已廣泛地利用到京津地區橋梁建筑、機場跑道、港口碼頭、地下工程等大型混凝土建筑中。如首都機場西跑道和東、西跑道聯絡線，通往首都機場的北京五環線等均使用了振興廠的正通牌低堿水泥。

    6. 對直接頂、底板圍巖的利用 

     礦體的直接頂板圍巖是條帶狀硅質石灰巖，直接底板圍巖，是錳質、硅質石灰巖，它們的巖性均屬于泥質灰巖。據測算，東營房礦區（包括大火尖山、考山及轉山3個采區）的上述頂底板圍巖約為5000萬t。

直接頂、底板圍巖化學品位表(%)

     其中頂板奪厚約9.53m，底板厚約26.68m。底板圍巖約占問題總量的75%，其值是KH=1.24，SM=6.0,AM=2.0。

     以上品位的圍巖屬高硅、低鈣、低鋁的巖石，經專家論證，初步配料計算及借鑒有關廠礦的經驗可知，此種圍巖是可以做為水泥原料使用的。

初步配料方案如下表(表6)

表6 初步配料方案

     為了落實上述方案，礦山已屬專門立項進行研究。天津市國土資源局對該項目已撥出專項資金，予以支持。

     7．對間接頂、底板圍巖的利用 

     礦區的間接底板圍巖是薊縣系洪水莊組的砂質頁巖、石英砂巖，間接頂板圍巖是青白口系下馬嶺組的砂頁巖。目前，間接頂板圍巖已廣泛出露。僅2004年，剝離砂頁巖10萬t以上，剝離出的砂、頁巖全部供給了薊縣開發區的頁巖磚廠，做為燒制頁巖的原料。 

    利用頁巖和煤矸石作原料，生產性能優良的新型節能保溫墻體材料（頁巖多孔磚）取代被禁止生產使用的實心粘土磚，是節土、節地、資源綜合利用的最佳措施之一。 

表7  物料及動力消耗表

     8．結語

     8.1  薊縣鐵嶺組灰巖是高鎂、低鈣、高硅、低堿的礦層，對其利用是取其長項（低堿），克服其短項（高鎂、低鈣）。2000t/d以上的新型干法窯，由于熱力強度高，煅燒時對各種原料的適應性強。實踐證明，在設計與生產時，采取了均化及合理配料的措施后，用低品位原料是可以生產出高標號的低堿水泥的。

     8.2  為了充分利用礦產資源，提高水泥企業的效益，對礦石的工業指標，應做進一步的研究。目前振興廠已將CaO含量46~47.5%的石灰石利用到50%±；對于石灰石中MgO的指標，遼寧工源水泥廠已放到4%。而長江三峽大壩對水泥中MgO的指標要求到3.5~5%，以利用其微膨脹性，達到減少裂縫的效果。

     8.3   目前，天津水泥石礦已達到0排廢。對礦床的直接頂板（條帶狀硅質灰巖）、直接底板（錳質硅質灰巖）正研究其做為水泥原料的利用問題。對間接頂板（下馬嶺組砂頁巖），間接底板（洪水莊組砂頁巖），已做為頁巖多孔磚原料的利用。對礦夾層中的迭層石，符合條件的部分則做為“奇石”工藝品，加工后供應市場。礦山綜合利用的前景是美好的，礦山真正可做到“無廢料”礦山。以單一眼光看待的“廢料”，經綜合利用都將都成為“有用之材”。

    8.4   天津市是環渤海經濟圈的中心城市，又是缺山，少資源的沿海城市，對其所屬的薊縣地區的礦產資源的綜合開發和利用更具重要意義。天津水泥石礦不僅對礦體夾層全部利用，達到了0排廢；而且又對礦體的頂、底板圍巖進行了綜合開發和利用，貫徹了“把節約放在首位”的資源政策。近年來，礦山搞好綠化與規劃，進一步向生態形的綠色礦山發展。
這是一實現“循環經濟”，建設“節約型社會”的成功范例。