張燕波，弓小平 ，程雪彤，楊維文，袁明友，謝 磊，何鵬輝

(1.新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊，新疆 昌吉 831100)

祁家溝建筑用石料礦研究區(qū)位于烏魯木齊市達坂城區(qū)境內(nèi)，距烏魯木齊城區(qū)東南約25km，交通相對便利(圖1角圖)。祁家溝建筑用石料礦建成后，可以緩解鐵路建設(shè)、道路建設(shè)等對建筑用石料的需求，產(chǎn)品主要銷往烏魯木齊市及其周邊地區(qū)道路建設(shè)(如：高速公路，高鐵的建設(shè))，祁家溝周圍鄉(xiāng)村的基礎(chǔ)設(shè)施。研究區(qū)周圍電力、水力資源充足，為資源的開發(fā)利用提供了可靠的保證。本次研究對該區(qū)進行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，并且針對該區(qū)的巖石進行了詳細(xì)的巖礦鑒定和抗壓性試驗等測驗，對建筑用石料礦儲量，質(zhì)量和分布都進行了詳細(xì)的研究，并得到了可靠實用的資料，繪制了該地區(qū)的地質(zhì)圖(圖1)，此外還準(zhǔn)對可開采的礦區(qū)繪制了各礦區(qū)詳細(xì)的礦區(qū)地質(zhì)圖，為該區(qū)該類礦床的建設(shè)提供保障。

圖1 祁家溝地區(qū)地質(zhì)簡圖(實測)

1 區(qū)域勘查概況

1.1 區(qū)域地層

區(qū)內(nèi)出露的地層主要為中石炭統(tǒng)[1-2]柳樹溝組(C2l)地層近東西向展布,發(fā)育一套火山巖及火山碎屑巖；祁家溝組(C2qj)和奧爾吐組并(C2ao)地層為一套典型的地槽沉積具巖性復(fù)雜，縱向變化大的特點。下二疊統(tǒng)石人子溝組(P1s)地層?xùn)|西展布，東部轉(zhuǎn)向北西-南東向展布。以及新生代松散沉積物更新統(tǒng)堆積物(Qp3)沉積層厚，該層含洪積、風(fēng)積黃土等。主要為礫石、沙、砂土、黃土等。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

區(qū)域構(gòu)造屬準(zhǔn)噶爾微地塊天山褶皺帶，褶皺斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，總體區(qū)域構(gòu)造線方向近東西向展布[3-6]。區(qū)域內(nèi)褶皺主要表現(xiàn)為古生界背斜和中生界背斜、單斜。軸部方向與主構(gòu)造線方向相同，為近東西向展布，二者間推測為斷層接觸。地表基巖出露、僅有少量的第四系覆蓋。區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造也極為發(fā)育，主要表現(xiàn)為近東西向斷裂，少量為北東和北西向的平推斷層；北部斷裂表現(xiàn)為向北張性弧形斷裂，沿弧形斷層分布有華力兩期巖漿侵入體。在區(qū)域上，巖漿活動強烈，海底火山活動明顯?？梢妿r被，發(fā)育有枕狀構(gòu)造,火山角礫熔巖發(fā)育,火山活動對礦區(qū)的形成起著重要的作用。

2 礦床地質(zhì)

2.1 礦體特征

可利用的石料主要為中石炭統(tǒng)柳樹溝組安山巖和玄武巖，礦體呈帶狀分布于礦區(qū)中部，礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，走向近東北-西南向，傾向北西，礦體產(chǎn)狀：傾向110～141°，傾角34～ 68°，礦體北西側(cè)圍巖為火山角礫巖，南東側(cè)為灰綠色礫巖及砂巖、灰?guī)r等。礦區(qū)內(nèi)礦體中部有小面積第四系殘坡積物覆蓋，沿走向礦體向北東及南西端均延出礦區(qū)。除主礦體外，礦區(qū)周圍邊緣還分布有一露小礦體，在礦區(qū)內(nèi)呈弧形分布，分布范圍小，向北延出區(qū)外。礦體(安山巖)呈紅褐色，礦體表面破嚴(yán)重，礦石質(zhì)地堅硬。

2.2 礦石質(zhì)量

該建筑用石料礦石為露天礦，礦體為玄武巖和安山巖以及部分火山角礫巖，根據(jù)巖礦鑒定報告，巖石由角礫、巖屑、火山塵組成，巖屑、角礫成棱角狀，粒徑30～0.8mm，其中30～2mm的角礫約為70%，結(jié)合手標(biāo)本，成分為安山巖，輕微綠泥石化。通過抗壓測試，按照國家標(biāo)準(zhǔn)對礦石進行檢測，礦石的礦壓性能較好，可以滿足道路用建筑用石料的基本要求。礦石的自然類型為火山噴發(fā)沉積型，礦石的工業(yè)類型為建筑用石料。對此類礦床的工業(yè)品級目前無劃分的原則和依據(jù)，所以礦石的工業(yè)品級有待進一步探討與研究。礦體為安山巖，其圍巖為火山角礫巖或灰?guī)r，無圍巖蝕變，無有害礦物成份。礦體部分段被少量的第四系覆蓋，需要剝離。礦體中夾有少量火山角礫巖，分布范圍小,可以混采，對建筑用石料的質(zhì)量影響不大。

2.3 儲量估算

2.3.1 資源儲估算方法的選擇及其依據(jù)

該建筑用石料礦為火山作用疊加型的礦體，分布范圍大，自然沉積邊界未能控制，礦體的底面形態(tài)是目前礦區(qū)范圍所界定的形態(tài)。礦體在開采標(biāo)高范圍內(nèi)，上下品位基本一致，縱、橫向變化不大，用平行斷面法估算資源量，即用礦體斷面面積乘以礦體工程間距或者外推。估算總資源量的具體公式如下所示。

V=S×L

式中：V為塊段礦石體積(萬m3)；S為塊段對應(yīng)兩斷面的平均面積(m2)；L為工程間距或外推間距(m)。

2.3.2 資源量估算參數(shù)的確定

塊段斷面面積(S1或者S2)：在用MAPGIS軟件編制的資源量估算剖面圖數(shù)字文件上直接讀取。塊段平均面積(S)：根據(jù)塊段形態(tài)不同，分別選擇不同的公式進行計算。平均面積計算公式(表1)。工程間距或外推間距(L)：工程間距為相鄰兩勘探線間的距離；外推間距為自然溝谷，在資源量估算平面圖上直接量取。資源量計算時，礦體斷面面積為所在斷面礦體的最低標(biāo)高以上部分，和礦體兩端界線向深部內(nèi)側(cè)45°線所確定的范圍(即開采時的安全角按45°計算)。

表1 塊段平均面積計算公式

3 礦例研究

該研究區(qū)共有7個小研究區(qū)組成，即該區(qū)共勘探出7處礦區(qū)，現(xiàn)對該區(qū)的3號礦區(qū)研究方法進行闡述，其余6處礦區(qū)均按此方法研究。

3.1 礦石取樣及測驗

3.1.1 采樣種類、方法及其代表性

采樣種類為道路用玄武巖或安山巖[7-9]。礦體大多裸露于地表，采用剝離浮土后取樣的方法，取樣規(guī)格為5cm×3cm，單樣長度以不超過礦層厚度4m為原則，在礦區(qū)范圍內(nèi)結(jié)合礦體分布規(guī)律取8個樣進行分析巖礦鑒定(Q1-001和Q1-002)和抗壓強度的測試(Q1-003～Q1-008)。取樣工作由地質(zhì)人員現(xiàn)場取樣并編號記錄，現(xiàn)場監(jiān)督取樣，保證了樣品的準(zhǔn)確性和代表性。巖礦鑒定樣品在新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊實驗室進行，該實驗室擁有甲級資質(zhì)；抗壓試驗樣品由烏魯木齊市燕兒窩路新疆水利水電科學(xué)研究院(結(jié)構(gòu)材料所)實驗室承擔(dān)，擁有甲級資質(zhì)。

3.1.2 試驗種類、方法及結(jié)果

該礦石為建筑用石料，試驗種類巖礦鑒定和礦壓實驗,其試驗方法采用國標(biāo)GB/T50123-1999標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定及要求進行檢驗。測試結(jié)果(表2、表3)，該測試結(jié)果質(zhì)量符合建筑用石料要求。

根據(jù)礦區(qū)取樣測試結(jié)果：在該建筑用石料礦的礦石巖性為：安山巖或安山質(zhì)凝灰?guī)r；根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14685-2001)中對強度的要求，其中巖漿巖標(biāo)準(zhǔn)為≥80MPa的要求，該礦建筑用石料礦壓強度均大于80MPa，抗壓性能好，符合道路用建筑用石料的要求。

3.2 礦體圈定的原則及資源量估算

本礦床分布范圍較大，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)測量工作和1∶1000的地質(zhì)填圖，確定礦體形態(tài)，并結(jié)合工程布置，由此圈定礦體，并結(jié)合疆內(nèi)地質(zhì)、測量、安全等多部門專家意見確定了該區(qū)開采安全角。用礦體的出露的最大高度和最低高度來確定礦體開采厚度，進行資源量的估算。圖內(nèi)布置勘探線剖面3條，截圖剖面3條，共分出4個塊段，繪制出勘探線剖面圖(圖2)和資源量估算平面圖(圖3)。

表2 樣品測試結(jié)果

表3 抗壓試驗測試結(jié)果

此次研究確定礦產(chǎn)資源量采用平行斷面法計算，利用勘探線剖面和資源量估算范圍縱投影圖確定的斷面面積進行計算，對于礦區(qū)北部和南部的部分資源量進行1/2尖推，礦區(qū)南邊小面積出露地表的資源開采經(jīng)濟效益小，為進行資源量的估算，按照此方法，估算本礦資源量V=198.7145萬m3，詳見表4、表5。該礦為露天礦，進行1∶1000的地形地質(zhì)測量和1∶1000的地質(zhì)填圖，2個勘探線剖面和2個截圖剖面對礦體形態(tài)以及厚度進行控制，剝土后取自礦體的樣品進行巖礦鑒定和抗壓試驗分析，以保證礦石質(zhì)量和空間變化特征，運用平行斷面法對資源量進行估算。以上方法科學(xué)合理估算資源量，其結(jié)果是可靠的。

圖2 礦區(qū)勘探線剖面

圖3 資源量估算平面

表4 平行斷面法資源儲量估算

表5 塊段礦體資源量估算結(jié)果

4 礦石開采及利用

該區(qū)礦產(chǎn)品為建筑用石料，產(chǎn)品主要用高速公路建設(shè)、鐵路建設(shè)和周邊基礎(chǔ)建設(shè)等市場。主要針對烏魯木齊及其周邊地區(qū)的高速公路建設(shè)、鐵路和周邊基礎(chǔ)設(shè)施等建設(shè)的需求量進行預(yù)測。由于國家西部大開發(fā)力度的加大和烏魯木齊市跨越式發(fā)展，高速公路的建設(shè)和鐵路建設(shè)規(guī)模逐步增大，產(chǎn)品的市場需求很大，銷路前景好。供求量呈上升趨勢。烏魯木齊市經(jīng)濟飛速發(fā)展，高速公路及鐵路的建設(shè)也在突飛猛進地向前發(fā)展，建筑用石料的用量在較長一段時間會穩(wěn)中有升，經(jīng)市場調(diào)查，目前該地區(qū)市場售建筑用石料在75元/m3。廠家在技術(shù)領(lǐng)域不斷提高，改進工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，就能占據(jù)市場，其經(jīng)濟效益會不斷提高的。

4.1 礦石加工及礦床開采技術(shù)條件

該建筑用石料礦儲量豐富，礦床可開采資源總量為2000萬m3。該地區(qū)各礦床資源量大小不一，以大中型礦床為主、開采時爆破后可直接用挖掘機或推土機露天開采，用汽車將礦石直接送到破碎場地進行破碎，礦床開采及礦石加工技術(shù)條件十分簡單。開采工藝流程(圖4)裝載機采、運→篩分→成品堆放→銷售外運。只需用挖掘機機械開采，是最經(jīng)濟、節(jié)省人力的一種方法。開拓方式為爆破后裝載機自上而下水平分層采挖，礦石通過礦膠帶輸送機輸送，再利用鄂式破碎機、反擊式破碎機后經(jīng)震動篩后得到產(chǎn)品。產(chǎn)品用汽車等運輸設(shè)備運輸。

圖4 選礦篩分工藝流程

4.2 未來礦山生產(chǎn)規(guī)模、服務(wù)年限及產(chǎn)品方案

礦區(qū)電源與高壓線接通，水源為就近溝地下水。在礦區(qū)通過鄉(xiāng)村土路與國道直接相通，交通相對便利。露天開采礦石量2000萬m3，根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市三類礦產(chǎn)資源(砂石類)采礦權(quán)設(shè)置方案》(2010～2015年)要求：新建建筑用石料礦山擬定規(guī)模不得低于50萬m3/a。礦山生產(chǎn)加工產(chǎn)品主要為滿足高速公路建設(shè)和鐵路建設(shè)等要求的建筑用石料。開采出的礦石經(jīng)生產(chǎn)工藝流程后就可以就近銷售。礦山服務(wù)年限=資源量÷建設(shè)規(guī)模，建設(shè)以50萬m3/a為限，各礦山的服務(wù)年限5～8年不等，可滿足當(dāng)前烏魯木齊及周邊地區(qū)對建筑石料的應(yīng)用需求。

該礦為建筑用石料(安山巖)，只需進行地質(zhì)檢測工作，即在地表進行路線地質(zhì)填圖、剖面測量、槽探工程等，采取一定數(shù)量的測試分析樣品，控制礦床的形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀及確定礦石的品位，達到地質(zhì)檢測的目的。根據(jù)礦山生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模分類[10](表6)，該研究區(qū)礦床可建為大型和中型建筑用石料(安山巖)礦，區(qū)內(nèi)交通相對便利,在近期投入一定的人力和資金就能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。但礦山建設(shè)長遠(yuǎn)規(guī)劃及開發(fā)需要根據(jù)礦區(qū)附近及烏魯木齊市經(jīng)濟社會發(fā)展的需求情況來定。

表6 礦山生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模分類

5 討論及結(jié)論

1)此次研究確定該區(qū)安山巖和玄武巖達到了建筑用石料的強度要求，共在祁家溝地區(qū)探明可開采礦區(qū)7處，各礦山的服務(wù)年限5～8年,可有效開采總資源量達2000多萬m3。滿足了烏魯木齊及周邊地區(qū)發(fā)展對該類建筑石料的需求。

2)結(jié)合該地區(qū)的實際工作，并且根據(jù)新疆烏魯木齊市地礦局各專家意見首次確立以45°角為開采安全角，并采用斷面塊段法進行礦區(qū)儲量計算，為新疆該類礦產(chǎn)開發(fā)利用提供了范本。

3)該項工作對該區(qū)建筑石料的質(zhì)量和分布有了詳細(xì)的了解，并且促進了該類石料在新疆其他地區(qū)的開發(fā)利用，為新疆的經(jīng)濟建設(shè)提供了豐富的建筑石料資源。

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