烏魯木齊祁家溝地區(qū)建筑用石料礦產(chǎn)研究與開發(fā)利用

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(duì)，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(dá)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(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，并且針對該區(qū)的巖石進(jìn)行了詳細(xì)的巖礦鑒定和抗壓性試驗(yàn)等測驗(yàn)，對建筑用石料礦儲量，質(zhì)量和分布都進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并得到了可靠實(shí)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(shí)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(diǎn)。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(qiáng)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(jiān)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(bào)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行計(jì)算。平均面積計(jì)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(jì)算時(shí)，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(shí)的安全角按45°計(jì)算)。

表1 塊段平均面積計(jì)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(jìn)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(yàn)

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(jìn)行分析巖礦鑒定(Q1-001和Q1-002)和抗壓強(qiáng)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(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)室擁有甲級資質(zhì)；抗壓試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室承擔(dān)，擁有甲級資質(zhì)。

3.1.2 試驗(yàn)種類、方法及結(jié)果

該礦石為建筑用石料，試驗(yàn)種類巖礦鑒定和礦壓實(shí)驗(yàn),其試驗(yàn)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(jìn)行檢驗(yàn)。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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(yàn)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(jì)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(jìn)行計(jì)算，對于礦區(qū)北部和南部的部分資源量進(jìn)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(jì)效益小，為進(jìn)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(jìn)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(jìn)行控制，剝土后取自礦體的樣品進(jìn)行巖礦鑒定和抗壓試驗(yàn)分析，以保證礦石質(zhì)量和空間變化特征，運(yùn)用平行斷面法對資源量進(jìn)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(jìn)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(jì)飛速發(fā)展，高速公路及鐵路的建設(shè)也在突飛猛進(jìn)地向前發(fā)展，建筑用石料的用量在較長一段時(shí)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(jìn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，就能占據(jù)市場，其經(jīng)濟(jì)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(shí)爆破后可直接用挖掘機(jī)或推土機(jī)露天開采，用汽車將礦石直接送到破碎場地進(jìn)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(jī)采、運(yùn)→篩分→成品堆放→銷售外運(yùn)。只需用挖掘機(jī)機(jī)械開采，是最經(jīng)濟(jì)、節(jié)省人力的一種方法。開拓方式為爆破后裝載機(jī)自上而下水平分層采挖，礦石通過礦膠帶輸送機(jī)輸送，再利用鄂式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)后經(jīng)震動篩后得到產(chǎn)品。產(chǎn)品用汽車等運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)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(jìn)行地質(zhì)檢測工作，即在地表進(jìn)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(dá)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(jì)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(jì)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(dá)到了建筑用石料的強(qiáng)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(dá)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(shí)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(jìn)行礦區(qū)儲量計(jì)算，為新疆該類礦產(chǎn)開發(fā)利用提供了范本。

3)該項(xiàng)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(jìn)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(jì)建設(shè)提供了豐富的建筑石料資源。

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