烏魯木齊祁家溝地區建筑用石料礦產研究與開發利用

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，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第十一地質大隊，新疆 昌吉 831100)

祁家溝建筑用石料礦研究區位于烏魯木齊市達坂城區境內，距烏魯木齊城區東南約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、道路建設等對建筑用石料的需求，產品主要銷往烏魯木齊市及其周邊地區道路建設(如：高速公路，高鐵的建設)，祁家溝周圍鄉村的基礎設施。研究區周圍電力、水力資源充足，為資源的開發利用提供了可靠的保證。本次研究對該區進行詳細的地質調查，并且針對該區的巖石進行了詳細的巖礦鑒定和抗壓性試驗等測驗，對建筑用石料礦儲量，質量和分布都進行了詳細的研究，并得到了可靠實用的資料，繪制了該地區的地質圖(圖1)，此外還準對可開采的礦區繪制了各礦區詳細的礦區地質圖，為該區該類礦床的建設提供保障。

圖1 祁家溝地區地質簡圖(實測)

1 區域勘查概況

1.1 區域地層

區內出露的地層主要為中石炭統[1-2]柳樹溝組(C2l)地層近東西向展布,發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雜，縱向變化大的特點。下二疊統石人子溝組(P1s)地層東西展布，東部轉向北西-南東向展布。以及新生代松散沉積物更新統堆積物(Qp3)沉積層厚，該層含洪積、風積黃土等。主要為礫石、沙、砂土、黃土等。

1.2 區域構造

區域構造屬準噶爾微地塊天山褶皺帶，褶皺斷裂構造十分發育，總體區域構造線方向近東西向展布[3-6]。區域內褶皺主要表現為古生界背斜和中生界背斜、單斜。軸部方向與主構造線方向相同，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。區域內斷裂構造也極為發育，主要表現為近東西向斷裂，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。在區域上，巖漿活動強烈，海底火山活動明顯。可見巖被，發育有枕狀構造,火山角礫熔巖發育,火山活動對礦區的形成起著重要的作用。

2 礦床地質

2.1 礦體特征

可利用的石料主要為中石炭統柳樹溝組安山巖和玄武巖，礦體呈帶狀分布于礦區中部，礦體內部結構簡單，走向近東北-西南向，傾向北西，礦體產狀：傾向110～141°，傾角34～ 68°，礦體北西側圍巖為火山角礫巖，南東側為灰綠色礫巖及砂巖、灰巖等。礦區內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。除主礦體外，礦區周圍邊緣還分布有一露小礦體，在礦區內呈弧形分布，分布范圍小，向北延出區外。礦體(安山巖)呈紅褐色，礦體表面破嚴重，礦石質地堅硬。

2.2 礦石質量

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%，結合手標本，成分為安山巖，輕微綠泥石化。通過抗壓測試，按照國家標準對礦石進行檢測，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沉積型，礦石的工業類型為建筑用石料。對此類礦床的工業品級目前無劃分的原則和依據，所以礦石的工業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巖，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

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，礦體的底面形態是目前礦區范圍所界定的形態。礦體在開采標高范圍內，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字文件上直接讀取。塊段平均面積(S)：根據塊段形態不同，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高以上部分，和礦體兩端界線向深部內側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

該研究區共有7個小研究區組成，即該區共勘探出7處礦區，現對該區的3號礦區研究方法進行闡述，其余6處礦區均按此方法研究。

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，取樣規格為5cm×3cm，單樣長度以不超過礦層厚度4m為原則，在礦區范圍內結合礦體分布規律取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)。取樣工作由地質人員現場取樣并編號記錄，現場監督取樣，保證了樣品的準確性和代表性。巖礦鑒定樣品在新疆維吾爾自治區地質礦產開發局第一區域地質調查大隊實驗室進行，該實驗室擁有甲級資質；抗壓試驗樣品由烏魯木齊市燕兒窩路新疆水利水電科學研究院(結構材料所)實驗室承擔，擁有甲級資質。

3.1.2 試驗種類、方法及結果

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GB/T50123-1999標準的有關規定及要求進行檢驗。測試結果(表2、表3)，該測試結果質量符合建筑用石料要求。

根據礦區取樣測試結果：在該建筑用石料礦的礦石巖性為：安山巖或安山質凝灰巖；根據國家標準(GB/T 14685-2001)中對強度的要求，其中巖漿巖標準為≥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，地形地質條件復雜，根據測量工作和1∶1000的地質填圖，確定礦體形態，并結合工程布置，由此圈定礦體，并結合疆內地質、測量、安全等多部門專家意見確定了該區開采安全角。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 樣品測試結果

表3 抗壓試驗測試結果

此次研究確定礦產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，對于礦區北部和南部的部分資源量進行1/2尖推，礦區南邊小面積出露地表的資源開采經濟效益小，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的地形地質測量和1∶1000的地質填圖，2個勘探線剖面和2個截圖剖面對礦體形態以及厚度進行控制，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。以上方法科學合理估算資源量，其結果是可靠的。

圖2 礦區勘探線剖面

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果

4 礦石開采及利用

該區礦產品為建筑用石料，產品主要用高速公路建設、鐵路建設和周邊基礎建設等市場。主要針對烏魯木齊及其周邊地區的高速公路建設、鐵路和周邊基礎設施等建設的需求量進行預測。由于國家西部大開發力度的加大和烏魯木齊市跨越式發展，高速公路的建設和鐵路建設規模逐步增大，產品的市場需求很大，銷路前景好。供求量呈上升趨勢。烏魯木齊市經濟飛速發展，高速公路及鐵路的建設也在突飛猛進地向前發展，建筑用石料的用量在較長一段時間會穩中有升，經市場調查，目前該地區市場售建筑用石料在75元/m3。廠家在技術領域不斷提高，改進工藝，提高產品質量，就能占據市場，其經濟效益會不斷提高的。

4.1 礦石加工及礦床開采技術條件

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，是最經濟、節省人力的一種方法。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、反擊式破碎機后經震動篩后得到產品。產品用汽車等運輸設備運輸。

圖4 選礦篩分工藝流程

4.2 未來礦山生產規模、服務年限及產品方案

礦區電源與高壓線接通，水源為就近溝地下水。在礦區通過鄉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《新疆維吾爾自治區烏魯木齊市三類礦產資源(砂石類)采礦權設置方案》(2010～2015年)要求：新建建筑用石料礦山擬定規模不得低于50萬m3/a。礦山生產加工產品主要為滿足高速公路建設和鐵路建設等要求的建筑用石料。開采出的礦石經生產工藝流程后就可以就近銷售。礦山服務年限=資源量÷建設規模，建設以50萬m3/a為限，各礦山的服務年限5～8年不等，可滿足當前烏魯木齊及周邊地區對建筑石料的應用需求。

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

表6 礦山生產建設規模分類

5 討論及結論

1)此次研究確定該區安山巖和玄武巖達到了建筑用石料的強度要求，共在祁家溝地區探明可開采礦區7處，各礦山的服務年限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發展對該類建筑石料的需求。

2)結合該地區的實際工作，并且根據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儲量計算，為新疆該類礦產開發利用提供了范本。

3)該項工作對該區建筑石料的質量和分布有了詳細的了解，并且促進了該類石料在新疆其他地區的開發利用，為新疆的經濟建設提供了豐富的建筑石料資源。

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