乌鲁木齐祁家沟地区建筑用石料矿产研究与开发利用

张燕波，弓小平 ，程雪彤，杨维文，袁明友，谢 磊，何鹏辉

(1.新疆大学，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队，新疆 昌吉 831100)

祁家沟建筑用石料矿研究区位于乌鲁木齐市达坂城区境内，距乌鲁木齐城区东南约25km，交通相对便利(图1角图)。祁家沟建筑用石料矿建成后，可以缓解铁路建设、道路建设等对建筑用石料的需求，产品主要销往乌鲁木齐市及其周边地区道路建设(如：高速公路，高铁的建设)，祁家沟周围乡村的基础设施。研究区周围电力、水力资源充足，为资源的开发利用提供了可靠的保证。本次研究对该区进行详细的地质调查，并且针对该区的岩石进行了详细的岩矿鉴定和抗压性试验等测验，对建筑用石料矿储量，质量和分布都进行了详细的研究，并得到了可靠实用的资料，绘制了该地区的地质图(图1)，此外还准对可开采的矿区绘制了各矿区详细的矿区地质图，为该区该类矿床的建设提供保障。

图1 祁家沟地区地质简图(实测)

1 区域勘查概况

1.1 区域地层

区内出露的地层主要为中石炭统[1-2]柳树沟组(C2l)地层近东西向展布,发育一套火山岩及火山碎屑岩；祁家沟组(C2qj)和奥尔吐组并(C2ao)地层为一套典型的地槽沉积具岩性复杂，纵向变化大的特点。下二叠统石人子沟组(P1s)地层东西展布，东部转向北西-南东向展布。以及新生代松散沉积物更新统堆积物(Qp3)沉积层厚，该层含洪积、风积黄土等。主要为砾石、沙、砂土、黄土等。

1.2 区域构造

区域构造属准噶尔微地块天山褶皱带，褶皱断裂构造十分发育，总体区域构造线方向近东西向展布[3-6]。区域内褶皱主要表现为古生界背斜和中生界背斜、单斜。轴部方向与主构造线方向相同，为近东西向展布，二者间推测为断层接触。地表基岩出露、仅有少量的第四系覆盖。区域内断裂构造也极为发育，主要表现为近东西向断裂，少量为北东和北西向的平推断层；北部断裂表现为向北张性弧形断裂，沿弧形断层分布有华力两期岩浆侵入体。在区域上，岩浆活动强烈，海底火山活动明显。可见岩被，发育有枕状构造,火山角砾熔岩发育,火山活动对矿区的形成起着重要的作用。

2 矿床地质

2.1 矿体特征

可利用的石料主要为中石炭统柳树沟组安山岩和玄武岩，矿体呈带状分布于矿区中部，矿体内部结构简单，走向近东北-西南向，倾向北西，矿体产状：倾向110～141°，倾角34～ 68°，矿体北西侧围岩为火山角砾岩，南东侧为灰绿色砾岩及砂岩、灰岩等。矿区内矿体中部有小面积第四系残坡积物覆盖，沿走向矿体向北东及南西端均延出矿区。除主矿体外，矿区周围边缘还分布有一露小矿体，在矿区内呈弧形分布，分布范围小，向北延出区外。矿体(安山岩)呈红褐色，矿体表面破严重，矿石质地坚硬。

2.2 矿石质量

该建筑用石料矿石为露天矿，矿体为玄武岩和安山岩以及部分火山角砾岩，根据岩矿鉴定报告，岩石由角砾、岩屑、火山尘组成，岩屑、角砾成棱角状，粒径30～0.8mm，其中30～2mm的角砾约为70%，结合手标本，成分为安山岩，轻微绿泥石化。通过抗压测试，按照国家标准对矿石进行检测，矿石的矿压性能较好，可以满足道路用建筑用石料的基本要求。矿石的自然类型为火山喷发沉积型，矿石的工业类型为建筑用石料。对此类矿床的工业品级目前无划分的原则和依据，所以矿石的工业品级有待进一步探讨与研究。矿体为安山岩，其围岩为火山角砾岩或灰岩，无围岩蚀变，无有害矿物成份。矿体部分段被少量的第四系覆盖，需要剥离。矿体中夹有少量火山角砾岩，分布范围小,可以混采，对建筑用石料的质量影响不大。

2.3 储量估算

2.3.1 资源储估算方法的选择及其依据

该建筑用石料矿为火山作用叠加型的矿体，分布范围大，自然沉积边界未能控制，矿体的底面形态是目前矿区范围所界定的形态。矿体在开采标高范围内，上下品位基本一致，纵、横向变化不大，用平行断面法估算资源量，即用矿体断面面积乘以矿体工程间距或者外推。估算总资源量的具体公式如下所示。

V=S×L

式中：V为块段矿石体积(万m3)；S为块段对应两断面的平均面积(m2)；L为工程间距或外推间距(m)。

2.3.2 资源量估算参数的确定

块段断面面积(S1或者S2)：在用MAPGIS软件编制的资源量估算剖面图数字文件上直接读取。块段平均面积(S)：根据块段形态不同，分别选择不同的公式进行计算。平均面积计算公式(表1)。工程间距或外推间距(L)：工程间距为相邻两勘探线间的距离；外推间距为自然沟谷，在资源量估算平面图上直接量取。资源量计算时，矿体断面面积为所在断面矿体的最低标高以上部分，和矿体两端界线向深部内侧45°线所确定的范围(即开采时的安全角按45°计算)。

表1 块段平均面积计算公式

3 矿例研究

该研究区共有7个小研究区组成，即该区共勘探出7处矿区，现对该区的3号矿区研究方法进行阐述，其余6处矿区均按此方法研究。

3.1 矿石取样及测验

3.1.1 采样种类、方法及其代表性

采样种类为道路用玄武岩或安山岩[7-9]。矿体大多裸露于地表，采用剥离浮土后取样的方法，取样规格为5cm×3cm，单样长度以不超过矿层厚度4m为原则，在矿区范围内结合矿体分布规律取8个样进行分析岩矿鉴定(Q1-001和Q1-002)和抗压强度的测试(Q1-003～Q1-008)。取样工作由地质人员现场取样并编号记录，现场监督取样，保证了样品的准确性和代表性。岩矿鉴定样品在新疆维吾尔自治区地质矿产开发局第一区域地质调查大队实验室进行，该实验室拥有甲级资质；抗压试验样品由乌鲁木齐市燕儿窝路新疆水利水电科学研究院(结构材料所)实验室承担，拥有甲级资质。

3.1.2 试验种类、方法及结果

该矿石为建筑用石料，试验种类岩矿鉴定和矿压实验,其试验方法采用国标GB/T50123-1999标准的有关规定及要求进行检验。测试结果(表2、表3)，该测试结果质量符合建筑用石料要求。

根据矿区取样测试结果：在该建筑用石料矿的矿石岩性为：安山岩或安山质凝灰岩；根据国家标准(GB/T 14685-2001)中对强度的要求，其中岩浆岩标准为≥80MPa的要求，该矿建筑用石料矿压强度均大于80MPa，抗压性能好，符合道路用建筑用石料的要求。

3.2 矿体圈定的原则及资源量估算

本矿床分布范围较大，地形地质条件复杂，根据测量工作和1∶1000的地质填图，确定矿体形态，并结合工程布置，由此圈定矿体，并结合疆内地质、测量、安全等多部门专家意见确定了该区开采安全角。用矿体的出露的最大高度和最低高度来确定矿体开采厚度，进行资源量的估算。图内布置勘探线剖面3条，截图剖面3条，共分出4个块段，绘制出勘探线剖面图(图2)和资源量估算平面图(图3)。

表2 样品测试结果

表3 抗压试验测试结果

此次研究确定矿产资源量采用平行断面法计算，利用勘探线剖面和资源量估算范围纵投影图确定的断面面积进行计算，对于矿区北部和南部的部分资源量进行1/2尖推，矿区南边小面积出露地表的资源开采经济效益小，为进行资源量的估算，按照此方法，估算本矿资源量V=198.7145万m3，详见表4、表5。该矿为露天矿，进行1∶1000的地形地质测量和1∶1000的地质填图，2个勘探线剖面和2个截图剖面对矿体形态以及厚度进行控制，剥土后取自矿体的样品进行岩矿鉴定和抗压试验分析，以保证矿石质量和空间变化特征，运用平行断面法对资源量进行估算。以上方法科学合理估算资源量，其结果是可靠的。

图2 矿区勘探线剖面

图3 资源量估算平面

表4 平行断面法资源储量估算

表5 块段矿体资源量估算结果

4 矿石开采及利用

该区矿产品为建筑用石料，产品主要用高速公路建设、铁路建设和周边基础建设等市场。主要针对乌鲁木齐及其周边地区的高速公路建设、铁路和周边基础设施等建设的需求量进行预测。由于国家西部大开发力度的加大和乌鲁木齐市跨越式发展，高速公路的建设和铁路建设规模逐步增大，产品的市场需求很大，销路前景好。供求量呈上升趋势。乌鲁木齐市经济飞速发展，高速公路及铁路的建设也在突飞猛进地向前发展，建筑用石料的用量在较长一段时间会稳中有升，经市场调查，目前该地区市场售建筑用石料在75元/m3。厂家在技术领域不断提高，改进工艺，提高产品质量，就能占据市场，其经济效益会不断提高的。

4.1 矿石加工及矿床开采技术条件

该建筑用石料矿储量丰富，矿床可开采资源总量为2000万m3。该地区各矿床资源量大小不一，以大中型矿床为主、开采时爆破后可直接用挖掘机或推土机露天开采，用汽车将矿石直接送到破碎场地进行破碎，矿床开采及矿石加工技术条件十分简单。开采工艺流程(图4)装载机采、运→筛分→成品堆放→销售外运。只需用挖掘机机械开采，是最经济、节省人力的一种方法。开拓方式为爆破后装载机自上而下水平分层采挖，矿石通过矿胶带输送机输送，再利用鄂式破碎机、反击式破碎机后经震动筛后得到产品。产品用汽车等运输设备运输。

图4 选矿筛分工艺流程

4.2 未来矿山生产规模、服务年限及产品方案

矿区电源与高压线接通，水源为就近沟地下水。在矿区通过乡村土路与国道直接相通，交通相对便利。露天开采矿石量2000万m3，根据《新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市三类矿产资源(砂石类)采矿权设置方案》(2010～2015年)要求：新建建筑用石料矿山拟定规模不得低于50万m3/a。矿山生产加工产品主要为满足高速公路建设和铁路建设等要求的建筑用石料。开采出的矿石经生产工艺流程后就可以就近销售。矿山服务年限=资源量÷建设规模，建设以50万m3/a为限，各矿山的服务年限5～8年不等，可满足当前乌鲁木齐及周边地区对建筑石料的应用需求。

该矿为建筑用石料(安山岩)，只需进行地质检测工作，即在地表进行路线地质填图、剖面测量、槽探工程等，采取一定数量的测试分析样品，控制矿床的形态、规模、产状及确定矿石的品位，达到地质检测的目的。根据矿山生产建设规模分类[10](表6)，该研究区矿床可建为大型和中型建筑用石料(安山岩)矿，区内交通相对便利,在近期投入一定的人力和资金就能产生较好的经济效益。但矿山建设长远规划及开发需要根据矿区附近及乌鲁木齐市经济社会发展的需求情况来定。

表6 矿山生产建设规模分类

5 讨论及结论

1)此次研究确定该区安山岩和玄武岩达到了建筑用石料的强度要求，共在祁家沟地区探明可开采矿区7处，各矿山的服务年限5～8年,可有效开采总资源量达2000多万m3。满足了乌鲁木齐及周边地区发展对该类建筑石料的需求。

2)结合该地区的实际工作，并且根据新疆乌鲁木齐市地矿局各专家意见首次确立以45°角为开采安全角，并采用断面块段法进行矿区储量计算，为新疆该类矿产开发利用提供了范本。

3)该项工作对该区建筑石料的质量和分布有了详细的了解，并且促进了该类石料在新疆其他地区的开发利用，为新疆的经济建设提供了丰富的建筑石料资源。

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