敦煌青墩峡北十四区块饰面用花岗岩矿床开采技术条件及矿石加工技术性能

柴 胜

（甘肃省有色金属地质勘查局天水矿产勘查院，甘肃 天水 741020）

天然石材（泛指花岗石、大理石）素以其色彩艳丽、质地优良、华贵典雅、清新自然的风格和特点雄居于各种建筑装饰材料之首[1]。

敦煌市饰面用花岗岩矿资源丰富且分布较集中，区内共发现饰面石材用花岗岩矿产地 27 处，仅有3处矿产地勘查程度达到详查[2][3]。石材资源主要分布在青墩峡-草湖、吊头泉和水晶滩等三个区域[4][5]。

敦煌青墩峡北十四区块详查项目是由甘肃省自然资源厅、财政厅出资的基金项目。在充分研究矿区地质特征、矿石质量以及水文、工程、环境地质等方面的内容。本文就该矿区的矿床开采技术条件及矿石加工技术性能方面展开论述，希望对当地花岗岩矿开发利用提供一定的现实参考。

1 矿床开采技术条件

1.1 水文地质

（1）区域水文地质

矿区地处北山区西北部，海拔1664～1696m，相对高差一般在5～35m，为丘陵地形，地势较平坦，沟谷不甚发育。最低侵蚀基准面位于1664m标高。地表未见径流，仅大雨之后，顺山沟及河滩有暂时性的洪水，流向下游各盆地的低洼处，并渗入地下变成潜水。

主要地下水为松散岩类、基岩裂隙含水岩类水，富水性较弱，埋藏较深，主要补给来源为降雨，通过沟谷排泄。

（2）矿区水文地质

矿区位于该水文地质单元中的中部，最低侵蚀基准面标高为1664m，估算标高底界为1627m。8个钻孔未揭露地下水水位，估算标高底界为1627m，估算底界以上无地下水，见图1。

1）含水岩组的划分

矿区内出露地层简单，仅有第四系全新统（Q h3pl）。根据地层岩石的形成时代、结构构造、节理发育及其连通程度、含水特征等，将矿床岩层划分为如下含水岩组：

基岩裂隙含水岩组：主要有黑云二长花岗岩、花岗细晶岩脉，构成基岩裂隙含水岩组。节理、裂隙发育一般，连通性差，裂隙宽1～3mm，呈半封闭；弱富水性，含基岩裂隙潜水。

2）地下水的补给、迳流及排泄条件及与地表水的关系

矿区内无井泉分布，周边井泉较少，且分布不均，水质甚差，不宜饮用，分析结果见表1。矿山生产用水取自周边的咸水井或工程井，生活用水需矿区以外的居民区供应，矿区照明及生产用电均自行发电解决。矿区岩性主要为花岗岩，在地表浅部基本不含地下水，因地表松散层富水性较弱，无地表径流及积水带。矿区距构造带较远，不受区域地下水补给，构造裂隙水以雨水渗透为主。

3）矿坑涌水量

根据敦煌市多年气象资料，敦煌市年平均降雨量为42.4mm，日最大降雨量为54.4mm，青墩峡年平均降雨量为62.4mm,日最大降雨量为74.4mm。经计算，矿区正常降雨时露天矿最大涌水量为每昼夜143.48m3，暴雨天气涌水量为每昼夜63660.36 m3（表2、表3）。

4）水资源综合利用评价

矿区中部和西部各有一处人工开凿的积水坑，坑内积水是位于水坑西侧的冲沟暴雨形成洪水流经时流入。积水坑一：大致呈长方形，长35m，宽30m，深3～7m，蓄水量3000～7000m3，积水坑二：长方形，长30m，宽20m，深3～5m,蓄水量1800～3000m3，水体清澈。积水坑位于矿床上部，与开采部位间隔填充为花岗岩，属隔水层，对矿床开采影响轻微。该蓄水坑开挖目的主要为满足矿床开采用水。经化验两池水的全硬度分别为1136mg/L和868mg/L，按舒卡列夫分类法，该水为36-B 型水，属于咸水，水质较差，不能作为生活用水使用。

矿山生活用水可取勘查区东南侧约93km处的敦煌市工业园区的淡水，可作为矿山的生活用水，主要靠汽车运输为主。

图1 矿区水文地质简图

表1 青墩峡北十四区块水质分析结果表

表2 青墩峡北矿区正常降雨时露天矿涌水量计算结果表

表3 青墩峡北矿区暴雨时露天矿涌水量计算结果表

1.2 工程地质

（1）岩石物理力学性质

经对花岗岩力学物性样的测试，岩石的小体重最小2.56g/cm3，最大2.66g/cm3，平均2.61g/cm3；压缩强度最小108.23M Pa，最大140.82M Pa，平均122.69M Pa；弯曲强度最小21.54M P a，最大61.97M P a，平均42.21M P a；肖氏硬度最小69.7，最大92.5,平均78.5[3][6]，岩石小体重、压缩强度、弯曲强度、肖氏硬度均具有一定的强度，且相对稳定，属坚硬的岩石。

（2）工程地质岩组特征

根据矿区地层的岩性、组构及物理力学性质，将矿区范围内的岩石划分为两个工程地质岩组：

较软弱岩类：主要岩石为中粗粒黑云二长花岗岩的风化层，矿体的地表浅层风化作用主要为物理风化作用和化学风化作用，物理风化作用主要为地表水冲蚀作用和植物根系沿岩石节理裂隙延伸以及昼夜温差造成的岩矿石热胀冷缩产生裂隙而破坏岩石的完整性。其影响相对较小，一般影响深度在0.3至1.5m。化学风化作用则主要是地表矿石长石类和云母类矿物的粘土化和绿泥石化、绿帘石化，影响板材的美观和质量，但对荒料块度和机械性能影响不大。该类岩石R Q D 为0，岩石破碎，碎块状。

坚硬岩类：主要岩石为中粗粒黑云二长花岗岩，主要分布在矿区中北部。岩矿石的节理裂隙不发育，地表较为平坦，矿体局部地表风化。岩体厚度大，岩石较为坚硬，稳固性较好。后期侵入的花岗细晶岩脉对矿体有破坏作用，脉体附近产生的次级构造表现为剪节理和张节理，岩石相对较破碎。岩石R Q D 为50-98%，岩石呈长柱状及短柱状，节理裂隙不发育。矿区部分钻孔岩心R Q D 值，表4。

（3）影响矿山开采的主要工程地质问题

1）矿体。开采范围内的岩石为黑云二长花岗岩，根据地质填图及钻孔工程地质编录成果，矿体内线裂隙率均小于2条/m，节理裂隙不发育，岩石较完整；根据物性样测试结果，矿体内岩石肖氏硬度为69.7～92.5[7]，属于坚硬岩类；矿体内岩石质量等级为Ⅲ类，岩体质量属中等。综上所述：矿体属稳固性较好的岩石。

2）斜坡稳定性。矿区出露的斜坡大都为岩质斜坡，坡角30°～45°，呈中密-密实状。降水渗入对斜坡土体起润滑作用，产生滑坡地质灾害的可能性较小，稳定性较好。

3）露天采场边坡稳定性。矿区矿体出露地表，围岩具层状结构，结构面相互平行或交错，间距0.25～0.40m不等；边坡稳固性一般。根据岩体的内摩擦角、结构面倾角及矿体倾角、控制范围等因素，建议露天采矿场边坡角控制在55°～65°之间，破碎地段应锚杆加固处理，以保证露天采矿场的采矿安全。

未来采矿活动形成的边坡，深度越大岩石越完整，风化越弱，应边开采边进行采场边界防护工作。开展局部潜在不稳定区的分区治理，根据分区特点，采用有所针对性的锚索、降水疏干、压坡脚、抗滑桩、抗滑挡墙等措施[8]。矿床勘探类型属以块状岩石为主、工程地质条件简单的矿床。

综上所述，矿区开采对象为花岗岩，通过对工程地质岩组特征、矿石物理力学性质、岩石（体）质量指标、矿体围岩的稳固性等方面的综合分析，认定本矿区工程地质勘查类型属一类一型，即以块状岩类为主，工程地质条件简单的矿床。

表4 矿区钻孔岩石RQ D 值统计表

1.3 环境地质

矿山开采对环境的污染仅限于切割、排渣、运矿过程中的粉尘、机械噪音、矿渣的堆积等。开采区距当地生活用水水源地很远，对当地地下水及地表水不会造成污染。矿区方圆九十公里内未发现常住人口。目前天然状态下附近没有污染源，没有发生滑坡等地质灾害，矿区天然地质环境良好。

（1）地震烈度。根据《中国地震动参数区划图》（G B 18306－2015）中的1：400万《中国地震动峰值加速度区划图》，本矿区地震动峰值加速度为≤0.1g，对应地震烈度为Ⅶ度。

（2）放射性。通过采样并使用实验室γ能谱仪分析，完全达到饰面用建筑材料中放射性比活度为A类产品的要求，其产销与使用范围不受限制[3][6]。

综上所述，本区天然地质环境良好，露天开采中采取有效的环境保护措施以后，对地质环境的破坏较小。根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》（G B 12719－91），认定本矿区环境地质勘查类型属一类，即矿区地质环境质量良好的矿床。

2 矿石加工技术性能

2016年，敦煌市某石矿有限公司在矿区饰面用花岗岩矿矿体上进行开采，在矿区内已形成2个采坑，该矿生产荒料率为40%左右，高于规范大于18%的规定。开采设备为大锯机，锯片直径2.6m，锯切线间距有1.4m和1.6m两种。本文通过收集加工厂实际生产数据评价矿石加工技术性能。

（1）工艺流程

该公司生产花岗岩板材的工艺流程为：锯切毛板→板面加工（磨光板、火烧板）→板材切边成形→产品包装入库，见图2。具体加工流程如下：

图2 板材加工工艺流程图

具体工艺参数见表5。

（2）矿石工业利用性能评价

通过收集加工厂生产数据进行统计可知，板材率为34m2/m3。实际生产结果证明，本区的花岗岩矿可用于生产天然石材板材，且加工技术性能较好，板材率大于规范要求[9]，为较易加工的花岗岩荒料。区内饰面用花岗岩矿板材品种特点是“颗粒均匀”，磨光后板材匀称色差小。适合作为室内装修、地面大厅铺装、道路铺设以及建筑物干挂等，用途广泛。

3 结论

敦煌青墩峡北十四区块饰面用花岗岩矿床属稳固性较好、工程地质条件简单、地质环境质量良好。该矿体赋存于当地侵蚀基准面以上，地下水以大气降水为主，在正常气候条件下，矿山进行露天开采时不用排水设备即可正常生产。但暴雨时矿坑涌水量急剧增大，应注意加强排水，开挖排水沟，防止地表暂时性的径流、岔沟地表洪水贯入露天采场，同时要配备防洪排水设施，保证矿山露天开采的安全。

表5 板材加工工艺参数一览表