關(guān)于壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算方法的探討——以三門峽至淅川高速公路某段擬壓覆礦產(chǎn)資源為例

李再興，徐 偉，彭 妮，羅少勇，齊建寶

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院，河南鄭州450006;2.河南省靈寶市故縣鎮(zhèn)村鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展中心，河南靈寶472500;3.河南省靈寶市寺河鄉(xiāng)村鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展中心，河南靈寶472500)

鐵路、公路是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的動(dòng)脈［1］，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)之一。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，高速公路等建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源呈快速增長態(tài)勢，協(xié)調(diào)建設(shè)項(xiàng)目與礦產(chǎn)資源保護(hù)、開發(fā)的任務(wù)越來越重［1］。合理估算壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量顯得尤為重要，不僅保護(hù)了建設(shè)項(xiàng)目的安全，同時(shí)不至造成礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)。

建設(shè)項(xiàng)目擬壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量評估，目前全國沒有相應(yīng)的專門壓覆儲(chǔ)量技術(shù)規(guī)范作為指導(dǎo)，因此在實(shí)際工作中采用的技術(shù)方法較為混亂［2］，有地質(zhì)塊段法、剖面法、垂線法等各種方法(表1)，常根據(jù)工程類型、壓覆的礦種和開采方式，結(jié)合《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》(以下稱《三下壓煤規(guī)程》)和相關(guān)的行業(yè)規(guī)范兩者來合理分析估算擬壓覆資源儲(chǔ)量。

以三門峽至淅川高速公路某段擬壓覆礦產(chǎn)資源為例，探討了建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算方法。

1 研究區(qū)背景

1.1 建設(shè)項(xiàng)目概述

擬建三門峽至淅川高速公路某段位于河南省南陽市境內(nèi)，是中部地區(qū)崛起高速公路網(wǎng)“七縱、十九橫”布局的第七縱:侯馬－十堰高速公路的重要組成部分。

表1 建設(shè)項(xiàng)目擬壓覆礦產(chǎn)資源的估算方法

路線全長 36.888 km，路基寬度 24.50 m。投資估算為 33.069 3億元。全線永久占地3 063畝，橋梁47座17 084 m，涵式通道3座，涵洞25道，隧道14座長4 685 m，互通立交3座，服務(wù)區(qū)一處。涉及壓覆礦床的大橋有四個(gè):鵓鴿峪丹江大橋、西簧互通立交A匝道橋、高莊淇河大橋以及余家河村淇河大橋。

線路位于南陽盆地的西部伏牛山南麓，橫跨侵蝕剝蝕低山、侵蝕剝蝕丘陵及沖積平原(河流谷地)三個(gè)地貌單元。

1.2 線路擬壓覆主要礦產(chǎn)特征

線路壓覆一個(gè)釩礦和兩個(gè)砂金礦(寺灣砂金礦和西簧砂金礦)。

1.2.1 釩礦體主要特征

釩礦體西邊進(jìn)入國有林場禁采區(qū)，東邊沒入第四系內(nèi)，長2.1 km，寬700 m，礦體厚度最大8.98 m，最小3.02 m，平均厚度6 m。含釩巖石為寒武系下統(tǒng)水溝口組底部硅質(zhì)巖和雜色巖(或碳質(zhì)頁巖)。其頂板為灰黑色結(jié)晶灰?guī)r或紫紅色頁巖與含磷層相距2～8 m，底板為震旦系上統(tǒng)頂部薄層白云質(zhì)灰?guī)r，與硅質(zhì)巖界線清楚。含礦巖層絕大部分出露地表，礦體和地層產(chǎn)狀一致，傾向北東，傾角43 ～70°，平均56.5°。

由于地層倒轉(zhuǎn)，因此，礦體頂?shù)装鍘r層也反置，頂老底新，底板為結(jié)晶灰?guī)r，出露不穩(wěn)定，缺失時(shí)以紫紅色頁巖為底板，結(jié)晶灰?guī)r堅(jiān)硬完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育，穩(wěn)定性良好。紫紅色頁巖半堅(jiān)硬，節(jié)理較發(fā)育，穩(wěn)定性差。頂板為薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r，巖石堅(jiān)硬破碎，裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性較差。1.2.2 寺灣砂金礦主要特征

寺灣砂金礦在成因上屬河流沖積型，在形態(tài)上屬河床、河漫灘型砂金礦床，由大致平行的Ⅱ、Ⅲ號礦體組成，其特征如下:Ⅱ號礦體西起51線，東至61線以東200 m，略呈彎曲的長條狀，賦存于丹江與淇河交匯部位。礦體長2 200 m，寬40～160 m，平均125 m。平均品位0.229 5 g/m3。

Ⅲ號礦體西起53線以西200 m，東至79線，呈膨縮變化的長條狀，分布于丹江與淇河交匯部位及其下游的河床～河漫灘的砂礫層中。礦體長5 400 m，寬40～320 m，平均163 m。平均品位0.151 9 g/m3。

1.2.3 西簧砂金礦主要特征

西簧砂金礦礦床賦存于第四系全新統(tǒng)沖積層中，受河漫灘所控制，總體呈近南北向延伸。主要有兩個(gè)礦體(Ⅰ、Ⅱ號)所組成，礦體長3 715 ～4 540 m，寬35.15 ～81.90 m，厚4.20 ～11.75 m，品位 0.071 7 ～0.653 8 g/m3。

2 建設(shè)項(xiàng)目壓覆重要資源量估算

2.1 資源儲(chǔ)量估算工業(yè)指標(biāo)及依據(jù)

各礦擬壓覆資源儲(chǔ)量估算工業(yè)指標(biāo)均依據(jù)原報(bào)告。

2.2 資源儲(chǔ)量估算方法的選擇

2.2.1 釩礦體估算方法

釩礦體呈層狀，沿一定層位分布，產(chǎn)狀較陡，形態(tài)規(guī)則，資源儲(chǔ)量估算方法原報(bào)告采用垂直縱投影地質(zhì)塊段法探求。由于此方法缺乏水平直觀性和展圖推理的易操作性，故本次首先在基本參數(shù)不變的情況下，利用礦區(qū)地形地質(zhì)圖和儲(chǔ)量估算垂直縱投影圖，將報(bào)告中儲(chǔ)量采用水平投影法演算一邊，然后在此基礎(chǔ)上，采用垂直剖面法探求高速線路擬壓覆的資源儲(chǔ)量。

2.2.2 砂金礦估算方法

寺灣和西簧砂金礦礦體均呈層狀分布、形態(tài)規(guī)則、厚度品位較為穩(wěn)定，所以兩礦均采用原報(bào)告中地質(zhì)塊段法進(jìn)行資源儲(chǔ)量估算。

2.3 資源儲(chǔ)量估算范圍

“估算范圍邊界”，是指既確保將來礦產(chǎn)開采不影響高速公路的穩(wěn)固性、又能使礦產(chǎn)資源得到合理充分的利用而確定的公路兩側(cè)合理禁采區(qū)范圍的界線。其界線確定的正確與否，將直接影響路基的穩(wěn)固性或礦產(chǎn)資源是否能充分利用。

2.3.1 釩礦體范圍

礦體傾角取平均值56.5°，(334)類型的礦體的水平寬度約為127 m，垂直厚度約7.28 m;(333)類型的礦體水平寬度約11.84 m，垂直厚度約7.056 m。其余各參數(shù)參考原報(bào)告。

結(jié)合后灣地形地質(zhì)圖和資源儲(chǔ)量估算垂直縱投影圖推演制作了資源儲(chǔ)量估算水平投影圖。

1)A范圍的確定

(1)壓覆邊界確定方法

采用垂直剖面法確定壓覆邊界:首先將高速公路工程的線路位置展到后灣釩礦資源估算水平投影圖上，然后在基本垂直線路走向方向做若干剖面，用幾何圖形法劃出各剖面圖上壓覆礦產(chǎn)在剖面上的邊界范圍，再將剖面上的邊界分別展在后灣釩礦資源估算水平投影圖，連接各點(diǎn)圈出壓覆區(qū)的范圍(A范圍)。

根據(jù)資料壓覆區(qū)域基巖幾乎裸露，故本區(qū)第四系的厚度取0m。

(2)地面建筑物保護(hù)等級及圍護(hù)帶的留設(shè)

依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》(以下稱《規(guī)程》)，高速公路工程屬Ⅰ級保護(hù)構(gòu)筑物，應(yīng)留設(shè)20 m圍護(hù)帶。

(3)巖層移動(dòng)角的確定

本次各巖層移動(dòng)角度值采用同類礦區(qū)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，巖層移動(dòng)角各參數(shù)選取如下:上山移動(dòng)角γ=70°;下山移動(dòng)角β=65°;走向移動(dòng)角δ=70°。

根據(jù)壓覆巖層的長度，釩礦區(qū)制作橫剖面4條，而此剖面線與礦層走向斜交。依據(jù)選定的移動(dòng)角指標(biāo)和各剖面釩礦巖層走向與高速線路受護(hù)帶的平面夾角，參考《規(guī)程》中橫剖面斜交煤層走向而提的剖面處煤層上山γ'、下山β'，移動(dòng)角公式⑴計(jì)算。

式中γ、β和δ—分別為上山、下山和走向方向的巖層移動(dòng)角

q—維護(hù)帶邊界與煤層傾向線之間所夾的銳角

高速線路工程壓覆釩礦巖層各剖面處γ'、β'值見表2。

表2 高速線路各剖面特征表

2)B范圍的確定

2011年2月16日中華人民共和國國務(wù)院令以第593號文公布《公路安全保護(hù)條例》(以下稱《條例》)，根據(jù)《條例》第十七條:“禁止在下列范圍內(nèi)從事采礦、采石、取土、爆破作業(yè)等危及公路、公路橋梁、公路隧道、公路渡口安全的活動(dòng):(一)國道、省道、縣道的公路用地外緣起向外100 m，鄉(xiāng)道的公路用地外緣起向外50 m?！?/p>

但《條例》未提到高速公路，為了公路的安全起見，首先根據(jù)《規(guī)程》，公路兩側(cè)取20 m的維護(hù)帶，然后在此基礎(chǔ)上，根據(jù)《條例》路基兩側(cè)再各取100 m禁采范圍。

故確定壓覆邊界時(shí)，公路用地外緣起兩側(cè)應(yīng)各取120 m。120 m禁采范圍線與后灣釩礦資源估算水平投影圖礦體邊界相交，由此確定的壓覆礦體范圍B范圍。

為了公路的安全，根據(jù)與會(huì)專家討論，取A與B范圍的并集。

2.3.2 砂金礦體范圍

根據(jù)《條例》第二十條:“禁止在公路橋梁跨越的河道上下游的下列范圍內(nèi)采砂:(一)特大型公路橋梁跨越的河道上游500 m，下游3 000m;(二)大型公路橋梁跨越的河道上游500 m，下游2 000 m;(三)中小型公路橋梁跨越的河道上游500 m，下游1 000 m?！?/p>

跨越寺灣和西簧兩個(gè)砂金礦的四個(gè)橋梁均為大型公路橋梁，故保護(hù)帶寬度在基本垂直大橋方向上游取500m，下游取2 000m。

2.4 資源儲(chǔ)量估算參數(shù)的確定

資源量估算圖均由MAPGIS軟件制成，塊段投影面積是在計(jì)算機(jī)上點(diǎn)擊屬性信息獲得面積，再乘以相應(yīng)比例尺求得。資源量估算采用的圖件比例尺為1∶1 000。其他參數(shù)據(jù)依據(jù)原報(bào)告。

2.5 資源儲(chǔ)量估算結(jié)果

采用水平投影地質(zhì)塊段法或地質(zhì)塊段法對擬壓覆區(qū)范圍的儲(chǔ)量進(jìn)行估算，得出的結(jié)果如下:壓覆釩礦礦石量81.29×104 t;壓覆寺灣(332)+(333)總礦砂量3 851 169 m3，總金屬量664.4 kg;壓覆西簧(332)+(333)總混合砂量2 593 610m3，總金屬量472.98 kg。

經(jīng)驗(yàn)證明，該技術(shù)方法所需要的各種參數(shù)是可以獲取的，在實(shí)際工作中是可行的［2］。

3 結(jié)語

(1)在估算擬壓覆資源儲(chǔ)量時(shí)，資源儲(chǔ)量估算水平投影圖法比垂直縱投影圖法更直觀易懂。

(2)估算建設(shè)項(xiàng)目擬壓覆資源儲(chǔ)量時(shí)，正確計(jì)算擬壓覆范圍邊界是關(guān)鍵。

(3)估算壓覆地下開采的礦產(chǎn)資源時(shí)，參考《規(guī)程》根據(jù)移動(dòng)角確定擬壓覆范圍。若有行業(yè)規(guī)范、條例，應(yīng)結(jié)合它們綜合考慮擬壓覆的范圍。

(4)壓覆露天開采的礦產(chǎn)資源時(shí)，綜合考慮露采境界、爆破距離以及相關(guān)行業(yè)規(guī)范條例規(guī)定的保護(hù)距離所確定擬壓覆范圍。

［1］張玉法，王大剛，王昌念等.高速公路壓覆煤炭資源節(jié)約與綜合利用的探討［J］.中國礦業(yè)，2012(4):41－44 .

［2］劉東華、刑永強(qiáng)、翟丹丹等.建設(shè)項(xiàng)目壓覆礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量技術(shù)方法研究—以南水北調(diào)中線一期工程總干渠為例［J］.河南科學(xué)，2010(9):1182－1188.