采矿学教学课件金属矿床露天开采露天开采n绪论n矿床品位与储量计算n岩石的力学性质及分级n最终开采境界的确定n露天开采程序n露天矿生产计划n露天矿床开拓n露天开采的生产工序n矿山技术经济第一章 第一章 矿床品位与储量计算矿床品位与储量计算n概述n探矿数据及其预处理n取样数据的统计学分析n品位矿量曲线n品位、矿量计算的垂直断面法n品位、矿量计算的水平断面法n三维块状模型n地质统计学法n影响范围1 1 概述概述n投资一个矿床开采项目，首先必须估算其品位和储量 ：品位估算、矿体圈定和储量计算是一项影响深远的工 作，其质量直接影响到投资决策的正确性和矿山规划及 开采计划的优劣。这一工作做不好，可能导致两种对投 资者不利的决策。n准确地估算出一个矿床的矿量、品位绝非易事：已知 数据量对于被估算的量往往是一比几十万及至几百万的 关系。 n常用的矿量、品位估算方法：探矿数据的分析、处理 和用于品位估值的剖面法、平面法、矿床模型法、地质 统计学法等。 2 2 探矿数据及其预处理探矿数据及其预处理n矿床勘探方法n钻孔取样 n样品组合处理 n极值样品(Outlier)处理 矿床勘探方法地质勘探地球物理勘探地球化学勘探遥感探测地质构造岩浆岩 槽探坑探钻探 光片簿片包裹体 重砂化石同位素电法勘探磁法勘探地震勘探重力勘探核物探晕，流，EH，PH，DDS波段，滤波，色彩，影像 氡Rn，氦He,钋PO航空，地面地震，浅震地面测量 悬丝，岃口，MP-4传导类电法勘探 直流电法 DUK1感应类电法勘探 电磁法 EH4电测剖面法电测深法中间梯度法充电法自然电场法一次电位测量二次电位测量（激发极化法）连续波电磁法脉冲瞬变场法航空电法航磁EH-4电导率成像系统简介 n岩土电导率分层n地下水探深n基岩埋深调查n煤田高分辨率电探n金属矿详查和普查n环境调查n咸、淡水分界面划分n勘探深度1000米以上设备配置及性能、用途 nEH-4电导率成像系统主机nAFE-EH4型模拟前放单元nTX-IM2型发射机nBE-26型主频率电级nBF-IM型磁性场传感器nEMAP软件，系统参数设置及数据采集、分析 系统nBF-IM10磁性场传感器（0.1-1000Hz）n低频率Cu-CuSO4电极（50m电缆）EH-4系统性能、用途 性能n主频率时（10Hz- 100KHz） ，测深在10 mn使用低频探头时（低 频段可到0.1Hz），测深 可达12001500mn二维剖面成像用途 地下水调查 工程地质调查 金属矿找矿 基岩起伏调查 地质构造填图 岩层孔隙率调查EH4工作环境 （一）n只能在地表进行测量，EH4是基于半空间理论 进行测量的。n工作温度：0-50。n测点设计时常受到地区道路、噪声和人文设施 的影响，因此，在布置测线和采集野外数据时考 虑这些设施，并且在靠近人文设施处采集时（例 如围墙或电力线），在认可采集结果之前先严格 检查数据的可靠性。EH4工作环境 （二）为了最大限度地减小干扰的影响，测点应当：n离开电力线200mn离开金属管线30mn离开有地线的围墙50mn离开建筑物40mn离道路线20m（了解测量期间交通的情况）人文设施（例如围墙）对发射讯号有干扰，因 此采集的数据会发生畸变。噪声源（例如电力线 和无线电台）的干扰，有时甚至会淹没由 Stratagem发射机发射的讯号。EH4工作原理1. 原有大地测量仪器的限制 2. EH-4全新概念 3. EH-4工作原理原有大地测量仪器的限制原有大地测量仪器的限制n电探仪，有源测量方法，需要向地下直接供电 ，野外劳动强度大，效率低；另一方面，电探仪 采集到的视电阻率值属于标量范畴，对辨别地下 二度体异常的走向无能为力。n大地电磁同属于电探，是无源测量。利用天然 电磁场，避免了大电流供电，但天然电磁场不稳 定（见下页图）。n其它物探方法，如地震勘探法，自4050年代 之后都开始大展身手，适用于深度大的宏观测量 。 大地电磁场的频谱特点大地电磁场的频谱特点EH-4全新概念n应用大地电磁法的原理，使用人工和天然电磁 场两种场源；n具有有源电探法的稳定性及无源电磁法的节能 和轻便；n同时接收和分析X、Y两个方向的电场和磁场， 反演X-Y电导率张量剖面，对判断二维构造特别 有利；n仪器设备轻，观测时间短，这使它可以轻而易 举实现密点连续测量（首尾相接），进行EMAP 连续观察（见图2）；n可扩展性，插入地震板，当地震仪使用。EH-4EH-4野外连续数据采集野外连续数据采集菲律宾菲律宾工作地点工作地点实例实例2.1 2.1 钻孔取样钻孔取样勘探线勘探线2.1 2.1 钻孔取样钻孔取样根据钻孔取样数据绘制 根据钻孔取样数据绘制 直观的钻孔柱状图。直观的钻孔柱状图。取岩芯的一半化验，另 取岩芯的一半化验，另 一半备用。化验结果记录在一半备用。化验结果记录在 “ “钻孔岩芯取样化验结果记钻孔岩芯取样化验结果记 录表录表” ”中。中。在矿量和品位计算前， 在矿量和品位计算前， 一般需要对取样数据进行预一般需要对取样数据进行预 处理，包括样品组合和处理，包括样品组合和“ “极极 值值” ”样品的处理。样品的处理。2.2 2.2 样品组合处理样品组合处理样品组合处理就是将几个相邻样品组合成为一个组合样品组合样品 。组合方法组合方法：将组合段内各样品品位进行加权平均。对钻孔取样进行台阶样品组合处理的意义对钻孔取样进行台阶样品组合处理的意义n对取样数据进行统计学、地质统计学分析，以及利用 取样值进行品位估值时，只有当每个样品具有相同的支 持体，即每个样品的体积相同时，分析计算结果才有意 义。n露天开采在一个台阶高度内采用不同的取样品位是毫 无意义的。n组合样品的品位较原样品品位变化小，在一定程度上 减轻了“极值”品位对分析计算的影响，也使样品的统计分 布曲线和半变异函数曲线趋于规则。n样品组合处理减少了样品总数，节省计算机内存和计 算时间。 2.3 2.3 极值样品极值样品( (Outlier)Outlier)处理处理极值样品极值样品是指那些品位值比绝大多数样品的品位（ 或样品平均品位）高出许多的样品，它们在贵重金属矿 床较为常见。处理方法：处理方法：n限值处理：将极值样品的品位降至某一上限值。n删除处理：将极值样品从样本空间中删去，不参与分 析计算。注意： 注意：使用上述处理方法时，应特别谨慎谨慎。因为极 值样品虽然数量少，但由于其品位很高，对矿石的总体 品位和金属量的贡献值都很大。因此，不加分析地进行 降值或删除处理，会严重歪曲矿体的实际品位和金属含 量，人为地降低矿体的开采价值降低矿体的开采价值。3 3 取样数据的统计学分析取样数据的统计学分析n主要目的n取样品位的统计分布规律 3.1 3.1 主要目的主要目的n确定品位的统计分布规律及其特征值；n确定品位变化程度；n确定样品是否属于不同的样本空间；n根据样品的分布特征，初步估计矿床的平均品 位以及对于给定边界品位的矿量和矿石平均品位 。 3.2 3.2 取样品位的统计分布规律取样品位的统计分布规律30%15%050%25%02.01.0 %Cu ( a )5025 %Fe ( b )图(a)是一品位变化程度中等的正态分布，这样的分布在矿体厚大的 层状或块状的硫化类矿床（如铜矿）中最为常见；图(b)是一品位变 化小的正态分布，常见于铁、镁等矿床； 3.2 3.2 取样品位的统计分布规律取样品位的统计分布规律630%30%15%15%003 g/t Au图(c)是一对数正态分布（即品位的对数值服从正态分布），品位变化大 ，此类分布常见于钼、锡、钨以及贵重金属（如金、铂）矿床；图(d)是 一“双态”分布，即分布曲线是由两个不同分布组成的，说明样品来源于 不同的样本空间。 ( d )(c)4 4 品位矿量曲线品位矿量曲线n边界品位是用于区分矿石与废石的临界品位值 ，矿床中高于边界品位的部分是矿石，低于边界 品位的是废石。 50403020103210边界品位（g / t）矿 量 (Mt)应用品位矿量曲线进行品位、矿量分析时，必 须注意以下几点n品位分布是从样品值的分布得出的，分布的特征值只能用估计值 ；n露天开采时，最小选别单元在体积上要比样品大得多，如果把整 个矿床分为体积为最小选别单元的小块（称为单元体），那么这些 小块的品位分布较样品品位分布更为集中（即方差更小）。因此根 据样品分布计算的品位矿量曲线并不能用来预报将被采出的品位 矿量关系。n单元体的真实品位是未知的，单元体是否是矿石，不是根据其真 实品位确定的，而是根据对单元体的品位的估计值确定的。由于估 计有误差，根据估计值得出的品位矿量曲线与实际采出的品位 矿量关系有一定的差别。 5 5 品位、矿量计算的垂直断面法品位、矿量计算的垂直断面法301500 00183425 3023242619303419100121814 201914282117 1623 23242516 23322735 30232433292028262718312225 193329263014 1821302616262821 23182526251521标有取样品位的剖面图第一步：沿勘探线做垂直剖面，将勘探线上的钻孔及其取样品 位标在剖面图上；5 5 品位、矿量计算的垂直断面法品位、矿量计算的垂直断面法第二步：根据给定的边界品位进行矿体圈定。下图是当 边界品位等于25时根据上图中的取样品位圈定的矿体 示意图。 边界品位为25时矿体圈定示意图301500 00183425 3023242619303419100121814 2019142821171623 232425162 3232 3322735 30232433292028262718312225 193329263014 1821302616262821 231825262515215 5 品位、矿量计算的垂直断面法品位、矿量计算的垂直断面法第三步：矿体圈定完成后，可用求积仪求得每个断面上的 矿石面积，然后就可以进行矿量计算。 第四步：计算矿体的平均品位：(a)对穿越矿体的每一钻孔的样品进行“矿段样品组合 ”，求出组合样品的品位；(b)求出每一组合样品的影响面积。该面积是以钻孔 为中线向两侧各外推二分之一钻孔间距得到的矿体面积；(c)对组合样品品位以其影响面积为权值进行加权平 均计算，求出矿体在断面上的平均品位；(d)一条矿体的总平均品位是该条矿体在各断面上的 平均品位以断面所代表的矿量为权值的加权平均值。 6 6 品位、矿量计算的水平断面法品位、矿量计算的水平断面法在露天矿山，矿石的开采是分台阶进行的，因 此用于矿量、品位计算的一个水平断面即为一个 台阶。常用的水平断面法有：n多边形法n三角形法。 6.1 6.1 多边形法多边形法s-48 0.406600N300 N600E300Es-20 0.175s-22 0.417s-21 0.489s-14 0.140s-13 0.427s-12 0.377s-24 0.685s-11 0.396s-23 0.215s-38 0.392s-37 0.320s-36 0.717s-15 0.806s-16 0.889s-35 0.475s-19 0.092s-18 0.089s-2 0.893s-17 1.009s-1 0.719s-27 0.453s-26 0.833s-25 0.230 s-40 0.102s-41 0.023s-8 1.365s-42 0.915s-9 1.335s-43 0.519s-10 0.572s-44 0.040s-7 0.644s-46 0.258s-3 0.638s-37 1.615s-6 0.765s-45 0.034s-30 0.465s-28 0.409s-39 0.476s-50 0.012s-49 0.996s-31 0.063s-47 0.165s-51 0.228s-5 0.295s-33 0.027s-4 0.188s-