司家營露天采場精細化探礦方法及應(yīng)用

王 瑜 胡 其

（1.河北鋼鐵集團司家營研山鐵礦有限公司；2.河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司）

2020 年，國外鐵礦石輸入減少，國內(nèi)礦山行業(yè)新常態(tài)下，鐵精粉售價增高、礦山利潤水平較高。作為公司旗艦礦山的司家營鐵礦從生存和發(fā)展的大局出發(fā)，提出了以“市場”和“產(chǎn)品”為導(dǎo)向，以技術(shù)支撐為主題的精細化生產(chǎn)理念，通過對生產(chǎn)全過程的精準(zhǔn)控制，來提高產(chǎn)量、產(chǎn)率及效率，最終實現(xiàn)降本增效。作為礦山生產(chǎn)的第一道技術(shù)工序，地質(zhì)探礦工作的好壞直接影響著后續(xù)一系列技術(shù)工作準(zhǔn)確度，如計劃控制、采礦爆破、礦巖鏟裝、供配礦等，反映到最終產(chǎn)品上就是精礦產(chǎn)量及品位的波動。司家營鐵礦露天采場礦體多為厚度不大的條狀礦體，且分支復(fù)合現(xiàn)象較多，礦石品位波動較大，礦石的可磨可選性質(zhì)各異，這些因素導(dǎo)致供配礦及采、選工作比較被動。目前，地質(zhì)探礦工作還需根據(jù)公司生產(chǎn)實際進一步細化，對采場礦石的分布變化及空間屬性等信息的控制程度需要進一步提高，只有這樣才能為精細化采礦和配礦提供技術(shù)支撐。

1 礦山基本情況

1.1 地理位置

河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司司家營鐵礦位于河北省灤州市城區(qū)東南約7 km 處，隸屬灤州市響嘡鎮(zhèn)、李興莊鄉(xiāng)管轄，礦區(qū)距京山鐵路灤州市東火車站9 km，平（泉）—樂（亭）公路在礦區(qū)西南側(cè)通過，交通便利。

1.2 采場布局及現(xiàn)狀

1.2.1 采場布局

司家營鐵礦露天采場由北向南依次劃分為Ⅰ（N34～N18 線）、Ⅱ（N18～N6 線）、Ⅲ（S6～N4 線）3 個采場，分2期開發(fā)，一期開發(fā)Ⅱ、Ⅲ采場（N18～S6線），二期開發(fā)Ⅰ采場（N34～N18線）。根據(jù)礦體分布的平面位置，由東向西共分布4個主要礦體。礦體總體走向近南北，傾向西，傾角為28°～60°，多呈層狀或似層狀，部分呈透鏡狀或扁豆?fàn)睢５V體賦存于太古界單塔子群白廟子組地層中，層位穩(wěn)定。由于構(gòu)造和古地形的影響，厚度變化較大，形態(tài)變化較復(fù)雜，沿走向和傾斜均有突然尖滅、分支復(fù)合和膨縮現(xiàn)象。

1.2.2 開采現(xiàn)狀

Ⅰ采場為露天采場，早期地表曾有部分民采。前期礦山主要進行基建工作，主要為剝巖，礦山自2012 年度開始大規(guī)模開采。Ⅰ采場-54 m 水平以上臺階段高為12 m，-54～-67 m臺階段高為13 m，-67 m水平以下臺階段高為15 m。目前，主要開采-82～-217 m 臺階的III 號礦體，-142～-187 m 臺階的IV 號礦體也有少量開采。

Ⅱ采場為露天采場，-54 m 水平以上臺階段高為12 m，-54～-67 m臺階段高為13 m，-67 m水平以下臺階段高為15 m。目前，主要開采-97～-217 m 臺階的III、IV號礦體，-67～-202 m臺階中部及東南部的Ⅰ號礦體也有部分開采。

Ⅲ采場原為露天開采，后轉(zhuǎn)為地下開采，各水平段高為12 m。Ⅰ礦體已按設(shè)計全部采出，Ⅱ礦體-156 m 標(biāo)高以上已回采完畢，下部尚有少量設(shè)計開采范圍內(nèi)的資源量，但由于斜坡道在-108～-120 m 標(biāo)高段約30 m 長的巷道發(fā)生明顯錯位下移，該采場于2016年申請閉坑。

1.3 以往地質(zhì)勘探工作

司家營鐵礦礦區(qū)地質(zhì)工作歷史悠久，分別在1955、1969、1973、1978 和2015 年開展了5 次礦產(chǎn)普查，于2017、2018、2020 年開展3 次補充勘查，礦區(qū)范圍內(nèi)保有探明資源量（TM）6 005.0 萬t，控制資源量（KZ）26 672.0 萬t，推斷資源量（TD）6 825.7 萬t，資源量（TM+KZ+TD）合計為39 502.7萬t。

1.4 目前探礦方式存在的弊端

采場內(nèi)生產(chǎn)勘探形式以炮孔探礦為主，輔以掌子面測點素描和槽探，通過這3種方式來掌握礦體的賦存規(guī)律及礦石空間屬性。炮孔探礦和槽探只注重控制礦體整體形態(tài)，而對影響礦體形態(tài)的構(gòu)造及侵入巖的控制程度不夠，這些因素往往對礦體造成較大程度的破壞，影響到礦體的圈定及推斷，對后續(xù)的計劃編制、爆破及供配礦工作也造成一定影響；另外，這些探礦手段對礦石的品位和可磨可選性等礦石空間屬性相關(guān)的指標(biāo)控制程度還不夠。針對目前地質(zhì)探礦工作存在的問題，探索了一套涵蓋控制礦體形態(tài)、礦量及質(zhì)量整體情況的精細化探礦方法，補齊目前工作中的不足。

2 精細化生產(chǎn)勘探方式及質(zhì)量評述

為解決生產(chǎn)勘探中存在的不足，主要采用鉆探工程和取樣化驗。主要目的是控制礦體的賦存規(guī)律，摸清礦石質(zhì)量及可磨可選性。

2.1 測量工作及質(zhì)量評述

露天采場測量工作是基于連續(xù)運行參考基站，使用徠卡GPS1200、NA730 型水準(zhǔn)儀和TC402 型數(shù)字全站儀等儀器，儀器內(nèi)輸入測站點及后視點的坐標(biāo)及高程，用極坐標(biāo)方法對碎部點進行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)自動存儲于全站儀中，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將儀器記錄數(shù)據(jù)傳輸至計算機，將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為CASS 軟件數(shù)據(jù)格式，利用CASS軟件展繪野外采集數(shù)據(jù)。

點位平面誤差為0.012 m，高程誤差為0.011 m，精度滿足《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》要求（平面誤差≤10 cm，高程誤差不超過1/10等高距）。

2.2 地質(zhì)工作及質(zhì)量評述

地質(zhì)工作主要是通過鉆探地質(zhì)編錄、地質(zhì)測量和炮孔渣堆編錄等手段控制、修訂礦體位置。炮孔布置按7 m×8 m 網(wǎng)格狀布置，孔深一般為13～15 m，孔徑為310 mm。渣堆編錄地質(zhì)工作方法為垂直切割渣堆形成斷面，對渣堆斷面進行地質(zhì)編錄和取樣，根據(jù)地質(zhì)編錄和取樣化驗結(jié)果確定礦體位置，進一步查明礦石質(zhì)量。

地質(zhì)技術(shù)人員在鉆機正常鉆進情況下，每天到現(xiàn)場進行編錄。首先詳細檢查鉆探班報表，核實班報中記錄的回次進尺、孔深、簡易水文觀測等內(nèi)容是否齊全、準(zhǔn)確。之后檢查巖芯順序、隔板、巖芯編號及長度。上述檢查如發(fā)現(xiàn)錯誤，立即告知、監(jiān)督班報記錄人員核對、改正。檢查無誤后，對巖芯巖性特征和構(gòu)造特征等仔細觀察，之后分層描述。探礦工程地質(zhì)編錄質(zhì)量要符合規(guī)范要求，能夠作為編制綜合圖件的基礎(chǔ)資料。

礦山通過上述手段，進一步控制了生產(chǎn)臺階各礦體的形態(tài)、分布、產(chǎn)狀和礦石質(zhì)量，為編制采剝計劃、采礦生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

2.3 取樣化驗工作

2.3.1 樣品取樣

（1）基本分析。鉆孔取樣采用1/2 劈心法，樣長一般約2.0～4.0 m，對礦化均勻、礦石類型單一的礦段樣長適當(dāng)放大，最大不超過4.5 m。對厚度大于2.0 m的夾石單獨取樣。

（2）物相 分 析。分析項目為MFe、SiFe、CFe、SfFe、OFe、TFe。

2.3.2 化驗工作及其質(zhì)量評述

基本分析測試及物相分析均由河北省地礦局第二地質(zhì)大隊實驗室承做。

（1）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：①《巖石礦物分析》第四版；②《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范》（DZ/T 130.2—2006）；③《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范》（DZ/T 130.3—2006）。

（2）樣品選取縮分系數(shù)K=0.2。加工流程：先經(jīng)顎式破碎機粗碎至＜4 mm，經(jīng)過混勻、縮分，再經(jīng)輥式破碎機中碎至＜1 mm，混勻、縮分、留存粗副樣，最后經(jīng)棒磨機細碎至＜0.097 mm，留存細副樣。樣品加工質(zhì)量控制：粗中細碎階段損失率分別小于3%、5%、7%，縮分誤差小于3%。

（3）分析方法依據(jù)《巖石礦物分析》第一分冊（第三版）（DZG20—1）。全鐵：試樣經(jīng)氫氟酸、硫酸分解，重鉻酸鉀滴定法測定。磁性鐵：試樣經(jīng)永久磁鐵手選分離、鹽酸分解、重鉻酸鉀滴定法測定。氧化亞鐵：2+1 鹽酸、氟化鈉二氧化碳氣氛分解試樣，重鉻酸鉀滴定法測定。以上各項工作均按相關(guān)規(guī)范進行操作，以保證成果的準(zhǔn)確和真實。

3 礦體的二次圈定

礦山根據(jù)工程揭露和取樣分析結(jié)果等資料編制了水平斷面圖，修訂了各水平的礦體邊界，為礦山開采提供了地質(zhì)依據(jù)。本次根據(jù)礦山提供的分層平面圖、采剝現(xiàn)狀圖及探礦工程圖，編制了各水平的資源量估算斷面圖。

從圖1中可以看出，貯藏初期溶解氧下降很快，后期橡木桶中溶解氧基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，可能由于橡木桶具有一定的透性，使得空氣中的溶解氧進入到酒液中[19,20]，酒中微量的氧促進了醇類、醛類、酚類、酯類等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，產(chǎn)生了不同的風(fēng)味物質(zhì)，有利于加速酒體成熟、改善風(fēng)味、縮短陳釀時間[21]。初期酒中物質(zhì)氧化迅速，大量消耗溶解氧，造成溶解氧迅速下降，后期透過橡木桶的溶解氧緩慢與酒中物質(zhì)反應(yīng)，使得溶解氧水平維持穩(wěn)定。

3.1 礦體二次圈定的方法

通常情況下礦體的二次圈定以水平平面圖為底圖。將實測探槽端點與素描圖結(jié)合，生成探槽成果圖，結(jié)合取樣品位，重新圈定探槽所在水平礦體線。炮孔探礦的成果可以看作是一組網(wǎng)度為7 m×7 m 或者7 m×8 m 的加密鉆孔，將每個炮孔的位置及見礦情況生成炮孔柱狀圖，這樣就可以根據(jù)相鄰2個孔之間的見礦位置來判定礦體邊界，將每個爆區(qū)的一組炮孔與探槽素描圖結(jié)合，形成當(dāng)前水平的礦體界線［1-4］。

一般情況下，生產(chǎn)勘探成果只下推一個段高，根據(jù)探槽素描成果中的礦巖產(chǎn)狀推斷下一個水平礦巖界線位置，結(jié)合炮孔見礦情況，對礦巖邊界進行修正。掌子面素描成果用來修正上2種探礦的成果，只在礦體產(chǎn)狀變化較大及受構(gòu)造影響的情況下起輔助修正礦體的作用。

在進行礦體圈定時需要綜合考慮斷層及侵入巖的影響。斷層主要表現(xiàn)為對礦體的錯斷，造成局部礦體尖滅或者重復(fù)。一般先確定斷層線的位置，再將斷層兩側(cè)的礦體分別進行圈定；對于侵入巖的處理則分為2種情況，測量產(chǎn)狀的侵入巖（輝綠巖）按照礦體內(nèi)部夾巖處理，如果規(guī)模較大則按照圍巖處理；對于礦體內(nèi)部不規(guī)則形狀的偉晶巖，則要按照剖面法圈定形態(tài)。對于受構(gòu)造和侵入巖影響礦體斷面不規(guī)則的情況，則需要按照平面及剖面相結(jié)合的方式在三維模型中進行處理。在未考慮構(gòu)造及侵入巖的影響前，在平面上礦體連接是平滑的。由于構(gòu)造、侵入巖的影響造成了礦體的錯斷、變形、重復(fù)，反映到圖上，就出現(xiàn)礦體線的突然轉(zhuǎn)折（圖1）。

3.2 生產(chǎn)勘探前后礦體變化

精細化生產(chǎn)勘探后，采場內(nèi)礦體走向、礦石類型及礦量都較地質(zhì)勘探資料有明顯變化。礦體內(nèi)部小的夾石增多；在礦體中部氧化礦與原生礦穿插分布，氧化礦變多；從取樣的品位來看，礦石質(zhì)量明顯變差。

Ⅰ采場礦體變化情況主要表現(xiàn)為走向由原來的北東向變?yōu)榻媳毕?；Ⅰ、Ⅲ號礦體之間的圍巖厚度變化大，在N12、N13 線附近，礦體界限不明顯；Ⅲ號礦體西南部的條狀礦體經(jīng)生產(chǎn)勘探有較大變化，且負變明顯；礦體中的小夾石增多，氧化礦增多［5］。氧化礦集中分布在N10線以南及N12線以北區(qū)域。

Ⅱ采場礦體東側(cè)的分支并未向下延伸，在-127 m水平左右尖滅。垂直方向礦體厚度減少約20 m。礦石氧化程度沿走向變化無明顯規(guī)律。影響深部氧化礦分布的主要因素：①F4 斷層帶下盤氧化程度較上盤要高；②Ⅲ號礦體變化較大，對比原地質(zhì)剖面，礦體整體上移；③受F4斷層破碎帶構(gòu)造裂隙水影響，氧化原生礦界線較地質(zhì)勘探自-127 m 降至-202 m 水平，而且，受深部侵入巖分布區(qū)域的裂隙水影響，-300 m水平以下仍有較大量的氧化礦分布（圖2）。

3.3 礦石質(zhì)量

3.3.1 氧化礦礦石質(zhì)量

根據(jù)基本分析結(jié)果，靠近不整合面的Ⅳ號礦體上部和部分分布在F4 斷層上、下盤的Ⅲ號礦體氧化礦氧化程度較高。通過樣品分析結(jié)果的統(tǒng)計，磁性率普遍在4.3以上，最大值為10.97，平均值為6.36。TFe平均品位為28.24%，MFe 品位多小于5%，平均為6.39%，磁性鐵占有率為21.66%。這些礦石屬于強氧化礦，MFe含量低，磁性弱。

夾雜在原生礦和F4 斷層影響帶中其他成因的大部分氧化礦一般氧化程度不高，通過對該地段樣品分析結(jié)果的統(tǒng)計，磁性率略高于3.5，平均為4.05，TFe平均品位29.98%，MFe 平均品位為18.10%，磁性鐵占有率59.92%。

3.3.2 淺部原生礦礦石質(zhì)量

本次施工鉆孔中圈入原生礦的樣品，經(jīng)（樣長）加權(quán)平均統(tǒng)計，原生礦平均品位TFe 為28.01%，MFe 為23.44%，磁性鐵占有率為83.23%。

4 三維模型更新及賦值

4.1 礦石屬性信息獲取

司家營露天采場內(nèi)影響選礦生產(chǎn)的礦石指標(biāo)主要有TFe、FeO、磁性率以及礦石的可磨可選性等。通過精細化的探礦方式獲取了礦石質(zhì)量及可磨可選性信息，利用3Dmine軟件建立了涵蓋礦石品位、空間位置及可磨可選性等信息的數(shù)據(jù)庫，模擬出礦石屬性的空間位置，可在三維模型中直接提取品位及可磨可選性等指標(biāo)。

4.2 三維模型的更新

根據(jù)生產(chǎn)勘探工作進展，為了滿足編制中短期采剝計劃以及輔助供配礦工作的要求，需要及時進行模型的更新。

礦體模型的更新是三維地質(zhì)模型更新的重點，也是最為困難的部分，因為3DMine 軟件暫時還不能實現(xiàn)實體模型在三維狀態(tài)下更新，只能是對某2個水平進行局部更新，再將二次圈定的各水平實體模型合并成一個整體。在完成礦體二次圈定后，將相鄰的2 個水平分別賦予對應(yīng)標(biāo)高，然后通過3DMine 軟件提供的“實體更新”功能，對比礦體線變化前后的位置，對臺階局部變化的部分進行更新，先是將原來變化的部分刪掉，然后利用“局部連三角網(wǎng)”命令把刪掉的那部分用新的實體補上，最后將整個臺階的所有實體合并，即完成了礦體模型的更新。

礦體三維模型的更新是進行塊體模型更新及后續(xù)礦量計算的基礎(chǔ)。礦體模型更新后，結(jié)合鉆孔數(shù)據(jù)庫及探槽組合樣品點，再進行塊體模型的更新（圖3）。

4.3 塊體模型賦值

礦石指標(biāo)的賦值包括品位及磨選性賦值2 個方面，品位的賦值相對簡單，因為有大量的炮孔和探槽數(shù)據(jù)，并輔以精細化的探礦方式，采用距離冪次反比法進行賦值。而磨選性指標(biāo)由于數(shù)據(jù)較少，所以在已建立的塊體模型基礎(chǔ)上，首先通過提取磨選性指標(biāo)樣品點，采用距離冪次反比法賦值，再根據(jù)采場實際掌握情況對特定區(qū)域單一賦值。這就需要根據(jù)現(xiàn)場測量的坐標(biāo)，圈定這些礦石的具體范圍，最后體現(xiàn)在礦體的三維模型中。通過塊體模型顯示能夠直觀地分辨出即將供礦區(qū)域的礦石品位及可磨可選性情況。

5 實際應(yīng)用

目前，地測、計劃、采礦、質(zhì)檢等部門在勘探成果的利用上達成了共識，形成了有序的工作模式。探礦成果目前主要用于兩方面：一是指導(dǎo)供配礦工作，二是結(jié)合礦體變化情況對采場規(guī)劃提出優(yōu)化建議。

5.1 供配礦指導(dǎo)

詳細生產(chǎn)勘探對于供配礦的指導(dǎo)首先體現(xiàn)在編制供配礦計劃方面，根據(jù)最新的塊體模型，提取生成采場品位及磨選性指標(biāo)圖，將采場揭露的礦體劃分成一定比例的小塊，在編制計劃時綜合考慮整體配礦問題。

對于指導(dǎo)日常配礦方面，以采礦穿孔爆破的爆區(qū)為單位編制《爆區(qū)礦石質(zhì)量預(yù)計通知單》，將每個炮孔的位置、見礦情況、取樣品位、推斷礦巖界線以及爆區(qū)礦體的三維立體形態(tài)匯總成圖，結(jié)合對整個爆區(qū)礦體情況的理解，提出夾石剔除及供配礦建議。另外，匯總整個采場爆區(qū)的情況編制采場爆區(qū)礦石品位及可磨可選性，通過此圖件對采場爆區(qū)情況有整體了解，便于安排各爆區(qū)的出礦比例。

5.2 采場布局優(yōu)化及建議

采區(qū)內(nèi)采礦生產(chǎn)面臨著運距長、供礦點少、局部剝巖滯后等不利因素，為了確保公司采礦生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定進行，以多揭露礦石及優(yōu)化運距為目標(biāo)，提出了采場布局優(yōu)化方案：①東幫、北幫-97 m 臺階以上靠幫拓展東部采礦空間、釋放東幫礦量；②西北方向逐層采剝，直至-67 m 水平以下各臺階有滿足多臺階供礦的最小工作平臺；③西幫北段逐層處理直至滿足道路下移的需要；④考慮到礦石破碎站的建設(shè)，應(yīng)優(yōu)先推進采場西南方向的采剝工作；⑤西幫方面考慮道路優(yōu)化與治理相結(jié)合，隨著西幫靠界道路西移并形成折返道路，為破碎站建設(shè)留出空間。這些方案目前多數(shù)已經(jīng)實施。

目前，Ⅰ采場-82 m 水平以上基本完成靠幫作業(yè)，釋放了東幫的采剝空間；西北方向-18 m 水平以上已經(jīng)打開剝巖空間；北幫也已經(jīng)由上而下實施擴界。Ⅱ采場方面西幫目前治理至-18 m 水平，并將東幫治理列入2021年計劃。

6 結(jié)論

在司家營鐵礦露天采場內(nèi)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下，通過鉆探地質(zhì)編錄、地質(zhì)測量和炮孔渣堆編錄等精細化探礦手段，結(jié)合采區(qū)內(nèi)構(gòu)造及侵入巖的現(xiàn)狀，進行礦體的二次圈定，利用3DMine 軟件建立礦石質(zhì)量及可磨可選數(shù)據(jù)庫，更新礦體及塊體模型，準(zhǔn)確控制采場內(nèi)的礦體形態(tài)、礦量及礦石的空間屬性。此舉在司家營鐵礦的采剝生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，穩(wěn)定了礦石采出品位，對采場布局優(yōu)化、長遠規(guī)劃以及日常供配礦生產(chǎn)提供建議及技術(shù)支持，大大提高了資源利用率和公司的經(jīng)濟效益。該成果對掌握沉積礦床侵入巖的特征、應(yīng)用三維軟件處理探礦成果具有借鑒意義。