金属矿露天开采1

1、.：.；第一篇 金属矿床露天开采第一章 档次与储量计算第一节 概述投资一个矿床开采工程，首先必需估算其档次和储量。一个矿床的矿量、档次及其空间分布是对矿床进展技术经济评价、可行性研讨、矿山规划设计以及开采方案优化的根底，是矿山投资决策的重要根据。因此，档次估算、矿体圈定和储量计算是一项影响深远的任务，其质量直接影响到投资决策的正确性和矿山规划及开采方案的优劣。从一个市场经济条件下的矿业投资者的角度看，这一任务做不好能够导致两种对投资者不利的决策：(1)矿体圈定与档次、矿量估算结果比实践情况乐观，估计的矿床开采价值在较大程度上高于实践能够实现的最高价值，致使投资者投资于利润远低于期望值，甚至带来

2、严重亏损的工程。(2)与第一种情况相反，矿床的矿量与档次的估算值在较大程度上低于实践值，使投资者错误地以为在现有技术经济条件下，矿床的开采 不能带来可以接受的最低利润，从而放弃了一个好的投资时机。然而，准确地估算出一个矿床的矿量、档次绝非易事。大部分矿体被深深地埋于地下，即使有露头，也只能提供接近地表的部分信息。进展矿体圈定和矿量、档次估算的知数据主要来源于极其有限的钻孔岩心取样。知数据量相对于被估算的量往往是一比几十万乃至几百万的关系，即对一吨岩心进展取样化验的结果，能够要用来推算几十万乃至几百万吨的矿量及其档次。可以不过分地说，矿量、档次的估算是世界上最大胆的外推。因此，矿体圈定与矿量、档

3、次估算不仅是一项非常重要的任务，而且是一项极具挑战性的任务。做好这一任务要求掌握现代实际知识与手段，并运用它们对有限的知数据进展各种详细、深化的定量、定性分析；同时也要求从事这一任务的地质与采矿工程师具有科学的态度和务虚精神。本章将较详细地引见当今世界上常用的矿量、档次估算方法，包括探矿数据的分析、处置和用于档次估值的剖面法、平面法及矿床模型法等。地质统计学作为档次估值的一种方法，从其诞生起就显示了强大的生命力，得到了越来越广泛的运用，本章对此给予较大的篇幅。本章的主要目的不是教会读者如何一步一步地运用所引见的方法，对一个矿床进展矿量、档次估算，而是使读者了解这些方法的内涵，为读者提供在不同条

4、件下运用最合理的分析、评价方法所需的知识根底。第二节 探矿数据及其预处置一、 钻孔取样表11 钻孔岩芯信息记录 钻孔号：zk10； 孔口坐标：6086.21E，6821.68N，205.01； 设计深度：M；实践深度：143.26M；开孔方位角： 开孔倾角：90o； 开孔日期：1994年10换 层 深 度 每层提取每层岩芯岩石矿石描画自(M)至(M)合计(M)岩芯长度(M)采取率(%)0.0013.9313.93表土层13.9330.6916.761.69.5云母石英岩：黄绿色，片状构造，主要组成矿物为石英( 约2530)，云母(约)和角闪石约，其次有些磁铁矿。30.6943.0312.349

5、.778.61阳起磁铁石英岩：钢灰色灰白色，细粒构造，主要组成矿物为石英(约 )，磁铁石(约)，阳起石(约)。 ： : :： 用于矿体圈定与矿量、档次估算的数据主要来源于探矿钻孔的岩心取样。钻孔普通按照一定的网度布置在一些叫做勘探线的直线上图1-1。在钻孔过程中，每钻一定深度普通在3米左右将岩心取出，做好标志后按顺序放在箱中供搬运、储存和化验。地质人员对取出的岩心进展定性察看和简单的测试，以确定每一段岩心的主要物理特性，如岩心长度、岩性、颜色、硬度等，并记录下来，构成对钻孔穿过地段的地质特性的定性描画。表1-1是一个钻孔的岩心观测结果的部分记录表 。为直观起见，经常把表中的数据和文字描画绘成钻

6、孔柱状图图1-2。为了确定岩心的化学成分和档次，将岩心的一半送往化验室进展化验，另一半保管下来备用。样品的化验结果记录在如表1-2所示的表中，或输入计算机的数据库中。手工记录时常将表1-1和表1-2合并为一个表，称为钻孔地质资料记录表。对一切钻孔的定性描画和取样化验结果构成了勘探区域的根本地质数据，这些取样化验数据是进展矿体圈定和矿量、档次估算的根据。在矿量和档次计算前，普通需求对取样数据进展预处置，包括样品组合处置和“ 表1-2 钻 孔 岩 芯 取 样 化 验 结 果 记 录 钻孔号：zk10； 孔口坐标：6086.21E，6821.68N，205.01； 设计深度：M；实践深度：143.2

7、6M；开孔方位角： 开孔倾角：90o； 开孔日期：1994年10试样号采 样 间 隔化学分析结果(%)备 注自(M)至(M)合计(M)TFeFeSFe108330.6933.693.0029.8016.6022.50108433.6936.693.0032.2015.6025.10108536.6939.693.0032.9516.0028.00108639.6943.033.3426.4014.0021.00：:：: 二、样品组合处置样品组合处置就是将几个相邻样品组合成为一个组合样品，并求出组合样品的档次。当矿岩界限清楚，且在矿石段内垂直方向上档次变化不大时，经常将矿石段内即上下矿岩界限之间

8、的样品组合成一个组合样品图133，这种组合称为矿段组合。组合样品的档次是组合段内各样品档次的加权平均值，即 (1-1)式中，li为第i个样品的长度；gi为第i个样品的档次；n为矿石段内样品个数。式1-1中用的是长度加权，是最常用的方法。假设不同样品的比重相差较大，可以采用分量加权法。对于拟用露天开采的矿床，更具实践意义的样品组合处置是台阶样品组合，即把一个台阶高度内的样品组合成一个组合样品图1-4。组合样品的档次为： (1-2)式中，H为台阶高度。当一个样品跨越台阶分界限时如图1-4中第一和第五个样品， 在计算中样品的长度取落于本台阶的那部分长度即图1-4中的l1和 l5对钻孔取样进展台阶样品

9、组合处置的意义在于：(1)对取样数据进展统计学、地质统计学分析，以及利用取样值进展档次估值时，只需当每个样品具有一样的支持体，即每个样品的体积一样时，分析计算结果才有意义。(2)露天开采在垂直方向上是以台阶为开采单元的，一旦台阶的参考标高和台阶高度被确定，沿台阶高度无论档次如何变化，也无法进展选别开采。因此，在一个台阶高度内采用不同的取样档次是毫无意义的。(3)组合样品的档次较原样品档次变化小，在一定程度上减轻了“极值档次对分析计算的影响，也使样品的统计分布曲线和半变异函数曲线这些概念将在以后几节讲述趋于规那么。(4)样品组合处置减少了样品总数，节省计算机内存和计算时间。三、极值样品(Outl

10、ier)处置极值样品是指那些档次值比绝大多数样品的档次或样品平均档次高出许多的样品，它们在贵重金属矿床较为常见。例如，在一金矿床取样1000个，经化验，这些样品的平均档次为10克/吨，其中有 十个样品的档次在100克(1)限值处置：即将极值样品的档次降至某一上限值。比如在上述例子中，将一切高于100克/吨的样品的档次降至100克(2)删除处置：即将极值样品从样本空间中删去，不参与分析计算。运用上述处置方法时应非常谨慎。虽然极值样品在数量上占样品总数的比例很小，但由于其档次很高，对矿石的总体档次和金属量的奉献值都很大。因此，不加分析地进展降值或删除处置睬严重歪曲矿床的实践档次和金属含量，人为地降

11、低矿床的开采价值。这一点可用下面的例子阐明。假设对一金矿床进展钻探取样后得知，档次值服从对数正态分布图1-5。一切样品的平均档次为=10克/吨，中值为m=3克/ 吨即高于3克/吨和低于3克/吨的样品各占50；有1的样品档次高于100克/吨。假设将这1的极值样品取出，单独计算其平均值，得190克/吨。那么这1的样品对矿床总金属量的奉献为1901/ =1.9/10=19%。也就是说，百分之一的数据量代表的是百分之十九的金属量！假设取边境档次为3克/吨高于3克/吨为矿石，否那么为废石，矿石的平均档次即高于3克/吨的那部分样品的平均档次经计算为16克/吨。 假设把极值样品从样品空间删除，矿石的平均档次

12、变为16501901/50112.45克/吨，也就是说，矿石档次被低估了22。假设将极值样品进展限值处置，将其档次值降到100克/吨，矿石的平均档次变为g/tm=3g/tm=3=101001.0%图1-5金矿取样档次对数正态分布表示图在正常、稳定的经济环境中，采矿的利润率也就是15左右。因此，不加分析地将极值样品进展删除或限值处置，很能够将本来可以获取正常利润的矿床人为地变为没有开采价值，从而导致错误的投资决策。这对于一个在市场经济条件下，以盈利为主要目的的矿业投资者来说，无疑是一个艰苦的决策失误。这里必需廓清的是，极值样品是实真实在存在的有效样品，并不是指那些由于化验或数据录入错误呵斥的、具

13、有“错误档次值的样品。假设有根据以为某些样品的档次是错误的，将这些样品从样本空间中删除不仅是合理的而且是必要的。对极值样品的最理想的处置方法是，经过对探矿区域的地质构造和成矿机理进展深化分析，将这些样品的发生区域或构造划分出来，在进展档次与矿量的分析计算时，这些样品只参与其发生区域的档次与矿量计算，而不把它们外推到发生区域之外。但是在大多数情况下，由于钻孔网度大，知的地质信息满足不了这种区域划分的要求。这时，可以将矿床看成是由两种不同的矿化作用构成的：样品中占绝大多数的“正常样品可以看作是由主体矿化作用产生的样本空间；极值样品是由次矿化作用产生的样本空间。然后利用统计学方法计算出空间任一点属于

14、每一类矿化作用的概率，再根据这些概率计算矿床的档次与矿量。这一方法超出了本书的范畴，有兴趣的读者可参阅 Journel(1988)和Parker等人(1979)的论文。第三节 取样数据的统计学分析对取样数据进展上述的预处置以后，做一些统计学分析可以提供不少有关矿床的有用信息。因此统计学分析经常是取样数据分析的第一步。对数据进展统计学分析的主要目的是确定：(1)档次的统计分布规律及其特征值；(2)档次变化程度；(3)样品能否属于不同的样本空间；(4)根据样品的分布特征，初步估计矿床的平均档次以及对于给定边境 档次的矿量和矿石平均档次。一、取样档次的统计分布规律为了确定取样档次的统计分布规律，首先

15、将取样档次值绘成如图1-6所示的直方图。图中横轴为档次，竖轴为落入每一档次段的样 品数占样品总数的百分比。从直方图的轮廓线外形可以看出档次大体上属于何种分布；从直方图在横轴方向的分散程度可看出取样档次的变化程度。图1-6给出的是几种常见的档次分布情况。图(a)是一档次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)是一档次变化小的正态分布，常见于铁、镁等矿床；图(c)是一对数正态分布即档次的对数值服从正态分布，档次变化大，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，阐明样品来源于不同的

16、样本空间。双态分布阐明在矿床中很能够存在不同类型的矿石，或在不同区域呈现不同的成矿特征。假设图(d)所示的情况出现，就需求对矿床地质和成矿机理进展深化分析，尽能够找出对应于不同分布的区域，然后对矿床进展区域划分，把来源于每一区域的样品进展分别，并做单独分析计算。30%15%30%15%050%25%02.01.0%Cu( a )5025%Fe( b )( c )630%30%15%( c )630%30%15%15%003g/t Au( d )图1-6常见取样档次分布规律的直方图不同类型的矿床，其取样档次服从不同的统计学分布规律，但大多数矿床的档次服从正态分布或对数正态分布。下面对这两种分布的

17、特征值及置信区间计算作简要引见。二、正态分布检验样品值能否服从正态分布的一个简一方法是将样品的累加发生频率即小于某一档次的样品数占样品总数的百分比与档次绘在正态概率纸上图1-7。图中横坐标为累加概率，纵坐标为档次。假设 数据点根本落在一条直线上，那么就可以将样品的分布看成是正态分布。正态分布的特征值有均值和方差。和的真值是未知的。当我们获得n个样品，每个样品的值为xi(i=1,2,n)时，和的估计值可分别用下面的式子计算。 (1-3)(1-4)或 (1-5)S2的平方根S是样本空间均方差的估计值。从统计学实际可知， 一个正态样本空间的均值的估计量也服从正态分布，其均值为，方差为(1-6)图1-

18、7 正态分布概率图令yi为(xi+)的自然对数，即yi =loge(xi+)(1-11)那么(X+)的对数均值用下式估计(1-12)(X+)的几何均值m的估计值为(1-13)对数方差的估计值为 (1-14)或(1-15)三参数对数正态分布的均值，几何均值m与对数方差之间存在以下关系 (1-16)当利用上面的公式从样品值计算出对数正态分布的特征值的估计值和以后，就可以获得均值的估计值：(1-17)式中，为从附表1-2中根据n和Se2查得的系数，例如当n=10，Se2=1.4时、为1.936。当n1000时，可用下式计算：(1-18)置信度为1-2p的均值置信区间计算公式为：区间上限：(1-19)

19、区间下限：(1-20)式中，为从附表1-3a中根据n和查出的系数。附表1-3a列出的是当p=0.95时的值，附表1-3b列出的是当p=0.05时的值。更为完好的表可以在有关概率统计书中找到。当n很大(1000)时，p可用下式计算：(1-21)式中，tp是从学生分布表附表1-1中查得的数值。例1-1：设从一金矿床取样10个，取样档次服从二参数正态分布，即=0。运用式(1-12)至(1-14)计算得：对数均值：=0.600，几何均值 ：=1.822，对数方差 ：=0.050。试估计矿体的平均档次和90置信区间。解：从附表1-2中查得：当=0.04和n=10时=1.020，当=0.06和n=10时，

20、=1.030。因此，对于=0.05和n=10，线性插值得=1.025。运用公式(1-17)，算得平均档次的估计值为：1.8221.025=1.868置信度为90即0.9时，p=0.05，1-p=0.95。从表3a和3b中分别查得：0.95=1.1940.05=0.897因此置信区间为：上限：下限：也就是说：有90的能够性，平均档次的真值是在1.676和2.230之间。第四节 档次矿量曲线边境档次是用于区分矿石与废石的临界档次值，矿床中高于边境档次的部分是矿石，低于边境档次的是废石。很显然，边境档次定的越高，矿石量也就越小。因此，边境档次是一个重要的参数，它的取值将经过矿石量及其空间分布影响矿山的消费规模、开采寿命和矿山开采规划。在一定的技术经济条件下就一给定矿床而言，存在着一个使整个矿山的总经济效益到达最大的最正确边境档次。边境档次的优化是当今世界矿业界的艰苦科研课题之一，但由于超出本节范围，这里不加详述。504050403020103210边境档次g / t矿量(Mt) 图图 1-10 档次-矿量曲线表示图将一系列边境档次和与之相对应的矿石量绘成曲线就构成所谓的档次矿量曲线图1-10，由上面对边境档次的定义可知，档次矿量曲线是一条递减曲线。由于档次矿量曲线指明了任一给定边境档次条件下的矿石量，它是对矿床进展初步技术经济评价