眼前山铁矿可崩性评价参数的模型估值方法研究

2020-09-21赵战锋夏长念陈小伟范立鹏张洪昌范文录

中国矿山工程 2020年4期

李光, 赵战锋, 夏长念, 陈小伟, 范立鹏，张洪昌，范文录

(1.鞍钢集团矿业有限公司眼前山分公司, 辽宁鞍山 114001；2. 中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

1 前言

自然崩落法是用普通的回采方法采出阶段内矿体某个水平的一薄层矿石，使阶段内的矿体失去支撑，矿岩在自身重力、原岩应力和节理裂隙的作用下崩落，将崩落的矿岩从阶段水平放出，使其上部的矿石继续破裂，并借助重力作用崩落。随着崩落开始后更多的岩石被放出，崩落在矿体中或矿块中向上扩展，直至到覆盖岩石崩落，并产生地表塌陷。破碎的矿石则通过位于拉底水平之下的生产水平(或叫出矿水平)运出，之间通过聚矿槽或漏斗连接。和传统的无底柱或有底柱分段崩落法相比，自然崩落法除了拉底和形成底部结构需要凿岩爆破外，其余的矿岩不需凿岩爆破，因此大大减少了炸药消耗量和采切工程量，生产效率高，劳动强度大大降低，因而采矿成本低，它是在生产成本上唯一能与露天开采相媲美的地下采矿方法[1-2]。

眼前山铁矿距鞍山市中心22km，北邻砬子山铁矿，西邻关门山铁矿，东邻谷首峪村，南邻洪台沟村。眼前山铁矿的矿体具有厚度大、产状陡和品位低等特点，相对适合自然崩落法采矿。自然崩落法采矿中首先需要解决的问题是可崩性评价，以往多数可崩性评价主要参数是在空间划分不同的工程地质域，在每个域内进行评价。本文基于采矿模型估值的思想，将每个可崩性评价参数赋予块体模型中，旨在得到更为精确和完善的可崩性评价结论。

2 地质背景

眼前山铁矿床大地构造位置位于中朝准地台(Ⅰ)胶辽台隆(Ⅱ)太子河—浑江台陷(Ⅲ)辽阳—本溪凹陷(Ⅳ)构造单元的西部，齐大山—西大背铁矿成矿带的南端[3]。矿区出露的地层为太古界鞍山群樱桃园组、下元古界辽河群浪子山组和新生界第四系地层。樱桃园组是矿区内分布最广的地层，总体走向270°～300°，倾向北东，倾角80°左右，出露厚度450m，由三个岩段组成，即底部千枚岩段，中部闪石磁铁石英岩、磁铁石英岩段和上部千枚岩段。浪子山组地层仅见于ⅩⅤ剖面北端，不整合覆盖在鞍山群千枚岩之上，岩石以绢云母千枚岩为主，底部见有砾岩、石英岩扁豆体断续分布。

矿区基本构造格局为陡倾斜单斜构造，走向270°～300°，倾向北东或南西。倾角70°～88°，局部直立。在单斜层基本构造格局上，产生一系列断裂构造，按其空间展布特征可分为走向断层、斜交断层和横断层三组。走向断层分布在矿体内和矿体的顶底板处，多被中性岩脉充填。斜交断层：是矿区最发育的一组断裂，对矿体破坏亦较大，呈315°～320°方向展布，倾向NE，倾角45°～80°。横断层是矿区内最晚的一期断裂，它切割走向和斜交两组断层，一般水平断距不大，断层带内由千枚岩、铁矿角砾充填，具体如图1所示。

图1 -123m标高地质图

矿区内岩浆岩较为发育，主要为太古代花岗岩，分布于矿体下盘及其两端，按其结构、构造及组成成分的不同，分为片麻状花岗岩、眼球状花岗岩，以片麻状花岗岩为主。

区内分布有中酸性、中性岩脉，多呈脉状，少数呈小岩体或岩墙状产出。见有闪长岩、花岗斑岩、伟晶岩脉、石英脉和正长斑岩等。

3 资源模型

3.1 基础数据

资源模型是可崩性评价模型的基础，所有可崩性参数的估值都将在资源模型上进行。本次研究建模共收集到66个钻孔和巷道工程数据，其中12个工程有测斜数据，其他工程测斜数据根据剖面钻孔形态提取，分析样品共计1 691个。样品全铁品位直方图如图2所示，样品平均品位29.13%。

图2 样品全铁品位直方图

3.2 矿体模型

建模中使用已经完成地质报告剖面中矿体的圈定成果，对于矿石类型进行了合并，矿石类型分为磁铁矿、赤铁矿和碳酸铁。

建模采用距离平方反比法来对未知块进行品位估值，模型的块尺寸为10m×10m×10m。估值椭球体产状：倾向15°，倾角70°。基本搜索半径：120m×80m×20m(走向×倾向×厚度)。估值最少样品数3个，估值最多样品数9个。资源量级别采用手工圈定的方式确定。

4 可崩性评价参数模型估值

4.1 岩性模型

矿区内岩性类型相对复杂，为了有效的指导生产，同时建模相对方便，本次研究将矿区内千枚岩、云母石英片岩、绿泥石英片岩和绿泥角闪岩等组合简化为千枚岩(岩性代号1)，矿体下盘片麻状花岗岩和眼球状花岗岩简化为花岗岩(岩性代号2)，矿石分为磁铁矿(岩性代号10)、赤铁矿(岩性代号20)和碳酸铁矿(岩性代号30)。岩性建模的方法是利用剖面圈定不同岩性，在空间上连接为线框模型，在线框模型中赋以岩性代码。

4.2 构造模型

矿区构造运动经历了太古宙构造运动到新构造运动的漫长的演化历史，形成了现在复杂的构造格局。但对于矿石可崩性影响较大的还是中—新生代脆性断裂变形，因此构造模型主要构造为成矿后断裂构造。构造建模的方法是利用剖面构造研究成果，在空间上连接为线框模型，在构造通过的块上赋值，表示该块中有断层通过。

4.3 节理裂隙模型

眼前山铁矿可崩性研究中通过传统测线法和三维激光扫描法对巷道结构面进行统计分析。调查显示眼前山铁矿东部矿区巷道中岩体主要发育有3组优势节理组，其产状主要为22°∠76°、194°∠81°和274°∠33°。

根据优势节理组产状，将矿区崩落范围内的节理裂隙分为三组，F1:0°～90°(倾向)；F2:90°～180°(倾向)；F3:180°～360°(倾向)。节理裂隙模型估值分为两步，首先将每个块内包含的节理数量写入模型中，然后根据节理产状将节理数量作为变量估值，从而形成节理裂隙模型。块包含节理数量估值参数：模型块尺寸10m×10m×10m，搜索范围为矩形。F1:倾向30°、倾角60°，10m×10m×10m；F2:倾向150°、倾角30°，10m×10m×10m；F3:倾向260°、倾角60°，10m×10m×10m。样品数量最少1，最多200。模型中节理类型密度估值参数：F1倾向30°、倾角60°，200m×200m×20m；F2倾向150°、倾角30°，200m×200m×20m，F3倾向260°、倾角60°，200m×200m×20m。样品数量最少2，最多6。