矿山地质学

矿山地质学湖南有色金属职业技术学1.矿山地质学•矿山地质是一门介于地质与采矿学科之间的边缘应用学科。它研究矿床开采阶段为保证矿山有计划持续正常生产、资源合理利用以及扩大矿山规模、延长服务年限所需进行的各项地质工作的基本原理和方法。1.1基本任务•矿山地质工作的基本任务是为矿山的生产和建设服务，主要包括：•①利用探矿及采矿坑道，深入细致地研究矿体产状、矿石质量及影响采矿的地质条件，以提高对矿产储量的控制程度，及时掌握储量变动情况，保证采掘计划均衡进行。•②指导采掘工作的方向，参与探、采工程的施工管理与验收。•③矿山资源的合理开采和利用，测定及检查矿石的损失与贫化，检查、验收矿石的质量和产量，以及伴生有益组分的回收利用等。•④开展矿山深部和外围探矿，为扩大矿山的生产能力或延长生产年限，增补所需要的矿产储量。•⑤及时解决水文地质、工程地质（如边坡稳定、采空区塌陷）等影响矿山安全生产的各种地质问题。•⑥充分利用矿山生产所提供的丰富资料及有利条件，进行矿床地质理论等方面的研究。•总之，矿山地质工作的主要职能有服务生产、管理生产、监督生产、延长矿山服务年限1.2工作内容•①生产勘探•②矿山经常性生产中的地质管理•③及时对各项采矿和探矿工程进行编录和取样•④矿山资源保护和综合利用•⑤矿山环境地质研究•⑥矿山岩体移动等工程地质、水文地质的综合及专门观测和研究•⑦矿山地质经济研究2.地质学基础知识简介•2.1矿及围岩•矿是蕴藏在地层中可供开采利用的物质•矿石是在现代技术经济条件下，能以工业规模从中加工提取金属或其他有用产品。包含有用矿石矿物和无用脉石矿物。•矿体是具有一定形状、产状和规模产状，并具有开采价值的矿石堆集体。•围岩是指矿体周围的岩石。2.2岩石及地层•沉积岩：暴露在地壳表层的岩石在地球发展过程中遭受各种外力的破坏，破坏产物在原地或者经过搬运沉积下来，再经过复杂的成岩作用而形成的岩石。。•岩浆岩：或称火成岩，是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的65%。岩浆是在地壳深处或上地幔产生的高温炽热、粘稠、含有挥发分的硅酸盐熔融体•变质岩：地壳中原有的岩石受构造运动、岩浆活动或地壳内热流变化等内营力影响，使其矿物成分、结构构造发生不同程度的变化而形成的岩石。•地层划分、对比的方法：•①地层层序律法•②生物地层学法•③岩石地层学方法•④构造运动的运用•⑤地球物理学方法•⑥同位素年龄法地层指地壳表层成带状展布的层状岩石。在地表岩石露头中，层状岩石占有很高的比例。地层学研究的主要范围是地层层序的建立及其相互间时间关系的确定，即地层系统的建立和地层的划分与对比。•地质年代：是指从最老地层到最新地层中每一地层单位形成所代表的时间间隔，有相对年代和同位素年龄（绝对年龄）两种表示方法，前者是通过地层学方法确定，后者是通过同位素年龄测定得出。•地质年代单位：分为宙、代、纪、世、期、时2.3构造•单斜：岩层或地层受力后，均向单一方向倾斜称为单斜，是最常见、最简单的构造形态。•褶皱：岩层在形成时，一般是水平的。岩层在构造运动作用下，因受力而发生弯曲，一个弯曲称褶曲，如果发生的是一系列波状的弯曲变形就为褶皱。•断层：岩体受力作用断裂后，两侧岩块沿断裂面发生显著位移的断裂构造产状是物体在空间产出的状态和方位的总称。•产状三要素：走向、倾向和倾角。2.4矿物学基础•矿物：地壳中的矿物是在各种地质作用中形成的，是在一定的地质条件下相对稳定的自然元素或化合物，是岩石和矿石的组成单位。•矿物的物理性质：•①光学性质•②力学性质•③相对密度2.5勘查阶段的划分•地质勘查阶段划分为：•①预查（大致）•②普查（初步）•③详查（基本）•④勘探（详细）岩层（矿体）厚度的计算公式•通用的岩层（矿体）厚度计算公式设地层产状为β1∠α1（α1为倾角；β1为倾向），导线产状为β2∠α2（α2为导线倾角，前视仰角为正，俯角为负；β2为导线前视方向的方位角，导线的长度为L），则岩层厚度H为：H＝L×｛cosα1sinα2±sinα1cosα2cos（β1－β2）｝•例：测得岩层产状为124°∠40°，导线长度为99.85米，导线方位为265°，倾角为－15°（记作265°∠－15°），则岩层厚度H为：H＝L×｛cosα1sinα2＋sinα1cosα2cos（β1－β2）｝＝99.85×｛cos40°sinα（－15°）＋sin40°cos（－15°）cos（124°－265°）｝＝67.98米3.资源储量估算•3.1工业指标•边界品位：指划分矿与非矿界限的最低品位，即圈定矿体时单个矿样中有用组分的最低品位。•工业品位：即在当前工业技术水平和经济条件下，工业上可被利用的矿体或矿块的有用组分最低平均品位。•矿床平均品位：以矿床作为整体、即一个块体，它的品位的平均值。•最低可采厚度：即在当前开采技术条件下，对有开采价值的单层矿体的最小厚度要求。•夹石剔除厚度：指在储量计算时，允许夹在矿体中间非工业矿石（夹石）的最大厚度。•最低工业米百分率（值）：是对矿体厚度（米）与品位（%）乘积要求的综合指标。•含矿系数：是指各工业可采部分与相应整个矿床或矿体、矿段、块段的体积比.•共（伴）生组分综合利用指标：与主有用组分共（伴）生的，具有综合利用工业价值的其他有用组分的最低含量标准。3.2估算方法•①传统几何法•②数学统计法•③电脑数字法3.3估算参数的确定•面积（S）测定：面积测定是在1:1000的资源量估算图中进行，面积以平方米计算，取整数。垂直剖面法断面面积是根据剖面上各工程入矿点和出矿点坐标，圈定矿体的几何形态。块段面积则根据各工程穿矿中心点坐标，外推拐点坐标圈定矿体的几何形态。其面积均用计算机Mapgis面积计算功能精确计算求得，辅以几何法在图上检查确认。用几何法计算矿体面积PD1PD2PD3TC1S1S2矿块体积(V)计算•①两断面平行，断面形态相似，其面积相对差小于40%时，用梯形体积公式计算矿块体积。V=L（S1+S2）/2。•②两断面平行，断面形态相似，其面积相对差大于40%时，用截面圆锥体公式计算矿块体积。V=L（S1+S2+S1S2）/3。•③一个断面有矿，一个断面没矿，矿体尖灭时，矿块按两断面间控制的距离1/2尖推，用锲形体公式计算矿块体积。V=1/4(L·S)。•④一个断面有矿，外推部分无工程控制时，根据不同矿种有所不同，除金矿块按相应类别间距的1/8平推外，其它矿种按相应类别间距的1/4平推，均按长方体公式计算体积。V=L1S（L1为外推长度）。平均品位(C)的确定•单工程平均品位：用样品品位与样长加权平均求得。•断面平均品位：用该断面上控制矿体的所有单工程的平均品位与实际控制的视厚度加权求得。•矿块平均品位：用断面的平均品位与断面的面积加权求得。以上计算结果均保留小数点后两位，采用四舍五入的方法。•矿床平均品位：用各矿体的金属量总和除以其矿石量的总和即得该矿床的平均品位。•特高品位处理：即大于或等于各矿体平均品位7倍的样品。用该工程所在的单工程、断面、矿体平均品位代替。•夹石品位处理：金矿按夹石剔除厚度（2米）及连接要求，根据无矿品位地段，在图上圈出，其厚度、品位未加权计算。其它铁矿（剔除厚度1米）、钼矿（剔除厚度2米）同样按金矿要求进行夹石品位处理。矿石体重(D)的确定•所谓矿石的体重，是指矿石在自然状态下，单位体积（包括矿石中所存在的空隙）的重量。其单位一般为t/m3。常用的体重测定方法有实验室法（即涂蜡法）和全巷法两种，前者小体重（矿石样品一般不超过10cm3）测定，后者用于大体重（矿石样品达1~10m3）测定。矿体平均厚度（m）计算•通过真厚度计算，达到矿体最低可采厚度，方可圈入矿体。其真厚度的计算公式为：式中：L为矿芯长度（米）；n为矿芯采取率（%）；α为钻孔揭穿矿体时的天顶角；β为矿体的倾角；γ为钻孔揭穿矿体处钻孔倾向与矿体倾向的夹角；正负号处理，当钻孔倾向与矿体倾向相反时，取正号连接；否则，取负号连接。)coscoscossin(sinnLm3.4矿体圈定原则•①单工程样品矿体圈定时，应从等于或大于边界品位的样品中圈起，但要求所圈定的单工程平均品位等于或大于最低工业品位否则，应从其中剔除一个至数个样品。•②对矿体内大于或等于夹石剔除厚度的，应单独圈出。•③紧邻矿体边缘中的连续出现多个介于边界品位与最低工业品位之间的样品时，在圈入时，最多不得大于夹石剔除厚度带入矿体内。•④当出现连续多个大于边界品位而小于最低矿块工业品位样品时，且厚度较大，有一定规模时，则作为低品位矿圈定；在低品位矿圈定时，对其内出现大于或等于夹石剔除厚度的（小于边界品位无矿样品），同样按照工业矿体夹石剔除厚度要求单独圈出。•⑤对不够矿体可采厚度的，但品位较高，可用厚度与品位乘积的米.克/吨衡量，矿体只能作为尖灭点处理，不得外推。3.5矿体边界线的圈定方法•在储量计算时，圈定矿体边界线可分为两步：首先根据对各种探、采工程（探槽、浅井、钻孔、坑道）实地观察和取样化验结果，确定出各工程中大致沿厚度方向矿体边界线的基点，然后将这些原始数据综合绘制在储量计算平面图、剖面图或投影图上。常有如下三种方法：•①、直接法：当矿体的零点或开采边界线的基点已被探、采工程揭露时，可用此法直接圈出矿体边界线。•②、有限推断法：一个工程见矿、另一个工程未见矿，用工程间距以半为零点边界。•③、无限推断法：在见矿工程外，推出勘探工程间距的一半，储量级别降一半ZK1ZK2有限推断PD1PD2无限推断工程间距一半为零点边界推出勘探工程间距的一半，储量级别降一半InferredSubmarginalEconomicResourceIndicatedBasicReserveProvableReserveProvableReserveProvedReserveProvedReserve地质可靠程度分类类型经济意义查明矿产资源潜在矿产资源探明的控制的推断的预测的经济的可采储量(111)基础储量(111b)预可采储量(121)预可采储量(122)基础储量(121b)基础储量(122b)边际经济的基础储量(2M11)基础储量(2M21)基础储量(2M22)次边际经济的资源量(2S11)资源量(2S21)资源量(2S22)内蕴经济的资源量(331)资源量(332)资源量(333)资源量(334)?注表中所用代码：（111—334），第一位数表示经济意义；1=经济的；2M=边际经济的；2S=次边际经济的。3=内蕴经济的；？=经济意义未定的。第二位数表示可行性评价阶段：1=可行性研究，2=预可行性研究，3=概略研究；第三位数表示地质可靠程度：1=探明的，2=控制的，3=推断的，4=预测的。B=未扣除设计、采矿损失的可采储量3.6固体矿产资源/储量分类表预查阶段、普查阶段普查、详查、勘探阶段勘探、开采阶段4.矿山“三率”与“三量”•4.1开采回收率、采矿贫化率、选矿回收率•开采回收率是指矿山企业计算开采范围内实际采出矿石量与该范围内地质储量的百分比。•根据计算范围的大小分为工作面、采区（矿块）、阶段和全矿井的回采率。开采回采率指的是全矿井、露天采场或矿务局的总回采率。开采回收率是衡量矿山企业开采技术和开采管理水平优劣，资源利用程度高低的主要技术经济指标。•采矿贫化率是计算开采范围内原矿地质品位与采出矿石品位之差与原矿地质品位之间的比值。•在开采过程中，由于废石、矸石混入或高品位矿石损失，或者部分有用组份溶解或散失，导致采出矿石品位低于开采前计算的工业储量中的矿石地质品位，这种现象称矿石贫化。•选矿回收率是指选矿产品（一般指精矿）中所含被回收有用成分的重量占入选矿石中该有用成分重量的百分数。4.2贫化率的计算•矿石贫化率由工业储量矿石品位（即矿体地质品位）与采出矿石品位确定，其计算公式为K=（C-C1）/C*100%•其中K——矿石贫化率•C——工业储量矿石品位•C1——采出矿石（包括混入的废石）的品位4.3损失率的计算•（1）直接法计算其计算公式为q=Q0/Q*100%其中q——矿石损失率Q0——损失的工业储量Q——矿块工业