司家营露天采场精细化探矿方法及应用

王 瑜 胡 其

（1.河北钢铁集团司家营研山铁矿有限公司；2.河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司）

2020 年，国外铁矿石输入减少，国内矿山行业新常态下，铁精粉售价增高、矿山利润水平较高。作为公司旗舰矿山的司家营铁矿从生存和发展的大局出发，提出了以“市场”和“产品”为导向，以技术支撑为主题的精细化生产理念，通过对生产全过程的精准控制，来提高产量、产率及效率，最终实现降本增效。作为矿山生产的第一道技术工序，地质探矿工作的好坏直接影响着后续一系列技术工作准确度，如计划控制、采矿爆破、矿岩铲装、供配矿等，反映到最终产品上就是精矿产量及品位的波动。司家营铁矿露天采场矿体多为厚度不大的条状矿体，且分支复合现象较多，矿石品位波动较大，矿石的可磨可选性质各异，这些因素导致供配矿及采、选工作比较被动。目前，地质探矿工作还需根据公司生产实际进一步细化，对采场矿石的分布变化及空间属性等信息的控制程度需要进一步提高，只有这样才能为精细化采矿和配矿提供技术支撑。

1 矿山基本情况

1.1 地理位置

河北钢铁集团矿业有限公司司家营铁矿位于河北省滦州市城区东南约7 km 处，隶属滦州市响嘡镇、李兴庄乡管辖，矿区距京山铁路滦州市东火车站9 km，平（泉）—乐（亭）公路在矿区西南侧通过，交通便利。

1.2 采场布局及现状

1.2.1 采场布局

司家营铁矿露天采场由北向南依次划分为Ⅰ（N34～N18 线）、Ⅱ（N18～N6 线）、Ⅲ（S6～N4 线）3 个采场，分2期开发，一期开发Ⅱ、Ⅲ采场（N18～S6线），二期开发Ⅰ采场（N34～N18线）。根据矿体分布的平面位置，由东向西共分布4个主要矿体。矿体总体走向近南北，倾向西，倾角为28°～60°，多呈层状或似层状，部分呈透镜状或扁豆状。矿体赋存于太古界单塔子群白庙子组地层中，层位稳定。由于构造和古地形的影响，厚度变化较大，形态变化较复杂，沿走向和倾斜均有突然尖灭、分支复合和膨缩现象。

1.2.2 开采现状

Ⅰ采场为露天采场，早期地表曾有部分民采。前期矿山主要进行基建工作，主要为剥岩，矿山自2012 年度开始大规模开采。Ⅰ采场-54 m 水平以上台阶段高为12 m，-54～-67 m台阶段高为13 m，-67 m水平以下台阶段高为15 m。目前，主要开采-82～-217 m 台阶的III 号矿体，-142～-187 m 台阶的IV 号矿体也有少量开采。

Ⅱ采场为露天采场，-54 m 水平以上台阶段高为12 m，-54～-67 m台阶段高为13 m，-67 m水平以下台阶段高为15 m。目前，主要开采-97～-217 m 台阶的III、IV号矿体，-67～-202 m台阶中部及东南部的Ⅰ号矿体也有部分开采。

Ⅲ采场原为露天开采，后转为地下开采，各水平段高为12 m。Ⅰ矿体已按设计全部采出，Ⅱ矿体-156 m 标高以上已回采完毕，下部尚有少量设计开采范围内的资源量，但由于斜坡道在-108～-120 m 标高段约30 m 长的巷道发生明显错位下移，该采场于2016年申请闭坑。

1.3 以往地质勘探工作

司家营铁矿矿区地质工作历史悠久，分别在1955、1969、1973、1978 和2015 年开展了5 次矿产普查，于2017、2018、2020 年开展3 次补充勘查，矿区范围内保有探明资源量（TM）6 005.0 万t，控制资源量（KZ）26 672.0 万t，推断资源量（TD）6 825.7 万t，资源量（TM+KZ+TD）合计为39 502.7万t。

1.4 目前探矿方式存在的弊端

采场内生产勘探形式以炮孔探矿为主，辅以掌子面测点素描和槽探，通过这3种方式来掌握矿体的赋存规律及矿石空间属性。炮孔探矿和槽探只注重控制矿体整体形态，而对影响矿体形态的构造及侵入岩的控制程度不够，这些因素往往对矿体造成较大程度的破坏，影响到矿体的圈定及推断，对后续的计划编制、爆破及供配矿工作也造成一定影响；另外，这些探矿手段对矿石的品位和可磨可选性等矿石空间属性相关的指标控制程度还不够。针对目前地质探矿工作存在的问题，探索了一套涵盖控制矿体形态、矿量及质量整体情况的精细化探矿方法，补齐目前工作中的不足。

2 精细化生产勘探方式及质量评述

为解决生产勘探中存在的不足，主要采用钻探工程和取样化验。主要目的是控制矿体的赋存规律，摸清矿石质量及可磨可选性。

2.1 测量工作及质量评述

露天采场测量工作是基于连续运行参考基站，使用徕卡GPS1200、NA730 型水准仪和TC402 型数字全站仪等仪器，仪器内输入测站点及后视点的坐标及高程，用极坐标方法对碎部点进行数据采集，数据自动存储于全站仪中，通过互联网技术将仪器记录数据传输至计算机，将数据格式转换为CASS 软件数据格式，利用CASS软件展绘野外采集数据。

点位平面误差为0.012 m，高程误差为0.011 m，精度满足《地质矿产勘查测量规范》要求（平面误差≤10 cm，高程误差不超过1/10等高距）。

2.2 地质工作及质量评述

地质工作主要是通过钻探地质编录、地质测量和炮孔渣堆编录等手段控制、修订矿体位置。炮孔布置按7 m×8 m 网格状布置，孔深一般为13～15 m，孔径为310 mm。渣堆编录地质工作方法为垂直切割渣堆形成断面，对渣堆断面进行地质编录和取样，根据地质编录和取样化验结果确定矿体位置，进一步查明矿石质量。

地质技术人员在钻机正常钻进情况下，每天到现场进行编录。首先详细检查钻探班报表，核实班报中记录的回次进尺、孔深、简易水文观测等内容是否齐全、准确。之后检查岩芯顺序、隔板、岩芯编号及长度。上述检查如发现错误，立即告知、监督班报记录人员核对、改正。检查无误后，对岩芯岩性特征和构造特征等仔细观察，之后分层描述。探矿工程地质编录质量要符合规范要求，能够作为编制综合图件的基础资料。

矿山通过上述手段，进一步控制了生产台阶各矿体的形态、分布、产状和矿石质量，为编制采剥计划、采矿生产提供了基础地质资料。

2.3 取样化验工作

2.3.1 样品取样

（1）基本分析。钻孔取样采用1/2 劈心法，样长一般约2.0～4.0 m，对矿化均匀、矿石类型单一的矿段样长适当放大，最大不超过4.5 m。对厚度大于2.0 m的夹石单独取样。

（2）物相 分 析。分析项目为MFe、SiFe、CFe、SfFe、OFe、TFe。

2.3.2 化验工作及其质量评述

基本分析测试及物相分析均由河北省地矿局第二地质大队实验室承做。

（1）执行标准：①《岩石矿物分析》第四版；②《地质矿产实验室测试质量管理规范》（DZ/T 130.2—2006）；③《地质矿产实验室测试质量管理规范》（DZ/T 130.3—2006）。

（2）样品选取缩分系数K=0.2。加工流程：先经颚式破碎机粗碎至＜4 mm，经过混匀、缩分，再经辊式破碎机中碎至＜1 mm，混匀、缩分、留存粗副样，最后经棒磨机细碎至＜0.097 mm，留存细副样。样品加工质量控制：粗中细碎阶段损失率分别小于3%、5%、7%，缩分误差小于3%。

（3）分析方法依据《岩石矿物分析》第一分册（第三版）（DZG20—1）。全铁：试样经氢氟酸、硫酸分解，重铬酸钾滴定法测定。磁性铁：试样经永久磁铁手选分离、盐酸分解、重铬酸钾滴定法测定。氧化亚铁：2+1 盐酸、氟化钠二氧化碳气氛分解试样，重铬酸钾滴定法测定。以上各项工作均按相关规范进行操作，以保证成果的准确和真实。

3 矿体的二次圈定

矿山根据工程揭露和取样分析结果等资料编制了水平断面图，修订了各水平的矿体边界，为矿山开采提供了地质依据。本次根据矿山提供的分层平面图、采剥现状图及探矿工程图，编制了各水平的资源量估算断面图。

从图1中可以看出，贮藏初期溶解氧下降很快，后期橡木桶中溶解氧基本处于稳定状态，可能由于橡木桶具有一定的透性，使得空气中的溶解氧进入到酒液中[19,20]，酒中微量的氧促进了醇类、醛类、酚类、酯类等物质的转化反应，产生了不同的风味物质，有利于加速酒体成熟、改善风味、缩短陈酿时间[21]。初期酒中物质氧化迅速，大量消耗溶解氧，造成溶解氧迅速下降，后期透过橡木桶的溶解氧缓慢与酒中物质反应，使得溶解氧水平维持稳定。

3.1 矿体二次圈定的方法

通常情况下矿体的二次圈定以水平平面图为底图。将实测探槽端点与素描图结合，生成探槽成果图，结合取样品位，重新圈定探槽所在水平矿体线。炮孔探矿的成果可以看作是一组网度为7 m×7 m 或者7 m×8 m 的加密钻孔，将每个炮孔的位置及见矿情况生成炮孔柱状图，这样就可以根据相邻2个孔之间的见矿位置来判定矿体边界，将每个爆区的一组炮孔与探槽素描图结合，形成当前水平的矿体界线［1-4］。

一般情况下，生产勘探成果只下推一个段高，根据探槽素描成果中的矿岩产状推断下一个水平矿岩界线位置，结合炮孔见矿情况，对矿岩边界进行修正。掌子面素描成果用来修正上2种探矿的成果，只在矿体产状变化较大及受构造影响的情况下起辅助修正矿体的作用。

在进行矿体圈定时需要综合考虑断层及侵入岩的影响。断层主要表现为对矿体的错断，造成局部矿体尖灭或者重复。一般先确定断层线的位置，再将断层两侧的矿体分别进行圈定；对于侵入岩的处理则分为2种情况，测量产状的侵入岩（辉绿岩）按照矿体内部夹岩处理，如果规模较大则按照围岩处理；对于矿体内部不规则形状的伟晶岩，则要按照剖面法圈定形态。对于受构造和侵入岩影响矿体断面不规则的情况，则需要按照平面及剖面相结合的方式在三维模型中进行处理。在未考虑构造及侵入岩的影响前，在平面上矿体连接是平滑的。由于构造、侵入岩的影响造成了矿体的错断、变形、重复，反映到图上，就出现矿体线的突然转折（图1）。

3.2 生产勘探前后矿体变化

精细化生产勘探后，采场内矿体走向、矿石类型及矿量都较地质勘探资料有明显变化。矿体内部小的夹石增多；在矿体中部氧化矿与原生矿穿插分布，氧化矿变多；从取样的品位来看，矿石质量明显变差。

Ⅰ采场矿体变化情况主要表现为走向由原来的北东向变为近南北向；Ⅰ、Ⅲ号矿体之间的围岩厚度变化大，在N12、N13 线附近，矿体界限不明显；Ⅲ号矿体西南部的条状矿体经生产勘探有较大变化，且负变明显；矿体中的小夹石增多，氧化矿增多［5］。氧化矿集中分布在N10线以南及N12线以北区域。

Ⅱ采场矿体东侧的分支并未向下延伸，在-127 m水平左右尖灭。垂直方向矿体厚度减少约20 m。矿石氧化程度沿走向变化无明显规律。影响深部氧化矿分布的主要因素：①F4 断层带下盘氧化程度较上盘要高；②Ⅲ号矿体变化较大，对比原地质剖面，矿体整体上移；③受F4断层破碎带构造裂隙水影响，氧化原生矿界线较地质勘探自-127 m 降至-202 m 水平，而且，受深部侵入岩分布区域的裂隙水影响，-300 m水平以下仍有较大量的氧化矿分布（图2）。

3.3 矿石质量

3.3.1 氧化矿矿石质量

根据基本分析结果，靠近不整合面的Ⅳ号矿体上部和部分分布在F4 断层上、下盘的Ⅲ号矿体氧化矿氧化程度较高。通过样品分析结果的统计，磁性率普遍在4.3以上，最大值为10.97，平均值为6.36。TFe平均品位为28.24%，MFe 品位多小于5%，平均为6.39%，磁性铁占有率为21.66%。这些矿石属于强氧化矿，MFe含量低，磁性弱。

夹杂在原生矿和F4 断层影响带中其他成因的大部分氧化矿一般氧化程度不高，通过对该地段样品分析结果的统计，磁性率略高于3.5，平均为4.05，TFe平均品位29.98%，MFe 平均品位为18.10%，磁性铁占有率59.92%。

3.3.2 浅部原生矿矿石质量

本次施工钻孔中圈入原生矿的样品，经（样长）加权平均统计，原生矿平均品位TFe 为28.01%，MFe 为23.44%，磁性铁占有率为83.23%。

4 三维模型更新及赋值

4.1 矿石属性信息获取

司家营露天采场内影响选矿生产的矿石指标主要有TFe、FeO、磁性率以及矿石的可磨可选性等。通过精细化的探矿方式获取了矿石质量及可磨可选性信息，利用3Dmine软件建立了涵盖矿石品位、空间位置及可磨可选性等信息的数据库，模拟出矿石属性的空间位置，可在三维模型中直接提取品位及可磨可选性等指标。

4.2 三维模型的更新

根据生产勘探工作进展，为了满足编制中短期采剥计划以及辅助供配矿工作的要求，需要及时进行模型的更新。

矿体模型的更新是三维地质模型更新的重点，也是最为困难的部分，因为3DMine 软件暂时还不能实现实体模型在三维状态下更新，只能是对某2个水平进行局部更新，再将二次圈定的各水平实体模型合并成一个整体。在完成矿体二次圈定后，将相邻的2 个水平分别赋予对应标高，然后通过3DMine 软件提供的“实体更新”功能，对比矿体线变化前后的位置，对台阶局部变化的部分进行更新，先是将原来变化的部分删掉，然后利用“局部连三角网”命令把删掉的那部分用新的实体补上，最后将整个台阶的所有实体合并，即完成了矿体模型的更新。

矿体三维模型的更新是进行块体模型更新及后续矿量计算的基础。矿体模型更新后，结合钻孔数据库及探槽组合样品点，再进行块体模型的更新（图3）。

4.3 块体模型赋值

矿石指标的赋值包括品位及磨选性赋值2 个方面，品位的赋值相对简单，因为有大量的炮孔和探槽数据，并辅以精细化的探矿方式，采用距离幂次反比法进行赋值。而磨选性指标由于数据较少，所以在已建立的块体模型基础上，首先通过提取磨选性指标样品点，采用距离幂次反比法赋值，再根据采场实际掌握情况对特定区域单一赋值。这就需要根据现场测量的坐标，圈定这些矿石的具体范围，最后体现在矿体的三维模型中。通过块体模型显示能够直观地分辨出即将供矿区域的矿石品位及可磨可选性情况。

5 实际应用

目前，地测、计划、采矿、质检等部门在勘探成果的利用上达成了共识，形成了有序的工作模式。探矿成果目前主要用于两方面：一是指导供配矿工作，二是结合矿体变化情况对采场规划提出优化建议。

5.1 供配矿指导

详细生产勘探对于供配矿的指导首先体现在编制供配矿计划方面，根据最新的块体模型，提取生成采场品位及磨选性指标图，将采场揭露的矿体划分成一定比例的小块，在编制计划时综合考虑整体配矿问题。

对于指导日常配矿方面，以采矿穿孔爆破的爆区为单位编制《爆区矿石质量预计通知单》，将每个炮孔的位置、见矿情况、取样品位、推断矿岩界线以及爆区矿体的三维立体形态汇总成图，结合对整个爆区矿体情况的理解，提出夹石剔除及供配矿建议。另外，汇总整个采场爆区的情况编制采场爆区矿石品位及可磨可选性，通过此图件对采场爆区情况有整体了解，便于安排各爆区的出矿比例。

5.2 采场布局优化及建议

采区内采矿生产面临着运距长、供矿点少、局部剥岩滞后等不利因素，为了确保公司采矿生产持续稳定进行，以多揭露矿石及优化运距为目标，提出了采场布局优化方案：①东帮、北帮-97 m 台阶以上靠帮拓展东部采矿空间、释放东帮矿量；②西北方向逐层采剥，直至-67 m 水平以下各台阶有满足多台阶供矿的最小工作平台；③西帮北段逐层处理直至满足道路下移的需要；④考虑到矿石破碎站的建设，应优先推进采场西南方向的采剥工作；⑤西帮方面考虑道路优化与治理相结合，随着西帮靠界道路西移并形成折返道路，为破碎站建设留出空间。这些方案目前多数已经实施。

目前，Ⅰ采场-82 m 水平以上基本完成靠帮作业，释放了东帮的采剥空间；西北方向-18 m 水平以上已经打开剥岩空间；北帮也已经由上而下实施扩界。Ⅱ采场方面西帮目前治理至-18 m 水平，并将东帮治理列入2021年计划。

6 结论

在司家营铁矿露天采场内复杂的地质环境下，通过钻探地质编录、地质测量和炮孔渣堆编录等精细化探矿手段，结合采区内构造及侵入岩的现状，进行矿体的二次圈定，利用3DMine 软件建立矿石质量及可磨可选数据库，更新矿体及块体模型，准确控制采场内的矿体形态、矿量及矿石的空间属性。此举在司家营铁矿的采剥生产中得到了广泛应用，稳定了矿石采出品位，对采场布局优化、长远规划以及日常供配矿生产提供建议及技术支持，大大提高了资源利用率和公司的经济效益。该成果对掌握沉积矿床侵入岩的特征、应用三维软件处理探矿成果具有借鉴意义。