浅谈曼家寨采场岩粉分层取样方法及应用

浅谈曼家寨采场岩粉分层取样方法及应用

张学成祝大卫段敬陶

云南华联锌铟股份有限公司云南文山663701

摘要：结合曼家寨露天采场精细化采矿、配矿的实际情况，对矿石质量预报过程中取样方法进行优化改进，最终通过3DMine矿业软件得出爆区内矿体位置、矿体形态、矿石量、矿石品位等图表数据。为指导生产精细化采矿、配矿提供重要依据。通过岩（矿）分层取样预报工作，降低盲小矿体损失贫化提高资源利用率，从而延长矿山服务年限。

关键词：分层取样；峰值；排粉厚度；3DMine软件；对比效果

引言

铜街－曼家寨矿段内共有工业矿体374个，其中单工程或单剖面控制且长度小于80米的矿体有221个，矿岩交错分布地质情况复杂。曼家寨露天采场采用大型设备采剥，剥离速度快，对于盲小矿体一般是边剥边采。掌子面编录、探槽编录因时间关系不能及时指导生产。由于缺乏更细的地质资料指导生产，许多盲小矿体、低品位矿流失或被严重贫化。随着精细化采矿、配矿要求的提高，优化矿石质量预报，对炮孔岩粉分层取样提高预报准确率，为采矿提供更细的地质资料已迫在眉睫。

一、曼家寨露天采场岩粉取样预报现状

曼家寨采场穿孔设备大部分已牙轮钻为主，穿孔过程中排粉稳定，各个岩粉堆大小形状相同。目前在矿石质量预报中，岩粉取样是对这个炮孔的岩（矿）粉取一个综合样，由于综合样的限制，通过3DMine软件预报出的矿石量是上下围岩与实际矿体量的总和。爆破区内矿体空间位置、形态、大小、品位不能真实给出。

二、岩粉分层取样方法

（一）理论依据

1、牙轮钻及岩粉堆的基本情况

（1）牙轮钻：钻杆直径250毫米，钻杆长18米，穿孔操作中无加杆，18米一次打完，扫孔一次，扫孔中排粉较少，对排粉堆高度影响不大；牙轮钻在穿孔中，穿孔深度有仪表显示，方便排粉厚度与穿孔进尺的观测；

（2）岩（矿）粉堆：岩（矿）粉堆体积形状似火山口状，正常堆体高度45-65厘米。堆体外直径3-2.5米。牙轮钻向钻孔周围排粉不均匀，导致岩粉堆高度不一致；

（3）岩层、构造对排粉的大致影响：在穿孔过程中遇到大的断层时，向外排粉较少；穿孔过程中遇到水孔时，向外排粉较少或者排出的都是泥浆，排粉堆形状受影响，排粉岩性不易识别；穿孔过程中遇到老坑道时，一般排粉较少或者无粉排出。

2、岩（矿）粉堆观测量取位置的依据

把多个岩粉堆开槽，发现岩粉堆壁上不同岩性形成的岩粉层在颜色和粒度上都不相同，容易观察识别。根据观察，岩粉堆壁的各岩粉层都有一个最高点，在这里把穿孔过程中，炮孔穿到N米时，岩粉堆观测面的最高点叫做炮孔穿到N米时岩粉堆的排粉峰值。假如进行18米穿孔，则每穿2米测一次排粉峰值高度，18米的炮孔穿完，就会出现9个排粉峰值组成的排粉堆。

（二）试验方法及过程

在试验中，水平标尺和竖直标尺成一线放置在炮孔一侧，炮孔每穿进两米观测一次，记录排粉峰值高度、炮孔与峰值的水平距离等数据，观测排粉堆峰值变化情况及排粉堆形成过程。

1、有无挡板时峰值的变化情况

根据数据显示，按炮孔穿孔进尺16米为准，有挡板试验的观测面最高排粉峰值在32-50厘米之间，无挡板试验的观测面最高排粉峰值在21-41厘米之间。经过比较，有挡板试验和无挡板试验除排粉高度不同外，变化规律大体相同。

2、炮孔与峰值水平距离的变化情况

根据数据显示，有挡板试验的大部分穿孔进尺在4米以后，炮孔与峰值的水平距离发生较大变化，而无挡板试验的炮孔与峰值的水平距离变化较小（见表1）。

根据图2、3对比可以看出，无挡板试验的峰值变化线比有挡板试验的峰值变化线较为稳定，选择无挡板面试验更有利于排粉规律的研究。

3、岩性对峰值的变化情况

曼家寨露天采场主要以矽卡岩、大理岩、片岩为主，根据现场观测和炮孔数据显示，大理岩与片岩的排粉堆高度、形状、排粉影响因素都大体相同。从穿孔过程中大理岩与片岩排粉规律来看，由于开孔时0-3米大部分都是较为松散的岩体或者堆积物，穿孔过程中，排出的岩粉或岩石颗粒较大，岩粉和岩石颗粒均匀分布在炮孔孔口附近，穿孔3米后，炮孔内气体压力增大，向孔口排出的岩粉飞得更远，铺在地上的岩粉面积变大，所以在观测炮孔数据里大部分0-2米、2-4米的排粉厚度比4米以后的各两米排粉厚度要厚，4米以后各两米排粉厚度从平均值来看相对稳定，变化不大。

（三）、数据分析及处理

1、无挡板数据分析

从上述数据分析来看，选用无挡板面观测更合理一些，根据正常排粉无挡板观测数据做以下分析：

利用进尺0-2米、2-4米、4-6米、6-8米、8-10米、10-12米、12-14米、14-16米的排粉厚度各个相加，求出对应的每两米进尺排粉厚度的平均值，8个平均值相加求出平均值总和，再根据每两米排粉厚度的平均值除以8个平均值总和，求出各两米排粉厚度的比例系数，具体见下表2：

因孔口处的松散岩体或堆积物岩性不同，大理岩的颗粒较大，直径为1-5厘米，片岩的颗粒较小，直径为0.5-2厘米。因矽卡岩数据较少，孔口矽卡岩粒度和大理岩粒度较为接近，所以大理岩和矽卡岩数据并在一起分析，按孔口处岩性的不同具体划分，见下表3、表4

根据上面三个表的平均值比例系数可以看出片岩：进尺0-2米、2-4米的排粉厚度比其他进尺的排粉厚度大，4-6米、6-8米、8-10米、10-12米的排粉厚度相对稳定，12-14米、14-16米的排粉厚度又逐渐变大。由于大理岩和矽卡岩的数据收集较少，4-6米、6-8米、8-10米、10-12米的排粉厚度不太稳定，但大体规律也和片岩一样。

2、推断方法

根据以上数据分析，暂时确定进尺0-2米、2-4米的排粉厚度为固定值，12-14米、14-16米的排粉厚度虽然变大，但变化较小。在这里似为4-6米、6-8米、8-10米、10-12米、12-14米、14-16米的排粉厚度相同。

①固定值的确定

根据上表显示：大理岩、矽卡岩0-2米固定值暂定为10cm，2-4米固定值暂定为3cm

②换算公式的确定

0-2米的推断位置=量取分层峰值*比例值

2-4米的推断位置=（量取分层峰值-0至2米的固定值）*比例值+2米

4米以后的推断位置=（量取分层峰值-0至4米的固定值）*比例值+4米

比例值：每个单位排粉厚度所代表的穿孔进尺，0-2米、2-4米、4米以后的比例值都不相同

0-2米的比例值=2米/0-2米的大理岩（片岩）固定值

2-4米的比例值=2米/2-4米的大理岩（片岩）固定值

4米以后比例值=（孔深-4米）/（排粉堆高度-0至4米的排粉厚度固定值）

具体见以下换算表：

孔口标高为1288米，炮孔深度17.5米，排粉堆高度43厘米，分层如下：

0-6厘米为大理岩，6-11厘米为矽卡岩，11-41为片岩，41-43为大理岩。

经换算后，得出0-1.2米为大理岩，1.2-2.67米为矽卡岩，2.67-16.6米为片岩，16.6-17.5为大理岩。通过孔口标高推算得出1288-1286.8米为大理岩，1286.8-1285.3米为矽卡岩，1285.3-1271.4为片岩，1271.4-1270.5为大理岩。

三、分层取样的应用效果

以曼家寨露天采场1275平台爆破区域单锌矿为例，利用3DMine矿业软件，根据岩粉分层取样方法，并与未分层全孔取样（综合样）方法进行对比。

（1）未分层取样预报矿石量与分层取样预报矿石量对比（见表10）

从上述图表对比可以看出：

①由于未分层取样预报是孔口到孔底整个体积计算得出的矿岩混合量，所以报出各块体矿石量都大于分层取样预报的矿石量；

②未分层取样预报品位属于整个炮孔的矿岩混合综合样，所以各块体品位都小于分层取样预报块体品位；

③由于未分层取样预报的品位属于矿岩混合综合样品位，低品位矿体块体3品位被围岩贫化，综合品位低于矿石边界品位，在未分层取样预报中无法报出；

④由于分层取样的缘故，3DMine品位数据库里多加了一个岩性属性，对每排炮孔切出的剖面图，炮孔上都会有岩性界限和标注（如图6），再根据岩性界限和标注，可以快速圈定矿体和围岩界线，成为一幅可以指导生产的完整剖面图。

四、结论

由于试验观测工具比较简陋，观测数据误差较大，再加上牙轮钻排粉规律受诸多客观因素影响（如：水、断层、老洞等），报出的矿石量、品位、矿体形态及空间位置与实际情况会有一定的误差。推断公式、固定值等数据需要在以后的矿石质量预报中进行逐步进行校正。通过分层取样矿石质量预报可以看出，以3DMine矿业软件为工具，炮孔岩粉分层取样预报方法与未分层取样预报方法相比，岩粉分层取样预报方法报出的矿体空间位置、矿石量、品位更加真实、可靠，具有一定的可操作性和适用性，对精细化采矿、配矿、废石资源采掘利用更有指导意义，曼家寨露天采场已经普及利用，并取得明显的经济效果。