[东北]地下矿产地质勘探施工技术.ppt

第三章 生产勘探,东北大学地质资源与工程研究所,3.1 生产勘探的目的与任务,目的：为满足开采和继续开拓的需要，提高矿产储量级别和深入研究矿床地质特征而进行的探矿工作，目的是提高矿床勘探程度，使储量升级，为采矿生产服务。 成果：编制矿山生产计划，进行采矿生产设计、施工和管理的依据。,任务： 正确圈定矿体边界线； 查明地质构造特征、矿产质量、矿石品级和类型，为储量计算、矿石质量管理及开采提供依据； 计算矿产储量，为制定生产计划和储量管理提供依据。 查明矿床水文条件、开采技术条件、矿石加工技术性能，为安全生产和矿石开发提供依据。 探明深部、边部盲矿体，增加保有地质储量，延长矿山服务年限。,3.2 生产勘探的技术手段,与矿产地质勘查阶段实用的技术方法类似，但不尽一致，表现为： 直接为矿山生产服务，研究程度高，提供资料准确； 探矿工程与采矿工程相结合；,勘探技术手段及其合理利用,3.2.1 矿床勘探类型,一、概念 按照产生影响矿床勘探难易程度的主要因素，从矿床勘探出发，对矿床勘探难易进行分类，将相似特点的矿床加以理论综合与概括而划分的类型。,矿体地质特征及其变异性研究 （一）矿体地质特征 1.矿体地质特征的概念 是指矿体本身固有的地质特点、特性和标志；常概括为矿体外部形态特征与内部质量特征； 矿体地质特征简称矿体地质。 矿体地质以矿体为研究对象，一般包括矿体的形态、产状、规模、物质成分、内部结构(不同类型、品级矿石及夹石等在矿体中的分布)等方面特点的变化情况，以及控制这些变化的地质要素，如构造、岩性、成矿作用等。,（二）矿体变异性(变化性)研究 矿体变异性的概念 又称矿体变化性，是指矿体地质特征(矿体特性与标志)在矿体的不同空间部位(或各矿体之间)所表现出的差异及变化特点 , 矿体各标志的变化性 由于各种地质条件的影响及成矿过程的复杂性，造成矿体特征的各种标志具有各向异性。这是矿体的最基本特征之一。如，矿石品位分布的不均匀性、矿体形态的不稳定性和不连续性等，就是这种变化性的宏观表现。 矿体绝对的变化性和相对的稳定性或规律性， 是勘探方法的理论基础，是划分矿床勘探类型的依据，是决定每个具体矿床勘探难易程度、勘探精确程度和勘探经济效果的基本客观条件。 矿体变异性研究包括变化性质、变化程度和控制矿体变化的地质因素研究三个不可分割的基本方面。,1.变化性质 变化性质是指矿体各种标志在空间上的变化是随机型变化，还是确定型变化；是有规律变化，还是无规律变化等特征。晋可夫曾将矿体各种标志的变化性质分为四种类型： a逐渐的、连续的有规则的变化； b逐渐的、连续的不规则的变化； c跳跃式的、断续的有规则的变化 d跳跃式的、断续的不规则变化。 一般地说，矿体形态标志的变化多属前两类，而质量标志的变化则常属后两类。,2.矿体的变化程度研究 变化程度包括至少三个方面的含义，即变化幅度(大小)、变化速度及变化范围。 变化幅度是指矿体某标志观测值偏离其平均值的离散程度。 变化速度是指矿体某标志相邻观测值在一定范围内的变化快慢，即变化梯度大小。 变化范围是指从计算矿体某标志的变化幅度特征的观测值的空间域大小。 在工程间距或工程数量相等时，变化程度越大，勘探精确度越低。为获得相同精度，则变化程度大的矿体比变化小的矿体勘探工程间距要小，数量要多。 矿体不同标志具有不同的变化性质，而相同标志却可以具有不同的变化程度。,3.控制矿体变化的地质因素（矿床成因） 一般认为，矿体不同标志具有不同的变化性质，而相同标志却可以具有不同的变化程度。 对某些类型矿床， 矿体质量标志的变化程度大于形态标志的变化程度，如金、银、钨、锡、钼、铜、铝、锌、金刚石、水晶、云母等矿床； 而大多数铁、锰、磷、铝等矿床其矿体形态标志变化程度大于质量标志的变化矿体形态标志变化程度大于质量标志的变化。 其中，内生及变质矿床的变化程度往往大于外生矿床；而内生矿床中，简单的裂隙充填矿床的变化程度又低于交代成因的矿床。,（三）矿体变化的规律性 由于矿体各标志的变化与一定地质因素有关，因此，它们的变化必然因受有关地质因素变化规律的制约而呈现出一定的变化趋势。 矿石品位数值有时在一定范围内，沿一定方向具有总体上升或总体下降的变化趋势，或称某种周期性变化，因而，显现出品位变化的方向性特征。,趋势变化或方向性变化是矿体的又一重要特征。查明趋势特征是我们合理确定工程间距、正确布置勘探工程的重要依据。我们在研究不同标志的变化规律性时，除应查明矿体各标志沿走向、倾斜和厚度的趋势变化外，尤其应注意查明矿体最大变化标志的最大变化方向，勘探工程，通常是沿矿体的最大变化方向布置，这是勘探工程布置的一条重要原则。 大多数矿床通常是由在两度空间延长，一个方向短的层状、似层状、透镜状、脉状等形态的矿体组成。这类矿体在一般情况下，矿石品位和形态等的变化最大方向是厚度方向。因此，大多数矿床勘探工程均垂直矿体走向布置，沿厚度方向穿过矿体。,（四）矿体内元素的共生性特征 元素共生的种类以及在矿体不同部位的变化等,3.2.2 矿床勘探类型划分,(一)矿床勘探类型的概念和划分意义 1.概念 是根据矿床地质特点，尤其按矿体主要地质特征及其变化的复杂程度对勘探工作难易程度的影响，将相似特点的矿床加以归并而划分的矿床类型。 矿床勘探类型是在大量探采资料对比基础上，对已勘探矿床勘探经验的总结。,2.意义 为地质勘探人员勘探新矿床提供借鉴、类比的基础。 类比过程：,根据将要勘探矿床的地质特征,类比确定勘探类型,根据勘探类型确定勘探方法和可能的勘探效果,注意：从本矿床的实际出发，灵活应用，忌生搬硬套。,(二) 矿床勘探类型划分的依据,一般据以下5个方面： 主矿体规模(矿体规模的大小) 主矿体形态复杂程度 构造影响程度(矿化连续性) 主矿体厚度稳定程度(矿体产状的稳定程度) 主矿体有用组分分布均匀程度,1.主矿体规模大小 规模大，网度稀可用钻探；小，网度密，常用坑探(?)。 矿体规模 大型 中型 小型 长度及延深 1000米左右 300-500米 小于100-200米 矿体厚度 数十米或更大 数米至数十米 不超过数米 类型系数 0.9 0.3-0.6 0.1-0.3,2.按主矿体形态复杂程度划分 一般分为三类： 简单：类型系数0.6。矿体形态为层状、似层状、大透镜状、大脉状、长柱状及筒状，内部无夹石或很少夹石，基本无分枝复合或分枝复合有规律。 较简单：复杂程度为中等，类型系数0.4。矿体形态为似层状、透镜状、脉状、柱状，内部有夹石，有分枝复合。 复杂：类型系数0.2。矿体形态主要为不规整的脉状、复脉状、小透镜状、扁豆状、豆荚状，囊状、鞍状、钩状、小圆柱状，内部夹石多，分枝复合多且无规律。,3.按构造影响程度 分为三种： 小：矿体基本无断层破坏或岩脉穿插，构造对矿体形状影响很小。类型系数0.3 中：有断层破坏或岩脉穿插，构造对矿体形状影响明显。类型系数0.2 大：有多条断层破坏或岩脉穿插，对矿体错动距离大，严重影响矿体形态。类型系数0.1,4.按主矿体厚度稳定程度 大致分为稳定、较稳定和不稳定三种。,5.按有用组分分布均匀程度 可根据主元素品位变化系数划分为均匀、较均匀、不均匀三种。,3.2.3 勘探类型划分举例,勘探类型划分为简单(类型)、中等(类型)、复杂(类型)3个类型为宜。原划分的4到5类，出现工程间距严重交叉、类型重迭、难以区分。当然，由于地质因素的复杂性，允许有过渡类型存在。如铜、铅、锌、银、镍、钼的矿床勘查类型划分主要根据上述五个地质因素及其类型系数来确定，具体划分为三种勘查类型.,1.第勘查类型： 为简单型，五个地质因素类型系数之和为2.53.0。主矿体规模大到巨大，形态简单到较简单，厚度稳定到较稳定，主要有用组分分布均匀到较均匀，构造对矿体影响小或明显。,2.第勘查类型： 为中等型，五个地质因素类型系数之和为1.72.4。主矿体规模中等到大，形态复杂到较复杂，厚度不稳定，主要有用组分分布较均匀到不均匀，构造对矿体形态有明显影响、小或无影响。,3.第勘查类型： 为复杂型，五个地质因素类型系数之和为1.01.6。主矿体规模小到中，形态复杂，厚度不稳定，主要有用组分较均匀到不均匀，构造对矿体影响严重、明显或到影响很小。,3.2.4 勘探技术手段的种类,探矿工程,坑探工程,物探化探,地表坑探（轻型山地工程）,地下坑探（重型山地工程）,勘探技术手段的种类,一、坑探工程 1、地表坑探工程 剥土（bt）,h,h,35m,0.5m,a b c,浮土,矿体,在地表清除矿体上覆土的一种工程。往往应用于0.5-1.0m时应用，主要用来采取样品、确定矿体厚度、追索矿体边界或其它地质界线。,勘探技术手段的种类,一、坑探工程 1、地表坑探工程 探槽（tc）,布置探槽的原则：应垂直矿体走向方向布置，尽量布置在勘探线上，只有这样才能了解矿体最大方向的变化。 又分为主干探槽、辅助探槽 一般不超过3-5米。,勘探技术手段的种类,浅井（qj）（exploring shaft）：30m，断面呈矩形，当围岩易塌时要求支护。 水平硐：地表有出口的平硐， 30m，当地形切割强烈，矿体陡倾斜时，水平硐比浅井方便。,勘探技术手段的种类,一、坑探工程 1、地表坑探工程 2、地下坑探工程（重型山地工程）, 大平硐：地表有出口的水平坑道（大型）30m 竖井：地表有出口的垂直坑道 斜井：地表有出口的倾斜坑道，用作运输 石门、穿脉：无出口的水平坑道，垂直矿体走向。穿脉：矿体中的那部分；石门：围岩中的那部分 石巷、沿脉：之间没有出口的水平坑道，沿矿体的走向掘进，不在矿体中掘进的那部分叫石巷 天井、暗井：没有直接出口的垂直坑道 上山、下山：没有直接出口的倾斜坑道,竖井,斜井,平硐,穿脉,石门,天井,沿脉,用沿脉、穿脉、石巷、平硐勘查矿体,平硐,石巷,沿脉,用平硐和暗井圈定矿体,平硐,穿脉,勘探技术手段的种类,一、坑探工程 二、钻探工程,用钻探机械向地下钻进，从中取出岩心或岩粉，观测了解地下地质情况和矿体情况，以及来圈定矿体，深度从几十米几千米，一般100500m。, 浅钻：深度小于100米，当地下水很大时，不能用浅井时，用浅钻。 深钻：100米,勘探技术手段的种类,一、坑探工程 二、钻探工程,类 型,据倾角,据地表地下,垂直钻,斜 钻,扇形钻,地表钻,地下钻,勘探技术手段的种类,一、坑探工程 二、钻探工程,钻孔要素,钻孔的天顶角：轴线与铅垂线之间的夹角,钻孔的倾角：轴线与水平面之间的夹角,钻孔的方位角：轴线与投影于水平面与正北之间的夹角,3.3 影响选择生产勘探手段的因素,矿体地质因素：矿体形态变化特征 能被矿山生产利用的可能性：探采结合 矿床开采方式及采矿方法：露天或井下 矿床的开采技术条件和水文地质条件以及矿区的自然地理经济条件 综合考虑，全面研究，正确选择,3.3.1 露天开采矿山的生产勘探技术手段,探槽：露天平台上；垂直于矿体走向 浅井：缓倾斜或浮土覆盖不深的矿体 钻探：深度较大 潜孔钻或穿孔钻：矿体平缓,3.3.2 地下开采矿山的生产探矿手段,坑道：沿脉/穿脉；天井/地井；上山/下山；斜井/竖井； 钻探：地表岩心钻/坑内岩性钻；后者利用较为广泛。 凿岩机探矿：,3.4 生产勘探工程的总体布置,考虑因素 尽可能与原矿床勘探阶段形成的总体工程布置系统保持一致； 生产勘探剖面线的方向尽可能垂直采区矿体走向； 生产勘探工程构成的系统应当尽可能与采掘工程系统相结合；,生产勘探工程的总体布置形式 生产勘探工程布置不仅要考虑矿床、矿体的地质特征，更重要的是要考虑矿床的开采因素，特别是开采方式及采矿方法的因素。 垂直横剖面形式（勘探线形式）：多是在原有勘探工程基础上加密； 水平勘探剖面形式：地下开采矿山，产状较陡且不同水平面上矿体形状复杂的矿体； 纵横垂直勘探剖面形式（勘探网形式）：由垂直性工程沿两组以上勘探剖面线排列形成； 垂直剖面与水平勘探剖面组合形式：格架形式，如地下工程组成的格架； 开采块段（棋盘格）形式：利用坑道将薄矿体切割成一系列开采块段；,一、勘探工程与勘探剖面 通过勘探剖面可以求得矿体厚度和品位，勘探工程布置在勘探剖面上，不同类型矿体的勘探采用不同的勘探系统,二、布置原则 1）相隔一定间距系统布置工程，布置于剖面上 2）勘探工程必须沿着矿体变化最大等方向穿过（厚度方向） 3）布置工程从最有希望等 地段开始，从已知到未知、由浅入深、稀密结合。 4）尽量使勘探工程能被将来利用，尽量利用前人资料,层状矿体勘探系统,水平坑道勘探系统,垂直水平勘探系统,水平坑道和钻探系统,水平与垂直坑道钻探系统,垂直的钻探系统,近水平层状矿体的勘探剖面,筒状矿体的勘探剖面,块状矿体的勘探剖面,1、勘探线 把工程布置在一定间距的 一系列垂直于矿体平均走向的剖面上 特点： 剖面上的 工程可以相同也可以不同剖面上的 工程的方向可以相同也可以不同 可以编制一组勘探线剖面,适用于：层状、似层状、脉状矿体 倾角：20 70,2、水平勘探 把工程布置在一定间距的 一系列水平面上 特点： 可以编制一系列的水平剖面,适用于：筒状、脉状矿体 倾角：70,3、勘探网 把工程布置两组勘探线的交点上 特点： 工程必须是垂直的 可以编制出不同角度4个方向的剖面,适用于：层状、似层状矿体 倾角：20 正方形: 适用矿体无方向性变化 长方形: 适用矿体有单向延长的 方向性变化 菱 形: 矿体的 变化介于前二者之间,用勘探线勘探矿脉立体图,钻孔,探槽,矿体,矿体,矽卡岩矿体勘探线剖面图,钻孔,矿体,平硐,花岗岩,灰岩,正方形网,矩形网,菱形网,3.5 生产勘探工程网度（工程间距）,为储量升级，需加密工程，但需要综合考虑许多因素。 影响因素： 矿床地质因素：形状、产状复杂程度 工作要求：保证工程与剖面间的资料对比； 工程技术因素：坑道可靠度要高于钻探； 生产因素：露天与地下而言，露天网度可稀； 经济因素：网度加密可增加成本，但可减少采矿设计的风险；,二、表示方法 沿矿体走向或倾向方向相邻工程间的距离 a（走向） b（倾向）不同的工程布置形式， a b的含义不同,a 相邻勘探线之间的距离,b 勘探线中心线沿顷向 的工程 间距离,正方形网,矩形网,菱形网,a,a,a,b,b,b,b 相邻勘探段面之间的距离,a 走向上工程 间距离,确定生产勘探网度（间距）的方法,类比法（经验法）：依据为勘探类型； 验证法：工程网度抽稀法和探采资料对比经验证法； 统计计算法：应用变程确定工程间距；应用玫瑰花图确定探矿工程总体布置形式；应用估计方差确定探矿工程网度；应用估计方差确定最优工程位置；,3.6 生产勘探设计,任务： 根据矿山地质、技术和经济条件、企业生产能力、任务以及三级矿量平衡和发展建设的要求，并按照开采工程发展顺序所安排的生产勘探对象、范围以及储量升级任务来拟定生产勘探方案，确定工程量、人员、投资、预计勘探成果，并对生产勘探设计的合理性作出说明。,生产勘探总体设计 解决总体方案问题，编写设计说明书，由文字、设计图纸和表格组成。 文字：上年度生产勘探工程完成情况；本年度生产勘探任务和依据；设计地段地质概况；生产勘探总体方案；勘探工作及工程量统计、预计矿量平衡统计、预计技术经济指标计算；工程施工顺序和方案等。 图纸：露天采矿的采场综合地质平面图、预计地质剖面图；地下采矿预计阶段地质平面图及工程布置图、预计地质剖面图，必要时还需要顶、底板等高线图、纵投影图等。 表格：各类说明表格,生产勘探工程的单体设计 解决各工程的施工技术和要求等问题。 探槽：工程位置、方位、长度、断面规格、施工目的和要求等； 浅井：井位坐标、断面规格、深度、水文和工程地质条件、施工目的和要求等； 钻探：钻孔预计地质剖面图及钻孔柱状图； 坑探：地层、岩性、构造、水文及工程地质条件，坑道开门位置和坐标、工程方位、长度、坡度、断面形状和规格等。,3.7 生产勘探中的探采结合,探测结合：保证探矿效果的前提下，实行探矿工程与采掘工程的统筹规划，统一安排，利用采掘工程进行生产探矿，或生产探矿工程能为采矿工作所利用。,探采结合的意义和要求 意义：贯穿于矿山生产的全过程，可减少矿山坑道掘进量，降低采掘比，加快生产探矿进度，缩短生产探矿和生产准备周期，降低生产成本，提高探矿工作质量和效果，利于安全生产和加强生产管理。 要求：打破部门界限、统一设计、联合设计、统筹施工、综合利用成果,3.7.1 露采矿山的探采结合 主要存在于爆破回采阶段,3.7.2 地下开采的探采结合 开拓阶段的探采结合 控制性工程：竖井、斜井、平硐等，无探矿作用； 联络工程：石门、井底车场等，无探矿作用； 探采结合工程：沿脉、运输穿脉等，能用于探矿； 脉外开拓工程：不能用于探采结合 纯生产探矿工程：对生产无直接生产意义 开拓工程与生产探矿结合的步骤和方法 地质人员与采矿人员共同设计、施工,地下开采的探采结合 采准阶段的探采结合：以采矿块段为单元，属于单体性生产探矿范围。 地质人员与采矿人员共同商定，确定探采结合问题及施工顺序,地下开采的探采结合 回采阶段的探采结合：对矿体边界重新进行圈定，指导回采工作。,探采结合的经济效益 以最小的劳动消耗取得尽可能多、尽可能好的、满足生产需要的矿产储量和地质资料。,3.8 生产勘探程度的要求,3.8.1 生产勘探程度对矿山生产的影响 表现在矿体形状、产状、空间赋存特征和受构造影响程度等方面。 井筒位置、阶段划分、阶段高度、开拓方案、开拓运输系统、采矿方法、块段组成等； “三率”的影响；,3.8.2 生产勘探程度的具体要求 对矿体产状、形态、空间位置的控制程度的要求； 对于主矿体周边小盲矿体的控制程度要求； 对矿体内部结构和矿石质量控制程度的要求； 对地质构造及矿床水文地质条件等的控制研究程度的要求；,生产探矿深度的基本要求 依据矿山服务年限、矿体延深及生产接替情况来决定； 对小矿体要一次摸清；对厚大矿体可延续多年完成； 教材p50,3.9 矿山探采资料验证与对比,验证对比的意义 根据矿山开采所获得的有关资料，通过与开采前对应地段勘探资料的对比，来验证勘探网度和检查勘探程度的合理性，从而达到总结勘探经验，提高以后的地质勘探水平，深化对矿床地质特征与成矿规律的认识，更好地为矿山生产建设服务。,验证对比的作用 验证地质勘探对矿床地质认识及结论的正确与否； 验证矿床勘探类型划分与勘探网度确定、勘探手段选择的合理性； 验证矿床使用工业指标及地质储量的合理性与可靠性； 为编制和修订地质勘探规程与有关技术政策提供依据；,验证对比地段选择 矿床中参加对比的矿体，在地质特征、矿石类型、矿石质量等方面应具有代表性； 参与对比的对象应是主矿体分布地段，其储量应占总储量的大部分，或至少在一半以上； 矿体开采已结束或基本结束，已取得足够可供对比的生产地质资料；,验证对比衡量标准 有关参数的允许误差和衡量标准尚无定论，只有一些经验值。,探采对比分类 可分为：生产勘探与开采资料对比；地质勘探与开采资料对比；地质勘探与生产勘探资料对比； 进一步确定合理的勘探网度； 以开采资料为标准和基数； 基数包括采出矿量和损失矿量；,验证对比的内容 矿体形态对比分析； 矿体产状和位移的对比分析； 矿体品位、储量对比与分析； 矿床地质条件对比分析；,探采对比参数的计算方法 （1）矿体面积绝对误差：被一定网度工程圈定的矿体面积(sc)与矿体真实面积(su)之间的误差； 面积绝对误差： 面积相对误差：,探采对比参数的计算方法 （2）矿体面