（采矿工程专业论文）surpac环境下苏家坪矿三维模型与边界品位优化研究.pdf

摘要 铁矿石资源成为制约中国钢铁工业发展的主要因素之一，湖北建始官店铁 矿是我国宁乡式铁矿中规模最大的铁矿体，矿石性质复杂、嵌布粒度极细、难 选难冶，在我国可利用的铁矿资源缺乏，铁矿价格大幅上涨的背景下，对其进 行开采利用研究具有重要的经济意义和战略意义。 由于高效性和安全性，三维采矿软件在矿山有着越来越重要的应用，数字 化逐步成为当今矿业的发展趋势。本文以官店铁矿苏家坪矿区为研究对象，分 析国内外综合研究现状，在比较采矿工程软件优劣的基础上，应用s u r p a c 软件 建立了湖北建始县官店铁矿苏家坪矿区矿体的三维模型，并对鲡状赤铁矿的储 量及品位进行了分析。通过建立矿区地表模型和矿体实体模型，形象的表达了 苏家坪矿区的地表形态和矿体的特征；通过块体模型反映了矿体内部各点的矿 石品位分布，对不同品位级别下的矿体资源进行了评估。 根据矿体赋存条件采用地下开采，确定了合理的开采方法和采选经济参数。 边界品位是矿山开采的一个重要参数，它的选择影响到整个矿山的收益和服务 年限。边界品位的优化，依赖矿山的生产能力和选矿能力、矿体的物理及地质 特征等因素。由于边界品位的重要性，国内外很多学者对其进行了研究。本文 介绍了边界品位研究现状及发展情况，分析了当今优化边界品位的各种方法， 联系矿山实际情况，采用盈亏平衡法和最大现值法确定了合适的边界品位。 根据优化的边界品位，再次应用s u r p a c 对矿体进行了地质重构和解译，圈 定了矿体边界，确定了合理的矿体模型。 关键词：s u r p a c ，矿体，三维模型，品位，优化 a b s t r a c t i r o no r er e s o u r c eb e c o m eo n eo ft h em a i nf a c t o r st h a tc o n s t r a i n t st h eh e a l t h y d e v e l o p m e n to fc h i n e s ei r o na n ds t e e li n d u s t r y t h ei r o no r em i n ei ng u a n d i a n j i a n s h ic o u n t yi st h el a r g e s tn i n g x i a n gs t y l ei r o no r eb o d yi nc h i n a t h ec o m p l e x n a t u r eo ft h eo r e c l o t hi n l a ys i z ei sv e r ys m a l lm a k ei ti sh a r dt oc h o i c ea n ds m e l t i n t h eb a c k g r o u n do fl a c k i n ga v a i l a b l ei r o no r er e s o u r c e sa n di r o no r ep r i c e sr o s i n g s h a r p l y ，i th a si m p o r t a n ts t r a t e g i cs i g n i f i c a n c ei nm i n i n gt e c h n o l o g yr e s e a r c h t h et h r e e 。d i m e n s i o n a ls o f t w a r eh a sa ni n c r e a s i n g l yi m p o r t a n ta p p l i c a t i o nf o ri t s e f f i c i e n c ya n ds e c u r i t y ，a n dd i g i t a lm i n e sb e c o m et h ed e v e l o p m e n tt r e n do ft o d a y s m i n e s t a k i n gt h eo r eb o d yi ns u j i a p i n g ，g u a n d i a na sr e s e a r c ho b j e c t ，i n t r o d u c e dt h e s t r e n g t h sa n dw e a k n e s s e so fd i g i t a lm i n e s t h e nu s e ds u r p a ct os e tu p t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e lo fs u j i a p i n gi r o ni nj i a n s h ic o u n t y 。h u b e ip r o v i n c e ，a n d a n a l y s i e dt h eo o l i t i ch e m a t i t er e s e r v e sa n dg r a d e t h r o u g ht h es u r f a c ea n do r eb o d y s o l i dm o d e lc a nr e f l e c tt h es u r f a c ei m a g eo fs u j i a p i n g a sw e l la st h ec h a r a c t e ro fo r e b o d y ；t h eb l o c km o d e lr e f l e c t e dt h eg r a d ei n f o r m a t i o no fe v e r yp o i n tw i t h i no r e b o d yt h e nr e s e r v e si nd i f f e r e n tl e v e l sc a l lb ee a s i l yc a l c u l a t e da n de v a l u a t e d d e t e r m i n e du n d e r g r o u n dm i n i n gm e t h o d sa c c o r d i n gt oo r eb o d yb u r i e d c o n d i t i o n sa n dt h er e a s o n a b l em i n i n gm e t h o dt h r o u g hc o m p a r i s o no fs e v e r a l m e t h o d s ，d e s i g n e dw o r ks y s t e ma n dp r o d u c t i o nc a p a c i t y ，t h e nt h ee c o n o m i c p a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e d t h ec u t o f fg r a d ei sa ni m p o r t a n tp a r a m e t e ri nm i n i n g i ta f f e c t st h ew h o l eo ft h ec h o i c eo ft h ep r o c e e d so ft h em i n ea n dl e n g t ho fs e r v i c e o p t i m i z a t i o no ft h eo u t o f fg r a d e ，d e p e n d e n to nt h ep r o d u c t i v ec a p a c i t yo ft h em i n e a n dm i n e r a lp r o c e s s i n gc a p a c i t y ，t h ep h y s i c a lb o d y ，a n df a c t o r ss u c ha sg e o l o g i c a l f e a t u r e s m a n ys c h o l a r sa th o m ea n da b r o a dr e s e a r c h e di tf o ri t si m p o r t a n c e t h i s a r t i c a li n t r o d u c e dr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fo u t o f fg r a d e ，a n a l y s i e d v a r i e t yo fw a y st o d a yt h a th o wt od e t e r m i n et h ec u t o f fg r a d ea n dd e t e r m i n e dt h e c u t o f fg r a d eb yc o n t a c t i n gt h ea c t u a ls i t u a t i o ni nt h em i n e c o m b i n i n gw i t h b r e a k - e v e na n dt h el a r g e s tp r e s e n tv a l u em e t h o dt od e t e r m i n et h ec u t o f fg r a d e r e - a p p l i c a t i o no ft h es u r p a ct or e - i n t e r p r e t e dt h eg e o l o g yo fm i n eo r eb o d y a c c o r d i n gt ot h en e w b o r d e rg r a d e ，t h e nd e t e r m i n e dan e wg e o l o g i c a lb o u n d a r ya n da m o r ea p p r o p r i a t em o d e l k e yw o r d s ：s u r p a c ，o r e b o d y ，t h r e ed i m e n s i o n a lm o d e l ，g r a d e ，o p t i m i z a t i o n 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) 导师( 签名) 日期 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景、目的和意义 1 1 1 研究背景 铁矿石是钢铁工业最基本、也是需求量最大的冶炼原料。2 0 0 1 年我国铁矿 石资源量5 8 1 1 9 亿吨，居世界第四位，但是铁矿品位低于世界品位1 1 个百分 点，而且难采难选。随着钢铁工业快速发展，我国的铁矿石产量远远无法满足 钢铁工业的需求，2 0 0 4 年我国钢产量2 7 2 8 0 万吨，生铁2 5 1 8 5 万吨，铁矿石3 1 0 1 0 万吨，铁矿石自给率下降到5 0 。在2 0 0 4 年世界铁矿石价格上涨了1 8 6 的基 础上，2 0 0 5 年又上涨7 1 5 ，铁矿石资源成为制约中国钢铁工业健康发展的主 要瓶颈之一【l 】。为了解决铁矿原料不足、弥补供需缺口，要着眼于寻找和开发 新的原料基地【2 】。 建始官店铁矿是我国宁乡式铁矿中规模最大的一个铁矿体，属于宁乡式铁 矿床，矿石性质复杂、嵌布粒度极细、难选难冶。在我国可利用的铁矿资源日 益趋向于贫、细、杂，铁矿价格大幅上涨的背景下，赤铁矿作为湖北省储量丰 富的铁矿资源，对其进行技术上合理、经济上可行的技术攻关具有重要的经济 意义和战略意义。 1 1 2 研究目的及意义 一个大型地质工程项目从可行性研究阶段、初步设计阶段到详细设计阶段， 乃至到工程运行期的管理与监测期，建设周期长，往往积累了大量的地质资料， 用三维模型图形来表达、解释和管理如此庞大的资料比光靠数据库和图表图纸 等传统手段来得有效的多。建立地质工程复杂地质体的三维模型，处理岩层界 面与结构面的组合关系，逼真反映地下地质结构的全貌，将为地质工程工作者 分析研究工程地质现象和发现掌握岩土体结构规律提供一种崭新的研究手段和 研究方法。 本课题研究的s u r p a c 一大型矿山工程软件是一套完整而且全面的软件系 统，其应用领域包括：勘探和地质模型，地表和地下采矿设计，矿山工程测量， 武汉理工大学硕士学位论文 生产计划和开采进度计划，尾矿和复垦设计，钻孔编录。它极大的改进了从测 量工程师、采矿工程师、地质师到生产管理过程中的技术信息交流；把关于矿 山系统的原始数据流转换成可以理解的信息，转换成具有矿山经济价值的知识。 本课题研究的目的和意义主要体现在以下两个方面： ( 1 ) 通过用s u r p a c 建立矿区模型可以更加形象的体现苏家坪矿区的地表形 态，以及矿体的空间分布规律，反映了矿体内部各点的品位信息，可以非常方 便地进行储量计算，可用于矿山生产设计和资源评估，为矿山高效合理利用矿 产资源提供了依据，为今后开采同条件矿体提供了参考。 ( 2 ) 矿山三维数字建模与可视化技术是“数字矿山 的核心组成部分，是 现代矿山信息化研究的热点和重点。利用三维数字建模的方法来进行储量计算、 品位估值、安排生产计划，将改变矿山传统的开采模式，是我国矿山现代化征 程中的必由之路。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 矿山发展的趋势 随着信息技术的飞速发展，矿业发达国家认识到，在依靠提高机械化水平 来提高矿山的生产能力、效率和安全性的同时，必须利用信息技术改造传统矿 山的生产和管理模式【3 】。加拿大从2 0 世纪9 0 年代初开始研究遥控采矿技术， 目标是实现整个采矿过程的遥控操作，实现了从地面对地下矿业进行控制。加 拿大政府已制订出一项拟在2 0 5 0 年实现的远景规划，即将加拿大北部边远地区 的一个矿山改造为无人矿井，通过卫星操控矿山的所有设备实现机械自动破碎 和自动切割采矿。芬兰、瑞典等国家采矿业也实施了自己的智能采矿长期规划， 内容涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿业信息网建设、新机械应用和 自动控制等多方面。由于新技术的广泛应用与推广，国外矿山企业的信息化已 经与其它行业站在了同一水平，实现了矿山生产过程的可视、可控、可调与高 效率、高安全性与决策的科学化。 1 9 9 8 年美国提出数字地球的概念之后，国际上采矿业发达国家已纷纷利用 数字信息技术来改造和提升其采矿业，不仅变革了传统矿业沿袭百年的生产工 艺和组织管理模式，而且极大的提高了矿山企业的生产效率和安全水平【4 】。中 2 武汉理工大学硕士学位论文 国科技工作者特别是采矿专家也认识到“数字矿山 战略将是推动我国矿山信 息化建设和社会经济、资源环境可持续发展的重要武器【5 1 。数字矿山成了采矿 行业最热门的话题，同时也说明数字矿山是采矿业今后的发展方向。 1 2 2 数字矿山的定义及基本特征 数字化矿山是采用现代信息技术、数据库技术、传感器网络技术和过程智 能化控制技术，在矿山企业生产活动的三维尺度范围内，对矿山生产、经营与 管理的各个环节与生产要素实现网络化、数字化、模型化、可视化、集成化和 科学化管理，使矿山企业生产呈现安全、高效、低耗的局面【6 】。 数字矿山包括三个方面的内容：一是对那些与时空有直接联系的信息，如 地表地形地貌、矿体赋存、开拓方案、采掘方案、现有工程等信息的数字化， 即将这些信息与其三维空间坐标一一对应，并建立各种三维立体模型，直观形 象的显示矿山的地表地下实体情况；二是矿山各种设备或生产作业系统，比如 地压监测系统、车辆调度系统、人员定位系统、选冶间设备等系统的数字化、 自动化、智能化管理；三是各职能部门的信息化管理，比如机电设备管理、劳 资管理、生产管理以及决策支持等系统的数字化实现及智能化管理。通过这3 方面的信息化、自动化、数字化，将矿山建设成一个信息数字化、管理智能化、 设备自动化的涵盖时空的多维综合信息系统。 数字矿山有如下特征【_ 7 】： ( 1 ) 数据的获取、存储、传输和表达信息化。利用现代技术( 如g p s 、r s 等) 使矿区的空间、属性和管理数据的获取、存储、传输和表述更具时效性、 更准确，表达形式也灵活自如。 ( 2 ) 矿山生产和经营决策的科学化。数字矿山在矿山生产方案确定、参数 选取与决策经营中能够发挥巨大的经济效益，体现矿山经营的科学化。 ( 3 ) 设计、计划和生产指挥工作的计算机化。生产中所有的设计与计划工 作都可在计算机上完场，实现主要生产设备运营的计算机调度等。 ( 4 ) 生产工艺流程和设备的自动化。使各种生产工艺流程实现自动控制， 设备远程操作或自动控制。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 3 国内外研究与开发现状 从1 9 8 0 年代中期开始，计算机在我国矿山得到了应用，经过学术界与工业 界近2 0 年的努力，取得了一定的进展。我国目前主要采用c a d 软件，c a d 已有 3 0 年的发展历史了，在过去近十年的时间里各科研单位相继开发出了针对不同 矿山的采矿c a d 软件，取得了一定的成果。总结我国采矿c a d 的应用情况，虽 然取得了一定进展，但仍然存在一些问题：基本上都是二维绘图软件，不能形 象的直观的反应地质状况；对编制生产计划来说，其精度难以保证；模拟开采 时圈定的开采区域与用等值线程序追踪的年末状态线有一定的差距，这种差距 有时是很大的，导致采掘量与年末图不一致；操作比较复杂，在图形编辑方面 功能有限。 我国矿业行业目前仍然处于机械化的初级阶段，与国外矿业相比，在技术、 装备、管理模式、思想观念等方面均有非常大的差距【8 】。信息技术在我国矿山 企业的应用比较有限，概括起来有以下主要特点： ( 1 ) 应用的广度和深度处于初级阶段。信息技术的应用主要停留在以企业 财务、生产台帐、综合统计、报表生成为主的管理系统方面。在矿体圈定、矿 量计算及生产计划等矿山生产直接相关的领域，计算机主要用于模仿手工作业 的过程。 ( 2 ) 缺乏系统的整体规划、功能单一、重复建设现象严重、信息资源共享 难以实现。 ( 3 ) 管理模式与信息节航速的要求不相适应，应用所带来的效益甚微。从 总体上来讲，在资源管理数字化、技术装备智能化、过程控制自动化、生产调 度可视化与生产管理科学化等方面，我国与发达国家相比还有相当大的差距， 目前仍处于数字矿山建设的起步阶段。 近年来，美国、加拿大、英国、澳大利亚等国先后推出了功能强大的矿用 软件系统，这些软件运用现代空间信息理论来研究地层及其环境的信息处理、 数据组织、空间建模与数字表达，并运用科学计算可视化技术来对地层及其环 境进行真三维再现和可视化交互处理，为矿山地质体建模、品位推估、储量计 算、开采设计及生产规划等工作的全三维表达提供了良好的工具。 美国k i n e t i x 公司开发的3 ds t u d i om a x ，a 1i a s w a v e f r o n t 公司开发的m a y a 和微软公司开发的s o f t i m a g e 等大众化的三维建模软件，在构建工业和建筑模型 4 武汉理工大学硕士学位论文 与动画制作方面有其独到之处，但交互查询的功能较弱，与工程勘测数据库结 合并应用于工程地质三维建模方面还有较大距离【9 】。 加拿大阿波罗科技集团公司开发的m i c r o l y n x - 一维地质建模与分析软件系 统，通过对离散点采样、钻探采样和探槽采样等空间数据的处理，产生s e c t i o n ( 剖面) 模型，v o l u m e ( 体) 模型，p o l y g o n ( 多边形) 模型，b l o c k ( 块) 模 型，g r i d ( 层状) 模型和s u r f a c e ( 面) 模型。利用s e c t i o n 模型计算矿藏储量， 构造复杂地质体、矿井、巷道等地面地下采矿建筑设施。利用v o l u m e 模型对地 质体进行任意方向切割，从而表达任意复杂程度的地质体。p o l y g o n 模型可直接 由采样点数据生成。b l o c k 模型用于确定矿藏分布和等级变化，m i c r o l y n x 软件 有两大特点用于提高三维地质体的空间分辨率，一是在矿体或断层边界进行晶 胞细分，二是在三维勘探空间中采用不同尺度的晶胞。g r i d 模型与b l o c k 模型类 似，但更适用于扁平分布的矿体。s u r f a c e 模型用于表现地表地形测量结果，露 天矿设计和实际开采状况，计算两个地层面之间的体积等【1 0 】。 g e m c o ms o f t w a r e 桌面系统是加拿大g e m c o ms o f t w a r ei n t e r n a tio n a li n c 公司为使矿产资源勘探、矿产资源评价、矿井规划、矿井设计和采矿生产的关 键操作自动化而设计开发的软件系统。g e m c o ms o f t w a r e 桌面系统集成了开放 数据库、多种应用程序、无线技术和网络商业化智能系统，为用户提供高级的 决策支持手段，能够规划、管理和监督采矿生产，减少采矿风险和降低成本， 是新一代采矿工程企业级解决方案【1 1 1 。g e m c o m 软件通过钻孔、点、多边形等数 据，利用大量的实用的图形编辑和生成工具，显示钻孔孔位分布，运用不规则 三角网建立s u r f a c e ( 表面) 和s o li d ( 实体) 模型，运用多义线圈闭岩层和矿体边 界进行储量和品位分析，提供了交互操作功能并允许用户根据自己的经验和专 业知识勾画地质模型，实现任意剖面切割任意角度观察和实体与实体或实体与 表面的交切运算等。 以上两种软件主要是瞄准采矿工程，能够较好地满足采矿工程活动中的矿 产资源勘探和评价、地下矿井和露天矿坑设计和规划、矿产资源管理和采矿生 产管理等需求，但对于地质工程岩土体的建模与分析，针对性不强。 t i t a n - _ - - 维建模软件是由北京东方泰坦科技有限公司开发的t i t a n 地学综合 信息系统中的一个组件，是基于框架建模的思想研制开发而成的，利用平行或 基本平行的剖面数据建立起三维空间任意复杂形状物体的真三维实体模型【l 2 1 。 t i t a n 三维建模软件的组成部分有：( 1 ) 剖面数据处理模块，建立剖面数据，为 5 武汉理工大学硕士学位论文 建立三维实体模型提供由一系列平行的剖面组成的框架数据，数据剖面由多边 形、环和点元素组成；( 2 ) 对应关系处理模块，建立剖面之间、多边形之间、 环之间和点之间的对应关系，为建立三维实体模型提供剖面间的一一对应关系， 从而建立建模元素之间在三维空间中的联系；( 3 ) 模型处理模块，建立实体模 型，用剖面数据和剖面间的对应关系建立起三维实体模型，并且可以对模型进 行任意切割、计算面积和体积的处理。此软件只是三维建模与图形处理的引擎， 适用面广泛。但在面向具体专业时，需要添加或扩充专业模块，比如工程地质 专业模块等。 纵观国内外几种软件的研究与开发现状，对于地质工程专业的复杂地质体 建模与分析的针对性不强，没有充分体现地质工程专业的特殊性，不能够很好 地满足地质工程生产与研究的实际需要。 澳大利亚s u r p a cm i n e xg r o u p ( 简称s u r p a c ) 成立于1 9 8 1 年，总部位于 西澳州首府佩斯( p e r t h ) 。从创建之始，s u r p a c 就致力于为矿产资源业开发采 矿规划及管理软件系统，并且逐步将业务领域从澳大利亚拓展到全球。s u r p a c 公司在智利、南非、印度及中国等矿产资源大国设立了2 0 个办事处和代理。 s u r p a c 大型数字化矿山软件广泛应用于资源评估、矿山规划、生产计划管理的 各个阶段乃至矿山闭坑后的复垦设计的整个矿山生命期的所有阶段中。可以形 成一整套三维立体的和块体的建模工具，将土建工程设计、三维模型建立、工 程数据库构建等完全图形化，并解决复杂工程中境界优化的施工管理。其实用 的进度计划软件包解决了开采计划中物质多样性、目标多样性、采矿地点多样 性等复杂情况带来的项目规划难题，真正为用户制定可靠的生产计划和掘进工 程计划，使企业生产的各个环节在高效的管理控制之下，从而获取最大的经济 效益。 目前在国内销售的软件主要有以下几种：d a t a m i n e 及i i n e 2 - 4 d 系列软件 在铜陵有色金属公司冬瓜山铜矿有了很好的应用、s u r p a c 软件( 金川有色金属 公司) 、m i n t e e 软件( 江西铜业公司) 、m i c r o m i n e 系列软件( 西部矿业、云铜 大红山、国土资源管理部门等) 。 进行储量计算是众多采矿软件一个很重要的功能，而确定合理的边界品位 对于进行储量计算是至关重要的，由于边界品位的所设计的因素复杂，它的合 理确定与优化是一个在国际上自6 0 年代起就被许多学者关注的课题。l a n e 在 1 9 6 4 年首次提出了以最大净现值为目标，同时考虑采、选、冶不同生产生产能 6 武汉理工大学硕士学位论文 力条件下的边界品位确定方法，1 9 7 9 年又将该方法改进，使之能够反映产品价 格的变化【1 3 。1 4 】。d o w d 在1 9 7 5 年用动态规划方法研究了边界品位与采矿生产能 力的关系问题【l 孓1 7 】。黄光球利用净现值最大的优化目标在地下和露天开采中进 行了有益的探讨【l 引。谢英亮通过对边际成本和边际效益分析，确定总能赢利最 大的边界品位【19 1 。云庆夏将遗传算法应用于边界品位优化闭。王青在综合考虑 露天开采寿命、生产能力、开采顺序和最终境界的条件下，提出边界品位的系 统分析算法【2 1 1 。由于本课题属于初步研究报告，还未开采，无法提供历年的生 产数据，故只能结合矿山实际情况，综合利用盈亏平衡法和最大现值法进行合 理边界品位的初步计算。 3 本文的研究思路和主要内容 由当今矿业的发展趋势，知道矿山的数字化有着越来越大的前景，通过对 国内外的发展现状进行了分析比较，由此可知我国目前处于数字化发展的初级 阶段。本文采用澳大利亚s u r p a c 矿山软件建立了建始官店铁矿的矿区三维模 型，对矿体进行了品位和储量报告，使工作人员能够全面清楚的了解该矿区的 矿体分布，从而更合理的制定开采计划；同时基于s u r p a c 对该矿区矿体的边界 品位进行了优化，保证矿山开采的赢利。 本文的主要研究内容如下： ( 1 ) 根据原地质勘探钻孔资料建立与s u r p a c 软件匹配的地质数据库，并将地 质平面图及剖面图转换成s u r p a c 环境下的三维图形。 ( 2 ) 根据转换后的地质平面图建立矿区的地表模型。结合地质数据库，矿体剖 面图建立矿体的实体模型，块体模型，并对矿体进行储量和品位报告，从而让 工作人员更清楚的了解矿体的空间分布，更加方便有效的进行开采方案的确定。 ( 3 ) 根据矿体特征选取合适的采矿方法，确定采选矿参数。在采矿参数的基础 上根据结合矿体实际情况，采用盈亏平衡法和最大现值法计算出合适的边界品 位，并重新进行品位估算及储量计算。 本文的技术路线见图1 - 1 。 7 武汉理工大学硕士学位论文 图1 i 技术路线图 8 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 矿区地理位置 第2 章矿区概况 湖北朝阳有限责任公司官店铁矿位于湖北省建始县东南方向5 3 公里的官 店镇境内，官店铁矿矿区地理坐标为：东经1 1 0 0 0 0 1 0 ，1 1 0 0 1 5 0 0 ”，北纬 3 0 0 1 0 1 0 ” - 3 0 0 1 7 3 0 ”。矿区属中高山地形，海拔达+ 7 3 8 m - + 1 5 6 8 m 。区内有公 路通达，交通较为便利【2 2 】。 境内山峦起伏，沟壑纵横，高低悬殊，使全州的气候及植被类型呈现明显 的垂直变化。由于地处我国东部亚热带季风区，气候特点是冬暖夏凉，雾多湿重， 雨量充沛，年平均温度1 5 , - - , 1 7 。c ，高山气温较低，而盆地气温较高，这样就形 成了气候的复杂性，为众多生物的生长繁殖提供了得天独厚的条件，许多耐寒、 耐热生物在本区都有分布。这里经济较为落后，交通不便，是湖北省的贫困地 区之一，但水、矿产、旅游和生物资源丰富。 2 矿区及矿床地质概况 2 2 1 矿区地质特征 本区域位于四川地台与江南地盾之间凹陷地带中，阿尔卑斯前为追陆运动， 阿尔卑斯后为褶皱运动，前者使有关地层呈假整合接触和生成许多有价值的矿 产，后者使区域地层发生褶皱和导致热水活动而沉积各种热液矿产。区域内的 矿产主要有铁、铜、铅锌、锰、汞、煤、粘土、硅石、石灰石、重晶石、萤石、 石膏、磷灰石和黄铁矿等，其中铁矿是本区优势资源。 区内最老地层为寒武纪石牌组页岩，最新地层为第四纪泥砾岩。 区域褶皱带多为北东一南西至北东东一南西西向的背向斜所组成，具交替 特征，当背斜两翼不对称时，一般是北西翼较南东翼缓。背斜北部常出露奥陶 系和志留系地层，向斜轴部常保存三叠系大冶灰岩；区域断层约分为两组，一 组为走向断层，常发生在褶皱轴部附近，一组为倾向断层，常发生在褶皱倾没 附近，该两组断层多以正断层出现，倾角较陡，一般均在5 0 0 以上；该区域发 9 武汉理工大学硕士学位论文 育的节理有两组，一组走向北东，倾向南东和北西，一组走向为北西，倾向北 东，该两组倾角较陡，多为7 0 0 以上。 2 2 1 1 地层岩性 湖北官店铁矿区凉水井一大庄详勘区主要出露志留系纱帽组至三叠系大 冶灰岩( 不包括第四纪泥砾岩) 。下面将各地层特征从老到新简述如下： 志留统纱帽组( s 2 s ) 为砂质页岩、石英砂岩与泥质砂岩，厚度不详； 中泥盆统云台观组( d 2 y ) 为厚层状石英岩、砂岩页岩、厚约2 2 - - 4 0 m ，与 下伏地层呈平行不整合接触； 上泥盆统黄家磴组( d 3 h ) 为砂岩、页岩夹鲕状赤铁矿薄层，1 1 2 1 m ： 上泥盆统写经寺组( d 3 x ) 为泥灰岩、砂页岩和鲕状赤铁矿层，是本区铁矿的 主要赋矿层位，厚约3 0 _ - 7 0 m ； 上石炭统黄龙组( c 2 h ) 上部为厚层灰岩、下部为底砾岩，厚沪- 6 6 m ，与下 伏地层呈平行不整合接触； 下二叠统马鞍煤组( p l m n ) 为细粒石英砂岩、炭质页岩夹煤层和粘土矿，厚 约卜7 1 m ，与下伏地层呈平行不整合接触； 栖霞组( p l q ) 为灰岩夹炭质页岩，厚约14 0 m ； 茅口组( p l m ) 为含燧石结核灰岩，厚约1 2 0 m ； 孤峰组( p l g ) 为含炭硅质岩夹炭质页岩，厚约2 4 3 0 m ； 上二叠统龙潭组( p 1 1 ) 为炭质页岩夹煤层，厚约1 卜2 6 m ，与下伏地层呈平 行不整合接触； 上二叠统长兴组( p l c ) 为中厚层含燧石灰岩夹硅质页岩，厚约7 卜8 0 m ； 下三叠统大冶组( t 1 d ) 为薄层状石灰岩为主，夹页岩、泥质灰岩，厚度不详， 与下伏地层呈平行不整合接触。 2 2 1 2 地质构造 本区位于恩施一黔江台褶束的北东段，自北西向南东有花坪复向斜、前坪 背斜、鱼精坝向斜、太山庙背斜( 长岭背斜) 、大庄向斜等一系列北北东一北东 一北东东向背、向斜和断裂所组成。官店铁矿区凉水井一大庄详勘区主要分布 于长岭背斜和大庄向斜地带，局部次级褶皱和断裂也较为发育；其南东与长阳 一永顺台褶束紧密相邻，二者具有渐变过渡之特征。 ( 1 ) 褶皱 a 长岭背斜：东起蛮刀口断层，西经长岭、七里荒、孔家店、磨子场至五 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 家河矿区，轴向为北东东一南西西向，东西延长达2 6 k i n 以上。北翼较陡，一般 倾角为4 0 l - 6 0 0 ，局部直立倒转；南翼倾角较缓，一般为2 0 0 _ 3 0 0 ，该背斜是官 店铁矿区内最主要的构造单元，铁矿体分布于背斜轴部及其南北两翼。 b 大庄向斜：位于长岭背部以南，并大致与其相平行，也是区内主要的控 矿构造，其东起响水洞，向西延至陈家湾以北逐渐消失，轴向由西至东由北东 转至北东东，东西延长约9 k m 。北翼倾角为1 6 l 3 5 0 ，构造简单；南翼倾角为 1 4 0 - 3 5 0 ，其上有次级小褶皱平行并列出现，由北而南依次为姜家岩背斜、姜家 岩向斜、灯盏窝背斜、马尾岭向斜、马尾岭背斜等。 c 杨家坪向斜：位于大庄向斜东延北侧，轴向为北东东向，东西延长约 1 k m 。北翼倾角为1 4 l 4 8 0 ；南翼倾角为1 5 l 2 8 0 。 d 沈家包向斜：位于杨家坪向斜南东侧，轴向为北东东向，东西延长约 1 1 k m 。北翼倾角为2 0 l 3 0 0 ；南翼倾角变化较大。 e 洞塘向斜：位于矿区西南部的洞塘一带，轴向为北西西一南东东，东西 延长约2 k m 。北翼倾角为2 1 0 ；南翼倾角为4 l 1 5 0 。 f 唐家岩北侧向斜：位于一1 6 号勘探线南侧唐家岩，轴向为北东东一南西 西，东西延长约7 0 0 m 。北翼倾角为2 1 0 ；南翼倾角为1 8 0 。 ( 2 ) 断层 本区断裂构造多为北东向正断层，少数逆断层，现将区内主要断裂简述如 下： a 凉水井正断层：为矿区内最大的正断层，东起拱桥沟，西经凉水井延至 区外，断层走向由西至东呈北北东转至北东东向，倾向南东，倾角大于6 0 0 ，断 层线延长达9 k m 以上，垂直距离约1 7 0 一4 5 0 m 。其中一8 号勘探线上，断层倾角 为6 0 0 ，垂直断距约为4 5 0 m 。在o 号勘探线上，断层倾角为6 8 0 ，垂直断距约为 3 0 0 m 。 b 蛮刀口正断层：是区内主要断裂构造，控制了矿区的东部边界。位于蛮 刀口一带，断层走向为北北东向，倾向南东，倾角3 5 0 _ 5 3 0 ，断层线延长达3 2 k m ， 垂直断距达4 0 0 m 以上。 c 花谷包正断层：位于东北部花谷包以北，断层走向为北东1 0 0 一5 0 0 ，倾 向北西，倾角为3 4 0 _ 4 5 0 ，断层线长达2 k m 以上，最大垂直断距达2 6 5 m 。 d 杉树坪正断层：位于杉树坪i l i y p 2 8 1 以东，断层走向为近南北向，倾向 近东，倾角为8 2 0 ，断层线延长达8 5 0 m 。 武汉理工大学硕士学位论文 e 杉树坪逆断层：位于杉树坪h i y p 2 81 2 8 5 以东，断层走向为北西6 3 0 ， 倾向北东，倾角1 9 0 ，断层线延长约6 0 0 m 。 f 盐井碑正断层：位于盐井碑k 2 7 6 附近，断层小而明显，断层走向为北西 2 0 0 ，倾向北东，倾角5 5 0 ，断层线延长约1 9 0 m ，垂直断距约5 m 左右。 g 雷家塘正断层：位于雷家塘i i i y p 2 4 7 以北，断层走向为5 6 0 ，倾角为7 0 0 - - - 8 0 0 ，断层线延长为3 5 0 m ，垂直断距约1 5 m 。 h 响水洞正断层：位于响水洞k 2 2 5 以南，断层走向为北东东一南西西，倾 角为6 5 0 。断层线延长为5 5 0 m ，斜断距约l1 3 m ，水平断距约8 0 m 。 i 大庄坪正断层：位于大庄坪k 2 0 1 以南，断层走向为北4 0 0 7 0 0 东，倾 角为5 5 0 北西。断层线长达1 2 k m 以上，斜断距为1 l o m 。 j 后坪正断层：位于6 4 号勘探线c k 8 6 以东，断层走向为北4 0 l 7 0 0 东， 倾角为5 5 0 北西。断层线长达1 5 0 m 以上，斜断距为2 0 m 。 k 长岭正断层：位于长岭k 2 8 5 以北，断层走向为北5 4 0 东，倾角为7 0 0 北 西。断层线长达1 4 0 m 以上，垂直断距为1 3 m 。 l 巴东垭正断层：位于杜公木河k 3 0 以北，断层走向为北3 0 0 东，倾角为 5 0 0 _ - 6 0 0 北西。断层线长达4 0 0 m ，断距未查清。 m 其它还有沈家包正断层、马儿山正断层、纱帽坡正断层、下三友坪正断 层、枫林坡正断层、珠珥村逆断层、木兰坡逆断层、k 1 7 3 逆断层、黄石板正断 层、c k 7 5 北西侧断层等，这里不再赘述。 ( 3 ) 节理 区内节理主要有三组：一组倾向为1 1 5 0 _ 1 4 5 0 ，一组倾向为2 2 0 0 ，一组倾 向为3 5 0 0 ，各组倾角多为7 0 0 - - 8 0 0 ，三组节理可分别归为走向、倾向和斜交三 类，节理面光滑平整，倾角陡为其特征，其性质应属剪切节理。 2 2 2 矿床地质特征 2 2 2 1 地层岩性 湖北建始县官店铁矿苏家坪矿内的采样试验矿区位于官店铁矿区凉水井一 大庄详勘区西部，该地段内主要出露中志留统纱帽组( s ：s ) 、中泥盆统云台观 组( d 。y ) 、上泥盆统黄家磴组( d 3 h ) 与写经寺组( d 3 x ) 、上石炭统黄龙组( c 2 h ) 、 下二叠梁山组( p 。1 ) 、栖霞组( p l q ) 及茅口组( p 。m ) 等地层( 不包括第四纪泥砾 岩) 。下面将各地层特性从老到新简述如下： 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 上泥盆统写经寺组( 0 3 x ) 为泥灰岩、砂页岩和鲕状赤铁矿层，是本区铁矿的 主要赋矿层位，厚约3 0 7 0 m ； 上石炭统黄龙组( c 2 h ) 上部为厚层灰岩、下部为底砾岩，厚o _ 咱6 m ，与下伏 地层呈平行不整合接触； 下二叠马鞍煤组( p 。m n ) 为细粒石英砂岩、炭质页岩夹煤层和粘土矿厚约0 7 1m ，与下伏地层呈平行不整合接触； 栖霞组( p i q ) 为灰岩夹炭质页岩，厚约1 4 0 m ； 茅口组( p 。m ) 为2 燧石结核灰岩，厚约1 2 0 m 。 2 2 2 2 地质构造 本采样试验构造矿区位于长岭背斜北翼近轴部地带，其南东侧有凉水井正 断层通过，该断层沿北东东向展布，断面倾向南东，倾角6 0 0 _ 6 5 0 ，见中志留 统纱帽直接与下二叠统茅口组接触，垂直距离约达4 0 0 m ，局部次级褶皱和断裂 也较为发育；其南东与大庄向斜紧密相邻。 ( 1 ) 褶皱 a 长岭背斜：东起蛮刀口断层，西经长岭、七里荒、孔家店、磨子场至五 家河矿区，轴向为北东东一南西西向，东西延长达2 6 k m 以上，北翼较陡，一般 倾角为4 0 q o o ，局部直立倒转；南翼倾角较缓，一般为2 0 0 _ 3 0 0 ，该背斜是官 店铁矿苏家坪采样试验区内最主要的构造单元，铁矿体分布于背斜轴部及其南 北两翼。 b 大庄向斜：位于长岭背斜及采样试验矿区以南，并大致与其相平行，也 是区内主要的控矿构造。其东起响水洞，向西延至陈家湾以北逐渐消失，轴向 由西至东由北东转至北东东，东西延长约9 k m ，北翼倾角为1 6 0 _ 3 5 0 ，构造简单； 南翼倾角为1 4 0 一3 5 0 ，其上有次级小褶皱平行并列出现，由北而南依次为姜家 岩背斜、姜家岩向斜、灯盏窝向斜、马尾岭向斜、马尾岭背斜等。 ( 2 ) 断层 本区主要断裂构造为凉水井正断层，现将该断层简述如下： 凉水井正断层：位于矿区的南部，为矿区内最大的正断层，东起拱桥沟， 西经凉水井延至区外，断层走向由西至东呈北北东转至北东东向，倾向南东， 倾角大于6 0 0 ，断层线延长达9 k m 以上，垂直距离约为1 7 0 4 5 0 m 。其中在一8 号勘探线上，断层倾角为6 0 0 ，垂直断距约为4 5 0 m 。在0 号勘探线上，断层倾 角为6 8 0 ，垂直断距约为3 0 0 m 。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 节理 区内节理主要有三组：一组倾向为1 1 5 0 - 1 4 5 0 ，一组倾向为2 2 0 0 ，一组倾向为 3 5 0 0 ，各组倾角多为7 0 0 一- 8 0 0 ，三组节理可分别归为走向、倾向和斜交三类，节 理面光滑平整，倾角陡为其特征，其性质应属剪切节理。 2 2 2 3 含矿岩系特征 泥盆系上统写经寺组为本区主要的含矿岩系，含铁矿层( 即f e 。矿层) ，赋 存于写经寺组下部，属鲕状赤铁矿层，一般厚2 3 m ，最厚达5 2 2 m 。下面由老 至新分述如下： a 灰色、灰绿色页岩，厚4 8 米。 b 灰白色石英砂岩，厚5 1 0 米。 c 灰色、灰绿色页岩，厚1 2 米。 d 紫红色、钢灰色鲕状赤铁矿； a 铁质砂岩，厚o _ 0 8 6 米。 b 鲕状赤铁矿，厚卜5 米。 c 砾状赤铁矿，厚o _ _ o 8 5 米。 d 紫色页岩，厚0 1 2 米。 e 鲕状赤铁矿，厚卜1 米。 e 灰绿色、兰灰色页岩，厚5 1 2 米。 f 灰白色硅质灰岩，或浅灰色泥质灰岩，厚6 3 0 米。 矿层底板主要为薄层紫红色或灰绿色页岩，矿层顶板为兰灰色页岩，更上 为泥质灰岩或硅质灰岩。在纵向上，自矿层以下的砂页岩至矿层以上的泥质灰 岩，构成一个由砂岩、页岩、鲕状赤铁矿、页岩及泥质灰岩组成的海进沉积旋 回。写经寺组厚度变化较大，约3 0 _ - 7 0 m 。一般矿层以下厚度较稳定，矿层以 上厚度变化较大，推其原因系受沉积时的岩相古地理条件及其后地壳上升运动 的影响而遭受剥蚀作用所致，同时由西至东上部的灰岩或硅质灰岩，逐渐相变 为泥质灰岩或灰质页岩。 2 2 2 4 矿体(