（采矿工程专业论文）凹地苴矿床采场结构参数优化及采空区处理的研究.pdf

昆明理工丈学硕上学位论文 摘要 摘要 采矿设计优化，就是根据每个矿山具体的工程地质条件、矿体赋存 状况和所追求的技术经济指标，通过定量计算、分析、比较，确定合理 的开采方法、采场结构参数等，从而实现采矿决策科学化和设计优化。 其目的就是在保证矿山安全生产的前提下，最大限度地减少支护工作量 和降低采矿成本，最大限度地提高采矿强度和矿石回收率，从而大幅度 提高企业的经济效益、社会效益和环境效益。 大型计算机的出现和各种数值分析方法、非线性科学和不确定性研 究方法的兴起，为进行采矿设计及优化的定量计算和分析提供了有力的 支持。本论文针对大姚铜矿凹地苴矿床深部开采的不同矿体厚度、矿柱 宽度等条件采用有限单元法进行分步开挖模拟计算，从中得出采场结构 参数的合理范围，从而实现采场结构的优化，为指导矿山生产提供了依 据。 此外，结合大姚铜矿的生产实际，以“模拟空区”为基础，对采空 区处理进行了详细研究，提出了密闭隔离法的空区处理方法。实践证明， 它是空区处理诸多方法中非常实用和有效的措施，具有普遍的应用前景。 关键词：设计优化采场结构参数有限单元法 前后处理 模拟计算虚拟空区空区处理 昆叫理t 人学硕十学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t m i n i n gd e s i g no p t i m i z a t i o n i st h a t h r o u g hq u a n t i t a t i v e c a l c u l a t i n g ，a n a l y z i n g ，c o m p a r i n g t h er a t i o n a l m i n i n g m e t h o da n dt h e p a r a m e t e r so fs t o p es t r u c t u r e ，e t c ，i sc o n f i m e da c c o r d i n gt ot h ec o n c r e t e g e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，t h ed e p o s i t ss t a t e ，e c o n o m i ca n dt e c h n i c a li n d e xo f e a c hm i n e i nt h i sw a y ，t h es e i e n t i f i e d e c i s i o na n dd e s i g n o p t i m i z i n go f m i n i n gc a nb er e a l i z e d t h ep u r p o s ei st h a to nt h ep r e m i s eo fg u a r a n t e e i n g s a f ep r o d u c t i o no fm i n e ，p r o pl o a da n dt h ec o s t so fm i n i n ga r er e d u c e dt o t h em a x i m u me x t e n t ，t h em i n i n gi n t e n s i t ya n dt h er a t eo fo r ea r ei m p r o v e d t ot h em a x i m u me x t e n t ，t h u st h ee c o n o m i cb e n e f i t s ，s o c i a lb e n e f i t sa n d e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t so fe n t e r p r i s e sa r ei m p r o v e db yal a r g em a r g i n ， t h ea p p e a r a n c eo ft h el a r g e - s c a l ec o m p u t e r sa n dr i s eo fv a r i o u sk i n d s o fn u m b e rv a l u ea n a l y t i c a lm e t h o d s ，n o n l i n e a rs c i e n c ea n du n c e r t a i n r e s e a r c h a p p r o a c ho f f e r e f f e c t i v et o o l st o q u a n t i t a t i v e l y c a l c u l a t ea n d a n a l y z ef o rd e s i g na n do p t i m i z i n g o fm i n i n g i nt h i st h e s i s ，f i n i t ee l e m e n t m e t h o di sa d o p t e dt oi m i t a t i v e l ya c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tt h i c k n e s so fo r e b o d y ，p i l l a r sw i d t h ，e t c t e r m so fw ad i j ud e p o s i to fd a y a oc o p p e rm i n e ， f r o mw h i c hw ec o n c l u d et h er a t i o n a lr a n g eo ft h e p a r a m e t e r s o fs t o p e s t r u c t u r e t h u set h eo p t i m i z a t i o no ft h e p a r a m e t e r so fs t o p es t r u c t u r eb e r e a l i z e d ，w h i c hc a no f f e rr e l i a b l eb a s i so fg u i d i n gm i n ep r o d u c t i o n i na d d i t i o n ，c o m b i n i n gt h ep r o d u c t i o nr e a l i t yo ft h e c o p p e rm i n eo f d a y a o ，d i d p o s a lm e t h o d so fm i n e o u ta r e a si ss t u d i e di nd e t a i lo nt h eb a s i s o f “v i r t u a le m p y d i s t r i c t ”s e p a r a t i n g a n d c l o s i n g m e t h o di s p u t f o r w o r d t h ep r o d u c t i o np r a t i c eh a sp r o v e dt h a ti ti sp r a t i c a la n de f f e c t i v e m e a s u r e t h em e t h o dh a sg e n e r a la p p l i c a t i o np r o s p e c t s k e yw o r d s ：d e s i g no p t i m i z a t i o n p a r a m e t e r so fs t o p es t r u c t u r e f i n i t e e l e m e n tm e t h o d p r e p r o c e s s i n ga n dp o s t p r o c e s s i n g i m i t a t i v e c a l c u l a t i o nv i r t u a le m p t yd i s t r i c t d i s p o s a lm e t h o do fm i n e o u t a r e a r 昆明理工大学工程硬七学位论文 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：藩群伟 日期：呈! ! ! 年月上日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：论文作者签名望叠生 昆蹦理工大学硕j j 学位论文 第一牵绪论 第一章绪论 1 1 采场结构参数优化和采空区处理研究的目的和意义 采矿是一项古老的工业。我国的金属采矿业可以追溯到几千年以前， 采矿业为人类社会的发展做出了重要贡献。但采矿业和采矿科学技术的 发展相对较慢，造成采矿设计和技术落后的主要原因是采矿是一门极为 复杂的工程，其复杂性既在于开采结构的复杂性，也在于开采条件和环 境的复杂性。当采矿规模较小，并在近地表范围内进行开采的时候，经 验类比和定性分析的设计方法是可行的。但是随着开采规模的不断扩大 和开采深度的逐渐增加，经验类比方法已经失去了意义。为了保证开采 的安全，提高开采的效益和效率，必须进行采矿设计的定量计算和分析。 根据每个矿山的具体工程地质条件，矿体赋存状况和所追求的技术经济 指标，通过定量计算、分析、比较，确定合理的开采方法、采场结构参 数等，从而实现采矿决策科学化和设计优化。 随着科学技术的不断发展、采矿技术的改进、矿山开采规模的扩大、 开采深度日益增加，采场地压也明显增大，如何控制和利用矿山地压， 以保证顺利安全她多采出有用矿物。研究采场坑硐周围岩石变形和破坏 等过程，确定这些过程在空间和时间上的变化规律，就显得特别重要。 以1 i ，采场地压只是凭肉眼对矿山动态的观察和直观感觉等实际经 验去解决。二十世纪初，在总结了矿山她压显现的基础上，建立和完善 了比较完整的有关在岩体中开挖坑硐时地压发生变化过程的机理和物理 实质的假说。并用于矿山地下巷道硐室的开挖与支护以及采场结构要素 的简化等工程计算，如“支撑压力”和“自然平衡拱”等假说。 二十世纪三十年代，应用数学的发展，弹性理论开始被广泛应用于 解决矿山工程问题，提出把岩体看作是均质理想弹性体模型，后来又建 立了非弹性变形、塑性变形以及随时间而变化的流变模型。但是，由于 数学计算上的困难，这些模型的发展受到限制。六十年代以后，随着电 子计算机的不断完善和发展、数值计算方法的改进，这些模型的数值计 算才得到迅速发展，采场位移和矿柱载荷计算的理论基础才真正开始为 现代科学技术服务，并推动了岩石力学的发展。 昆1 日理下大学硕_ ：学位论文 箱一章绪论 在采矿科学领域空场采矿法采场结构尺寸的设计和研究中，岩体力 学的研究是其重要内容之一。空场采矿法在国内外金属矿山中应用非常 普遍，在我国采出矿石量的5 5 7 都应用空场采矿法。以前，由于研究 手段的限制，对采场结构尺寸研究不够，尤其是空场采矿法中的房柱采 矿法，存留有大量矿柱于采空区中，并且出现了大规模地压活动，造成 国家资源大量损失。这时候还得考虑二次回采，如果当初采场结构尺寸 得到优化的话，就省去好多麻烦。时至今日，有许多矿山，虽然生产已 临近尾声，然而绝非硐老山空，这些矿山绝大多数都遗留有数量可观、 仍具回收价值的矿柱矿石可供开采利用，并且还具有十分明显的经济效 益。近年来，各个矿山开始重视矿柱回采和空区处理，从中取得了一些 经验，但是大多数是凭经验试着回采，并无科学依据，回采既心中无数， 安全又不能保证，急需用科学的方法进行分析和研究，以便指导生产。 1 2 有关课题的国内外研究现状 1 2 1 岩体结构调查方面 采矿工程中，为了能正确地选择采矿方法，需要正确地评价岩体稳 定性，并且按照岩体的稳定性对岩体进行分类，是非常必要的，其已成 为岩体力学的一个重要研究课题。大量的生产实践说明岩体的稳定性不 仅取决于岩性，而且更重要的是取决于岩体结构。岩体结构是指结构面 与被不同形式结构面组合所切割的块体形状和组合特征。充分掌握岩体 的结构并能正确地评价岩体的稳定性，进行岩体构造现场调查是一项非 常重要的工作。现今在岩体结构调查方面主要应用方法是详细测线调查 方法。 在岩体分类方面，现在广泛采用了三个分类系统，分别是威克姆等 的rsr 观念，宾尼奥斯基地质力学分类和巴顿等的q 系统。它们均采 用分类因素的评价点数累计的岩体分类法，即在现场直接把岩体分类因 素分级、配以点数，然后求出各因素的累计点数，用合计点数进行岩体 分类。随着实际应用的发展，考虑的因素基本趋 ：一致。一般包括：岩 石单轴抗压强度、钻孔岩芯的质量指标r q d 、节理发育状况、节理的 昆州理1 二大学j e | 贞。学位论文第一章绪论 产状、节理的持续性，节理面的粗糙度、节理面问的充填物、岩体和节 理面的风化蚀变程度、地下水条件、岩石荷载、开挖方式等。但是，不 同分类系统对各因素的描述方法不尽相同。 1 2 2 采矿中运用数值计算方法进行地压管理、采场优化方面 地压控制或地压管理是采矿设计、采矿方法试验和采矿开采过程中 的第一重要问题。地压控制的基本理论就是掌握开采过程中巷道和采场 围岩的应力、应变分布规律，开采结构系统的变形和破坏情况，并采取 合理的措施，控制开采系统中有害的变形和破坏，保持开采系统的稳定， 保证生产安全。因此采矿方法的应用研究目的和地压控制的目标是完全 相同的，合理采矿方法的“力学研究”实际就是地压控制的优化研究。 根据现代岩石力学的基本理论，地压控制的核心和关键是采用一切 手段保持围岩的强度，充分利用围岩的自身强度来保持开采系统的稳定 性。任何采矿活动都是通过对地层的开挖来完成的，采矿丌挖破坏了地 层的原始平衡状态。地压显现就是地层失去平衡引起的，是地层为达到 新的一轮平衡而进行的种自我调节的行为，这是地层或采矿系统“自 组织”功能的一种反映。但是不能完全等待地层通过“自组织”达到新 的平衡，那样就可能在达到新的平衡过程中将原有的采矿系统破坏了， 而是要在适当的时候，采取适当的方式，帮助地层达到新的平衡状态。 为了有效地完成开采过程，就必须对开采过程中的地压活动规律有充分 的了解认识。利用数值模拟等手段，在方案设计阶段即可模拟显示开采 全过程，对开采过程中的地压活动规律进行预测，从而为采矿优化提供 相应的依据。 实现采矿设计优化，其目的就是在保证开采系统稳定和生产安全的 前提下，最大限度地减少支护工作量，减少支护和掘进成本，最大限度 地提高采矿强度和生产效率，增加矿石产量，大幅度提高企业的经济效 益、社会效益和环境效益。减少支护工作量的前提就是要避免在开采过 程中造成剧烈的地压显现的发生，如围岩中过度的应力集中、过量的位 移和大范围能量聚集区的出现。这是在开采设计优化中应优先考虑的问 题。如根据现场地应力条件和工程地质条件，进行合理的矿山总体布胃， 包括确定合理的采场位置、走向、结构尺寸等，使采场处于有利的受力 斟p 娌t 大学碰 学位论文 第一市绪论 状态，使围岩的应力、应变分布趋于均匀化：选择合理的开采顺序、开 挖步骤，不仅要考虑本步骤丌挖的稳定性，还要考虑下一步骤丌挖的稳 定性，要考虑本步骤开挖对今后各步骤开挖的影响，避免开采过程中某 些部位和某些阶段出现难以控制的应力集中、能量集中和变形破坏。 因此，有效地控制开采过程中的地压活动，保证开采系统的稳定性， 是采矿设计优化的主要内容。大型计算机的出现和各种数值分析方法、 非线性科学和不确定性研究方法的兴起，为进行采矿设计的定量计算和 分析。实现开采设计的优化提供了有力的支持。 在岩石力学问题中常用的数值分析方法主要有有限差分法、有限单 元法、边界元法和离散元法等。有限差分法的历史比较悠久，铁木辛柯 在他的弹性理论一书中就已介绍过有限差分法的基本思想。在有限 单元法出现之前，有限差分法是工程应用的主要方法，但主要用于解决 弹性平面问题。近年来基于有限差分法显式算法的快速拉格朗日分析程 序( f a s t l a g r a n g i a n a n a l y s i so f c o n t i n u a ，缩写为f l a c ) 在采矿和岩土 1 j 程中得到了较为广泛的应用。有限单元法5 0 年代开始盛行，首先是由 mjt u r n e r 和rw c i o u g h 等人于1 9 5 6 年提出。1 9 6 0 年。c l o u g h 又利用 曼角形单元求解了平面应力问题。1 9 6 5 年，ocz i e n k i e w i e z 将有限单 元法用于以变分原理为基础的问题，从而使有限单元法有了坚实的数学 基础。2 0 世纪6 0 年代以后，随着电子计算机的飞速发展和广泛使用，有 限单元法得到了迅速的发展和完善，并在各种复杂工程的数值模拟分析 中得到普遍的应用，目前已从二维发展到三维，从弹性发展到弹塑性及 粘弹塑性，从线性发展到非线性，从小变形有限元发展到大变形有限元 等，展示了广阔的发展空间。边界元法是7 0 年代兴起的一种数值方法， si ，c r o u c h 首先将边界元法用于解决层状岩体的开挖问题。由于边界元 法具有降维的作用，从而大大减少计算工作量，使边界元法具有输入数 据少、计算时间短、计算精度高的特点，因此对解决无限域或半无限域 问题尤为理想。上述几种方法是解决连续体力学的数值方法，但是岩体 是一种经历了漫长地质构造运动的地质介质，为众多弱面所切割，其有 f ! j 显的不连续性，且其变形、破坏或稳定性往往受这些结构面或弱面的 控制，不能简单地视为连续体，于是离散单元法等一些解决非连续体问 题的方法应运而生。离散单元法是由c u n d a l l 等人于1 9 7 1 年首先提出来 的，该方法把破碎的岩体看作是由裂隙切割而成的单个块体的集合体， 4 琶l 埘理t 大学硕i 二学位论文第一章绪论 这些块体可以是刚性的也可以是可变形体，使用有限刚度参数刻画块体 间的接触，运用牛顿运动定律得出出于不平衡力引起的各块体的运动速 度和位移。离散单元法与传统的连续介质分析方法如有限单元法、边界 元法、有限差分法相比，其优点是更能真实地表达求解区域中的几何状 态以及大量的不连续面，比较容易处理大变形、大位移和动态问题，且 材料参数数目相对减少。目前，最广泛应用的离散元程序是由美国 1 1 a s c a 公司开发的二维离散元程序u d e c 和三维离散元程序3 d e c ，它 们已成功地应用于巷道稳定性、边坡工程和放矿力学的研究中。 除了上述四种主要的数值分析方法之外，还有刚体节理元法、无界 元法、半解析元法、不连续变形分析法和流形元法。这些数值方法都有 各自的优缺点及适用条件，在实际应用中应根据具体情况采用合理的方 法，做到既经济又可靠地解决实际问题。 昆吲理工大学颂j ：学位论文 第二章矿床开采现状 2 1 区域地质 第二章矿床开采现状 云南大姚铜矿凹地苴矿床赋存于川i 南滇中断陷舷地，盒地之北及东 部为康滇地轴及轴缘地带大断裂，呈南北向分柿，古陆上分布着元古带 昆阳群板岩、片岩、白云岩、砂岩等：西及西南为哀牢山变质岩带及与 之平行的红河大断裂，呈北西向分布，断裂以西主要为古生带地层。笳 她内沉积了厚万余米的中生带红层，自三叠系上统一平浪煤系列到白垩 系上统赵家店组，可戈i j 分为三个建造，即下部含煤建造，中、上部含锅 含膏盐建造。 盆地内构造线受基底构造影响而呈北北西南南东向展布，以线状背 斜、向斜为主，自北向南的古陆上，分布有较大的中酸性岩体和玄武岩 及古有c u 、n i 、p t 的基性或超基性的岩脉，它们的风化剥蚀，为衙地内 含铜砂岩提供了物质来源，盆地内火成岩不发育，仅有少量燕山期的正 长斑岩、石英正长斑岩及煌斑岩脉等。 盆地内铜矿带多分布在距古陆以西1 0 3 0 k i n 范围，呈北西南东向 展布，含矿层位以白垩系上统马头山组六苴段( 郝家河段) 位最好，其次为 自垩系下统高峰寺组凹地苴段。通过地质调查工作，目前已知的具有工 业价值的有团山、大村、凹地苴、六苴、郝家河、铜厂箐、石门坎、落 及木乍岩予口、格像乍、老青山、麂子弯、清水河等，这些矿床矿体按 形态可划分为三类： 带状型；如凹地苴、六苴； 面型( 宽带型) ：如大村； 扁豆体型：如铜厂箐、老青山等。 矿石质量和开采技术条件较好的是带状型和扁豆体型矿体，它们的 共同特征是： 工业矿体赋存于不同形式的浅紫交互带中； 按韵律或按含矿层具有由辉铜矿一一黄铁矿的矿物水平分带： 伴生元素北部含银商、向南逐渐降低，而铅锌则往南逐渐增高，这 t ，整个红层笳地的矿物水平分带有关，也反映了笳地向南逐渐远离古陆 删理1 _ 人学坝l 。学位论文 第一章 矿床开采现状 剥蚀区。 凹地苴矿床位于盆地偏北，大雪山背斜南端，其范围北起美宜坡， 南至独家村，西起鱼祖乍，东至十二丫口。南北长l3 k m ，东西宽6 k m ， 面积约8 0 k m 2 ，矿区内的矿床及矿点均分布于大雪山背斜轴向转折带的 西翼及向南倾没端部，现已进行深部评价及勘探的矿床，矿点共五个： 六苴、凹地苴、石门坎、落及木乍岩子口、火箭山。投入浅部评价的有 三个，即美宜坡、十二丫口、界牌。仅进行少量地表工作的有鱼祖乍、 独家村等。 2 2 矿床地质 凹地苴矿床出露于六苴矿床北4 0 公里处，含矿层位较六苴矿床低 4 7 0 m 左右，赋存于白垩系下统高峰寺组下亚段( k i g w l ) 浅紫交互带的浅 色长石石英砂岩中。这一层位在滇中分布广泛，但探明具有工业价值者， 目前仅有凹地苴矿段。 2 2 1 地层 1 9 8 0 水平揭露地层有白垩系高峰寺顶部和普昌河组的一些亚段。 k 1 9 2 ( 者那么段) ：以浅湖相红色泥岩沉积为主，上部为暗紫色泥岩、 粉砂岩以及浅白色细粒砂岩，含姜状、点状钙质结核； k i g w ( 凹地苴段) ：由于沉积差异，分为上、中、下三个亚段： ( _ ) 、k l g w l ( 凹地苴下亚段) ：由于河相沉积总体上分为四个韵律层： i 韵律层：紫红色中细粒砂岩，局部含砾，同时夹泥质砂岩以及浅 色层，主要分布于地层凹陷处； i i 韵律层：灰白色含砾中粗砂岩，底部有一层紫红色砂质泥岩； i i i 韵律层：浅灰色中细粒砂岩，局部含砾，底部有一层紫红色泥质 砂岩： 韵律层：浅灰色紫红色细粒砂岩，浅色层基本为含矿层。 总的说来，k t g w l 底部为紫色、扶色、狄紫色含砾砂岩，往上逐渐 变成细粒长石石英砂岩，正向半韵律发育，为本区主要的含矿层。 圆、k l g w 2 ( 凹地苴中亚段) ，为紫色砂质泥岩及紫色粉砂岩，厚约 7 尾明理工大学硕士学位论空 第二二章矿床开采现状 l5 m ： ( 三) 、k 1 9 w 3 ( 凹地苴上亚段) ，为紫红色砂质泥岩与狄绿色粉、细砂岩 互层，局部有铜矿化。 在生产探矿过程中，在1 9 8 0 2 0 1 0 中段坑道内出露有者那么段( k i 9 2 ) 和凹地苴段中的下亚段( k i g w l ) 地层，坑内钻探打到凹地苴中亚段，少数 钻打到上亚段。 2 2 2 构造 从区域上看，大雪山背斜纵贯整个矿区，组成骨架构造，其轴向由 北向东至么社底簸向南逐渐转为南北至北西，南端倾没于界牌附近，两 翼产状西缓东倾，西翼1 0 。3 0 。，东翼5 5 。与此相应产生的次级褶 皱构造有簸箕背斜、落及木乍向斜、火箭山穹隆、独家村穹隆及六苴矿 床、凹地苴矿床中所见的舒缓、波状挠曲等，它们的轴向多为北西或南 北向，仅火箭山穹隆处于倾没端附近，变动剧烈而呈北东向，断裂主要 分为两组，即： 、北西南北向组，n w 向、n n w 向、s n 向及少量n n e 向断层， 这是一组压或压扭性断裂，其产状常与大雪山背斜轴向平行或各层产状 少许斜交，断层面常见擦痕，破碎带不甚明显，多以逆断层为主。 、东西向组，它包括了n w w 向、n e e 向及e w 向断层，这是一 组张扭性断裂，在矿区内较为发育，一般倾角较陡。以这种断层为主， 常破坏矿体，有时在该组断层两侧，断续出露有煌斑岩脉，断层破碎带 比上组明显，如在矿体附近出现，则由于氧化淋滤而使矿体贫化。 a 、断裂 通过对1 9 8 0 2 0 1 0 m 水平坑道地质编录，揭露了一些地层，如在 1 9 8 0 m 水平出现的断层有f 2 6 、f 4 0 、f 4 l 、f 4 2 等，这四条断层主要对矿体 起破坏作用，在断裂挤压面附近的矿体或矿物被改造，常见有形状不规 则的石英和方解石脉，脉中的铜矿物被改造为短粗的脉状或不规则的块 状，断裂邻近的岩石有氧化褪色和重结晶的现象，使原来的长石石英砂 岩变为次生石英岩，它们均层成矿后断裂，现分述如下： 、f 2 6 ：破碎带宽5 m 左右，走向n 7 0 。w ，倾向n e ，倾角7 5 。左 右，张扭性正断层，垂直断距约2 0 m 左右，水平断距约5 0 m 左右，n e 昆明理工大学碳。i ：学位论文第一章 矿床开采现状 盘向e 移，断层为成矿构造； f 4 0 ：破碎带宽2 m 左右，走向n 7 5 。e ，倾向n e 倾角7 5 。左右， 张扭性逆断层，垂直断距约2 0 m 左右，水平断距约7 0 m 左右，n e 盘向 w 移； f 4 l ：破碎带宽4 m 左右，走向n 7 0 。w ，倾向n e ，倾兔7 s 。左右， 张扭性正断层，垂直断距约5 m 左右，水平断距约15 m 左右，n e 盘向e 移： f4 2 破碎带宽5 m 左右，走向n 7 5 。w 。倾向n e ，倾角7 5 。左右， 张扭性正断层，垂直断距约1 0 m 左右，水平断距约4 0 m 左右，n e 盘向e 移。 b 、褶皱 该矿床中褶皱不发育，仅由于多期断裂的产生，致使断裂附近的岩 层发生拖拉牵引和微波状的挠曲现象，如f 2 6 、f 4 0 、f 4 2 等断裂所通过剖 面中可以见到。 2 2 3 矿床特征 凹地苴矿体，主要赋存于凹地苴下亚段浅紫过渡带的浅色岩石中， 地表矿带出露在1 9 4 2 2 0 勘探线之间，长5 5 0 m ，为矿带的短轴出露。深 部矿体延长至4 7 0 0 m ，宽为5 0 6 0 0 m ，矿体倾角1 0 。3 5 。，面积约 1 8 k m 2 ，矿体长轴方向拐弯较多；短轴方向变化大，矿带平面形态似飘 带，空间上具有南北两端宽厚、中间薄窄的特点，形态又似哑铃。根据 上述特点，沿矿带长轴方向。将地表0 0 6 4 0 线划分为北部，长1 6 5 0 m ； 6 4 4 i8 4 0 线划分为中部，长1 4 3 0 m ：i8 4 2 8 4 0 线划分为南部，长1 6 2 0 m 。 它与溴中其它具有工业价值的矿床相比较，含铜品位稍低，为1 0 3 ， 且品位变化较大，但大部分为硫化矿石，可选性良好。矿床内自者那么 段上部至普昌河组第二段均有矿化显示，而主要的工业矿体则赋存于凹 地蓖下亚段浅紫砂岩交互带中，矿体在剖面上由西到东显示为雁形排列。 矿体赋存于凹地苴下亚段浅砂岩交互带的浅色石英砂岩之中，矿体 沿走向和倾向变化较大，矿石以灰色、深狄色中粒至细粒长石石英砂岩 品位较好，金属矿物分带由黄铁矿黄铜矿斑铜矿辉铜矿赤铁矿组成， 矿化以弱强一弱的变化分带，一般地在斑铜矿辉铜矿带中品位偏高一 9 昆明理t 人学硕士学位论文 第二章矿床开采现状 些。 浚区见水平层理、斜交层理，且北多南少，并且砾石具定向排列， 长轴向2 4 5 。3 4 74 ，倾向变化大，处于2 5 。一3 5 。之间，含砾层具有明 显的水流冲刷作用，北部最强，往南逐渐减弱。因此，可以认为北部属 三角洲环境中的支流河道相，向南逐渐向三角洲前缘洼地过渡。 2 2 4 岩石结构构造 矿石的结构构造类型与含矿岩性相同，特别是固溶体分离结构，构 造以浸染状散点状构造为主，还有条带状、云雾状、斑点状构造分布于 灰绿色细砂岩、泥岩中。矿石结构构造决定了岩石孔隙的大小，岩石孔 隙作为金属硫化物赋存的场所，含矿段( k l g w 0 各种粒级岩石都有矿化， 但以中细粒长石石英砂岩矿化较均匀，品位较稳定；不均一的粗粒缎砂 岩中虽然普遍都有矿化，但矿化不均匀；泥岩结构致密，孔隙微小，很 少矿化。 总而言之，凹地苴矿床地质情况复杂，浅紫交互频繁，浅色岩石的 颜色、粒度在长轴和短轴方向变化较快，且连续性较差，形成的矿化不 均匀，总体品位低，致使表外矿储量比原资料提供数增加，而铜金属比 胀资料数减少。 银在中粗粒深灰色、紫灰色长石石英砂岩中品位较好，但其赋存规 律目前还未弄清，有待进一步的工作。 2 2 5 主要金属矿物 常见的金属矿物以辉铜矿为主，其次为斑铜矿、黄铜矿、黄铁矿， 有少量自然铜、铜兰、闪锌矿、赤铁矿。氧化矿物以孔雀石为主，其次 为兰铜矿、褐铁矿等，其特征现分述如下： l ，辉铜矿：其赋存形式主要呈胶结粒状，不定形分布于砂粒孔隙中， 形态受到孔隙制约，粒度0 0 1 - 0 0 2 m m ，最大2 0 m m ，品位依其含量而定， 密集时可高达1 o 左右，在西部呈散浸状之时，品位较低。 2 斑铜矿：在砂岩中呈胶结粒状，粉砂岩和泥岩中呈豆状、似脉状、 2 i 雾状分布，粒度0 0 l 0 1 m m ，最大1 0 m m ，多产于矿体东侧及上下部 1 0 昆州理t 人学坝 ：学位论文第一章 矿床开采现状 位，常与辉铜矿、黄铜矿共生。若与辉铜矿共生时，品位较高( 1 5 3 ) ： 与黄铜矿共生时，品位较低( 0 5 - 1 0 ) 。 3 黄铜矿：呈它形的脉结粒状，常与斑铜矿呈粒状、松子状连晶或 交替黄铁矿成为连晶，粒度o 0 0 5 0 1 m i l l ，最大l o m m ，多布于矿体东侧， 品位低( 0 5 左右) 。 4 黄铁矿：广泛分布于无矿的浅色砂岩、粉砂岩及泥岩中，产出形 态为结核状、浸染状，结晶形态多为立方体，少见八面体、五角十二面 体、自形晶及它形晶，粒度0 0 0 5 0 1 m m 。黄铁矿可分为早晚两期，早 期被黄铜矿交代后期呈黄铁矿假象存在。由紫到浅、由西向东，其含 量逐渐增加。 5 其它矿物：如方铅矿、闪锌矿偶见少量于矿体东侧，呈粒状或脉 状产出，含量低，赤铁矿常与辉铜矿伴生，在辉铜矿边缘呈环状分布， 矿带西部亦偶见自然铜散点。 6 氧化矿物；主要分布与北部近地表或受断层影响的部位，所见矿 物主要是孔雀石、兰铜矿，前者多呈散点状，其次是薄膜状、树枝状， 粒度0 0 1 一o 5 m m ，品位0 8 左右。 7 伴生有益组分：主要是银，具有回收利用价值。 2 3 矿床水文地质概况 凹地苴矿区属中高山地貌。绝对高程l8 7 0 2 4 3 0 米，比高约6 2 0 米。 陡坡地形，切割较深，属中性切割区；气候属云南高原中亚热带季风气 候区，为温暖半潮湿型，冬、春季干燥少雨，气候干、冷，降雨集中在 5 1 0 月，年降雨量8 0 0 1 l o o m m ，年蒸发量7 0 0 m m 左右，气温8 3 1 ， 温暖宜人。区内森林繁茂植被覆盖率达9 0 以上，涵养水分；大气降 雨是区内地下水的主要补给来源。但由于山高坡陡，降雨往往形成地表 径流，对地下水的补给不十分有利。 矿区内的主要河流有六苴河和者纳么河，流向大致由西向东。凹地 苣矿床北部为者纳么河，标高约l8 5 0 米，距北部矿体1 2 0 0 13 0 0 米，流 量变化于o 2 5 3 0 l s ；南为六苴河，标高为1 8 7 0 米，距南部矿体3 0 0 4 0 0 米，流量变化于0 1 5 7 l s 之间，均属山区曲流急流型，河流受季节控 制，变化较大。 昆圳理工大学硕哮位论文 销二章矿床开采现状 凹地苴下亚段( k i g w i ) 是本矿床的含矿层，也是主要的含水层，属于 砂岩裂隙构造承压含水层，即为狄白紫色，细粗粒台砾石英砂岩，中 厚层状，分选差，厚度1 5 - 4 5 m ，一般2 5 m 左右。砂岩构造裂隙比较发育， 沿断裂带有地下涌水，涌水形成多为不连续涌水，少量呈连续涌水，涌 水量为0 5 1 1 l s ，渗透系数0 6 6 6 4 m 月，平均1 4 7 m 月：地表泉水出 露少，泉水量0 1 0 4 l s ，旱季干涸枯竭。 者那么段( k i g z ) 为凹地苴下亚段( k i g w l ) 下伏砂、泥岩互层承压弱含 水层，是紫色砂质泥岩，上部为灰白色粉细砂岩薄层，砂岩分选性较好， 厚度1 6 0 2 4 0 m ，构成相对隔水底板，一般弱含地下水，水量甚微。 普昌河组( k i p ) 又为凹地苴中上亚段( k i g w 2 3 ) 之上覆泥岩风化裂隙 弱含水层，为紫色厚层状泥岩、砂质泥岩夹粉砂岩薄层，厚度3 0 0 6 5 0 m ， 地表风化裂隙及钙质溶蚀孔较发育，出露泉水，出现斜坡沼泽，泉水流 量较小。深部逐渐含石膏而隔水，就全层而言，是一个厚大稳定的隔水 盏层。 本矿床为一套含、隔水层相间的单斜岩层( 走向北西，倾向南西，倾 角l o 3 5 。) ，其岩性为塑性和刚性相间，无论是张扭性或压扭性断层， 裂隙发生在刚性砂岩中，致使岩层受到一定的破坏，成为矿坑充水、富 集的通道。在断裂附近常出现涌水现象，在塑性的泥岩、泥质砂岩中， 虽有裂隙存在，但裂隙易被泥质充填而封闭，基本不对矿床造成充水的 威胁。 1 9 8 0 m 、2 0 1 0 m 水平位于地下水位2 0 5 8 m 标高以下，地下水沿断裂 道涌出，涌水量小，涌水持续时间不太长，多者几个月，少者十几天， 水量逐渐消失。 本地段水文地质条件属简单程度，在雨季对矿坑涌水影响较大，进 行经常性的水文地质工作，是目前采矿工作的需要。 2 4 矿床开采技术条件 凹地苴矿床总共有七个大的矿体，4 4 、5 。、6 4 矿体分布的6 9 4 勘探线 以北，矿量少、埋藏浅，6 9 。1 13 ”线有4 个矿体，但2 。、38 、7 ”矿体储量 较：d ，埋藏不一致，形态复杂，在进行开采技术条件分析主要以l ”矿体 为主进行分析。 【蔓州理工大学硕士学位论文 第二二章矿眯开采现状 凹地苴下亚段( k i g w l ) 是本矿床的含矿层，也是主要的含水层，属于 砂岩裂隙构造承压含水层即为灰白紫色细粗粒台砾石英砂岩，中 厚层状，分选差，厚度1 5 - 4 5 m ，一般2 5 m 左右。砂岩构造裂隙比较发育， 沿断裂带有地下涌水，涌水形成多为不连续涌水，少量呈连续涌水，涌 水量为o 5 1 1 l s ，渗透系数0 6 6 6 4 m 月，平均1 4 7 m 月：地表泉水出 露少，泉水量0 1 0 4 l i s ，旱季干涸枯竭。 者那么段( k l g z ) 为凹地苴下亚段( k i g w l ) 下伏砂、泥岩互层承压弱含 水层，是紫色砂质泥岩，上部为灰白色粉细砂岩薄层，砂岩分选性较好， 厚度1 6 0 2 4 0 m ，构成相对隔水底板，一般弱含地下水，水量甚微， 普昌河组( k i p ) 又为凹地苴中上亚段( k l g w 2 。3 ) 之上覆泥岩风化裂隙 弱含水层，为紫色厚层状泥岩、砂质泥岩央粉砂岩薄层，厚度3 0 0 6 5 0 m ， 地表风化裂隙及钙质溶蚀孔较发育，出露泉水，出现斜坡沼泽，泉水流 量较小，深部遂渐含石膏而隔水，就全层而言，是一个厚大稳定的隔水 盏屡。 本矿床为一套含、隔水层相间的单斜岩层( 走向北西，倾向南西，倾 角1 0 3 5 。) ，其岩性为塑性和刚性相问，无论是张扭性或压扭性断层， 裂隙发生在刚性砂岩中，致使岩层受到一定的破坏，成为矿坑充水、富 集的通道。在断裂附近常出现涌水现象，在塑性的坭岩、泥质砂岩中。 虽有裂隙存在，但裂隙易被泥质充填而封闭，基本不对矿床造成充水的 威胁。 1 9 8 0 m 、2 0 1 0 m 水平位于地下水位2 0 5 8 m 标高以下，地下水沿断裂 道涌出，涌水量小，涌水持续时间不太长，多者几个月，少者十几天， 水量逐渐消失。 本地段水文地质条件属简单程度，在雨季对矿坑涌水影响较大，进 行经常性的水文地质工作是目前采矿工作的需要。 2 4 矿床开采技术条件 凹地苴矿床总共有七个大的矿体，4 。、5 、6 4 矿体分布的6 9 。勘探线 以北矿量少、埋藏浅，6 9 。1 1 3 4 线有4 个矿体，但2 “、3 ”、7 4 矿体储量 较少，埋藏不一致，形态复杂，在进行开采技术条件分析主要以14 矿体 较! ，埋藏不一致，形态复杂，在进行开采技术条件分析主要以1 “矿体 为主进行分析。 昆明理工大学硕士学位论文 第二章矿床开采现状 2 4 1 矿体形态和岩层结构 l4 矿体赋存在凹地苴下亚段的中上部，平面上分布在6 9 ”1 0 9 4 勘探 线之间，矿体投影面积1 3 4 0 0 0 m 2 ，在平面上似囊状，剖面上呈层状、带 状，矿体向西南方向( 2 3 5 。) 侧伏，倾角约3 2 。，矿体走向长约5 6 0 m ， 沿倾向平面投影长3 9 0 m ，分布在1 6 1 0 一1 8 8 0 标高，矿体最大厚度1 9 m ， 平均厚度5 5 m ，矿体多以单层产出，部分地段底部出现表外矿石，在 7 5 4 8 1 ”勘探线之间，l 。在矿体下约7 m 为7 0 矿体，在l ”矿体之上。k t g w l 层位项部继续出现表外矿，在7 7 4 8 9 0 勘探线之间，i 。矿体被f 4 3 下右型 平移断层错断，形成上盘倾角变缓，矿体薄，下盘倾角变陡。矿石矿物 以辉铜矿为主，次为斑铜矿、铜蘸、黄铜矿、自然银、辉银矿等，脉石 矿物有：石英、长石、方解石等。矿体顶板主要为紫色粉砂岩、砂质泥 岩，局部为灰白色细、中粗砂岩，总体岩石坚硬，节理裂隙较为发育， 不很稳固，底板围岩以浅色中细粒砂岩，总体来讲，该矿段开采技术条 件较好，品位高，矿体赋存以单层矿为主，顶板偏于稳定。 2 4 2 矿石和围岩的物理机械性质 ( 1 ) 体重：表内硫化矿：2 6 6t m 3 ；表外矿：2 6 1t m 3 ；围岩：2 6 4 ( 2 ) 硬度：矿体普氏系数：f 1 0 1 2 ； 围岩普氏系数：砂岩f 1 0 1 2 ；泥岩f ：6 - 8 ( 3 ) 完全松散系数：1 6 2 4 3 矿石加工技术特征 针对该区不同部位选取7 个钻孔的岩矿心，从表外至表内矿体，紫 色砂、泥岩、浅色无矿砂一粉砂岩，按比例配制成品位1 0 6 的样品进 行测试，硫化铜含量为0 9 9 6 ，分布率9 3 9 7 ，游离氧化铜0 0 5 2 ， 分布率4 9 ，结合氧化铜含量0 0 1 3 ，分稚率1 2 3 ，氧化率6 13 ， 结合率1 2 3 。对配制品位为1 0 8 的样品进行选矿回收率试验精矿品 位为2 6 1 1 ，尾矿品位为0 0 9 7 ，选矿回收率9 0 9 6 ，银回收率为7 7 5 。 垦型墨三查兰堡兰竺兰苎 兰三皇竺鉴翌墨翌些一 2 4 4 各种地质储量表 表2 1 凹地苴矿床9 8 年保有地质储量表 勘探矿石量 铜金属量 中段铜品位( ) 各注 级别 ( t )( t ) 2 0 1 0b18 0 0 0 1 152 0 7 1 9 8 0 b + cl3 2 0 0 01 1 2 1 4 8 2 1 9 5 5b + c2 4 0 0 0 0 1 0 82 5 9 2 1 9 3 5c2 7 0 0 0 0 1 1 53 1 0 5 含中南部 18 7 0c4 0 0 0 0 0 1 0 24 0 8 01 8 9 5 、18 8 0 以上矿体 1 8 3 5c6 0 0 0 0 0 1 1 06 6 0 0 含中南部 小计 1 6 6 0 0 0 01 0 5 17 4 6 6 含 18 3 5 c + d2 1 0 6 3 7 01 0 52 5 8 6 71 2 14 1 4 5 4 以下 线内矿体 说明：1 8 3 5 以下是指矿体赋存在4 8 3 5 水平以下4 5 1 4 5 4 勘 探线内的矿量，其中：( 1 ) 6 4 。线以北：q = 7 7 4 9 3 t ，c = 1 1 6 ， p = 9 0 1 7 6 t ：( 2 ) 6 4 一3 4 ：q = l8 7 $ 8 7 7 t ，c = i 2 4 ，p = 2 3 3 3 0 t ：( 3 ) 1 13 # - 1 4 5 “：q = 1 5 0 0 0 t ，c = i 0 6 ，p = 1 6 3 5 t ，合计q = 2 1 0 6 3 7 0 t ， c = 1 2 3 ，p = 2 5 8 6 7 t 表2 2 凹地苴矿床深部，6 4 。1 13 4 线补勘地质储量表 矿 表决 计算储量 各 级 注 床内段 别矿石量铜品位银品位银会属 号外号铜金属( t ) ( t )( ) ( g + t ) ( t ) 1 # 内 lb1 4 1 9 8 lo 9 8 51 3 9 8 7 41 6 5 82 3 5 4 2c + d 4 7 4 3 41 1 6 75 5 3 5 51 6 5 8o 7 8 3c1 3 9 3 6 61 0 61 4 8 3 8 016 5 82 3 1 1 4 昆明理丁大学琐1 ：学位论文 第一章 矿床开采现状 4c2 4 1 4 0 2 0 8 8 62 13 8 7 21 6 5 84 5c4 0 2 7 5 61 4 55 8 6 2 6 21 6 5 86 6 8 6c + d2 0 0 7 4 8 1 2 6 2 5 2 6 1o1 6 5 83 3 2 7c2 1 4 0