矿体三维形态与地质产状虚拟仿真实验设计与实践

实践教学是保证矿床学教学效果、培养创新性找矿勘探和成矿理论研究人才的重要途径。矿床大多深埋地下、地处偏远,开采现场存在一定的危险性,这些因素制约了传统矿床学实践教学的顺利开展,成为提高“矿床学”课程教学效果与人才培养质量的瓶颈。该文对焦西北大学地质学“双一流”学科建设,着眼学生矿床学综合实践能力的培养,以实际矿山地质现象和成矿理论为基础,设计了矿体三维形态与地质产状虚拟仿真实验教学项目。项目设置了矿体三维形态、矿体地质产状和实景模拟三个模块,通过实验准备—交互操作—探究讨论的实验教学过程,采用虚实结合、人机互动的实验教学方法,解决了实际野外实践教学“费时、费力、费人”、经济开销大、存在安全风险、难以重复观察的缺陷。该虚拟仿真实验对于帮助学生了解不同类型矿体在复杂三维空间的产出形式、掌握矿体形态和产状对矿床成因与成矿规律的指示意义、提高学生的矿床学综合实践能力具有重要作用。

基于Rhino的三维矿体模型构建及矿体储量计算

矿体的储备量是矿山企业的经济命脉,为探究新发矿业开采深埋矿体的大致轮廓以及矿体储备量,基于Rhino软件与勘探线剖面图、实际钻孔分别构建了2种矿体模型,对2种模型的建模流程、矿体体积计算等方面的差异进行分析。研究结果表明:在合理外推见矿段与简化矿体轮廓线的前提下,采用勘探线剖面图建立三维矿体模型的流程更简便、建模效率高,但是矿体模型与实际矿体的误差较大;采用实际钻孔建模的建模流程相对复杂,效率更低,但是获得的矿体体积与实际矿体体积更接近,2种模型得到的矿体体积差值为75.96万m^(3);矿体轮廓线的绘制是影响计算矿体体积的重要因素,科学合理的绘制矿体轮廓线对矿体储量计算尤为重要。

金川铜镍矿床隐伏富铜矿体成因研究及其深部找矿意义

金川矿床赋存于富橄榄石超镁铁质岩中,是目前世界第三大在采铜镍硫化物矿床。经过多年开采,如何在深、边部找到新的替代资源问题显得越来越重要。通过对金川矿床富铜隐伏矿体的矿体特征、矿石特征和矿石特殊地球化学特性等方面进行分析研究,特别是从空间立体对其矿化规律进行总结,并与其附近Ⅱ1#主矿体进行对比,指出该类型矿体既有岩浆熔离作用的特点,又有后期改造作用的特征,其形成经历了三个阶段:富含Cu、PGE岩浆深部熔离-脉动贯入、构造活化富集和后期热液叠加。同时探讨了来源于地幔深部的高镁玄武质岩浆,在深部岩浆房和阶段岩浆房熔离分异过程中,富镍岩浆和矿浆之间存在富铜岩浆。此外,Pb同位素表明,该隐伏富铜矿体形成时间为8亿年左右,早于块状特富矿;Pb、S同位素表明,该矿体主要来源于地幔,但曾被少量地壳物质混入。最后指出铜镍硫化矿床的成因是复杂多样的,在金川矿床深边部寻找新型矿体,尤其是富铜矿体的前景很大,而F_6断层可能是富铜隐伏矿体岩浆通道和Ⅱ1#主矿体岩浆的深部侵位通道之一。

倾斜矿体采空区非对称顶板-矿柱结构体协同承载机理

为解决倾斜矿体回采后大倾角顶板和非对称空区可能引发的采空区支撑结构体变形及破坏失稳问题,以某石灰石矿非对称顶板-矿柱支撑结构体为研究对象,构建结构体承载力学模型,求解顶板挠曲变形值及矿柱安全系数,分析不同倾角、跨度比下顶板变形特征及矿柱失稳破坏模式,研究其协同承载机理。结果表明:顶板变形、矿柱失稳破坏模式受采空区倾角θ和跨度比λ的双重影响,顶板变形大小随着θ的增加表现为双增长率,与λ的关系伴随着θ的变化而变化。矿柱失稳破坏模式受θ的影响程度随着λ的增加而减小,当0°<θ≤30°时,矿柱主要为小偏心受压破坏;当θ=0°和30°<θ≤60°时,随着λ值的增加,矿柱破坏模式从大偏心受压破坏向小偏心受压破坏转变。顶板维系采空区稳定的能力随着θ的增加逐渐降低,矿柱维系采空区稳定的最优λ值随着θ的增加逐渐减小,矿柱约束顶板变形作用大小随着λ的增加而降低。数值模拟和工程实例验证了理论计算结果的可靠性,为地下空场法矿山安全开采提供一定的理论支撑。

热液脉型萤石矿床隐伏矿体定位预测综合技术方法

萤石是国家战略性新兴产业发展中不可或缺的关键支撑原材料,被国际社会普遍列为“关键矿产”,随着萤石露头矿的发现殆尽,急需开展隐伏矿体的深部定位预测研究。文章简要论述了断裂构造控制的热液脉型萤石矿床地质特征、分带模式和成矿规律,评述了萤石找矿中常用的勘查技术方法。结合找矿标志和控矿要素分析,总结了隐伏-半隐伏萤石矿体定位预测的找矿模型,提出了“分带型”和“掩埋型”两种类型隐伏萤石矿体及相应的找矿技术方法组合。笔者建立了隐伏萤石矿体定位预测的地质-物探-化探-遥感综合找矿模型及其四步勘查技术流程,这对指导隐伏萤石矿床(体)的找矿勘查具有重要的理论和实践意义。

河西金矿不稳定矿体开采方法研究

不稳固倾斜薄至中厚矿体的开采是目前矿山面临的主要问题之一,针对河西金矿开拓至-820 m出现的节理裂隙发育、矿岩不稳固现象,结合矿山地质资料以及现场节理调查,依据矿体形态、矿岩稳固程度、矿体厚度,对不同采矿方法进行优选,确定采用机械化上向进路尾砂胶结充填采矿法,对河西金矿-820 m中段矿体进行矿块布置、采矿方法设计,以及采切工程和回采、充填通风、顶板管理等。结果表明,河西金矿采用机械化上向水平进路尾砂胶结充填采矿法后,采场矿石生产能力达140 t/d,损失率为6%,贫化率为10%。

玲珑金矿田蚀变裂隙系统分析与矿体定位预测

玲珑金矿田区域范围内发育大面积的玲珑花岗岩,成矿期构造作用过程中,处于浅部的岩石常常是以脆性变形为主,形成以主断裂带为核心的构造裂隙网络体系,控制成矿物质的运移、沉淀、富集与分布。同时,构造带中心也是金矿体赋存的主要构造空间;远离构造带中心部位的岩石变形逐渐减弱,从碎裂岩逐渐过渡到网脉状裂隙密度减少。为了方便、快捷、准确、有效地开展玲珑金矿田盲矿体定位预测,发现有价值工业金矿体,缓解老旧危机矿山资源不足的状况,在解剖岩石变形机制及岩石变形与构造发育之间的对应关系等基础上,开展玲珑金矿田典型蚀变裂隙网脉带的宽度与矿体的空间定位相关性统计分析。构造剖析及蚀变裂隙统计分析结果表明,在玲珑金矿田,蚀变裂隙网脉密度参数可以大致判断所观察的岩石在构造带所处的构造部位,进而推断隐伏区岩石的变形特征,建立玲珑金矿田矿化蚀变带成矿期蚀变裂隙系统与矿体空间分布模式。同时,可以推测成矿作用的强度、矿体大小和矿体赋存部位。构造蚀变裂隙网脉的发育程度是开展深部找矿预测和矿体空间定位预测的标志性地质信息。开展构造矿化带内蚀变裂隙密度测量统计,总结构造蚀变裂隙密度分布规律,可以有效开展盲矿体及深部找矿预测,推测矿体的发育程度与赋存部位,达到对矿体进行定位预测的目的。

基于Bayes算法与数值模拟的缓倾斜破碎薄矿体采矿方法优选

为实现某锰矿顶板破碎低品位缓倾斜薄矿体安全高效经济开采,首先根据开采条件设计出5种技术可行的采矿方法,然后基于贝叶斯(Bayes)和蒙特卡洛(Monte Carlo)方法建立涵盖技术和经济共17项评价指标的采矿方法优选体系进行采矿方法优选。研究结果表明,浅孔进路V型掏槽后退/前进采矿法、中深孔进路V型掏槽/平行抛掷采矿法和浅孔接钎头斜向掏槽采矿法的综合得分依次为0.524、0.193、0.214、0.228和0.221,浅孔进路V型掏槽后退采矿法最优。最后采用MIDAS数值模拟对优选出的采矿方法的4种不同跨度采场的稳定性进行分析,其采场跨度12 m时可在采场稳定性和矿石回收率之间取得较好平衡。综合考虑技术、经济和安全指标的采矿方法及采场结构参数优化思路,可为该矿山选出安全高效采矿方案,并可供类似矿山参考借鉴。

海南石碌铁矿矿体分布和形态特征的构造控制规律

石碌复向斜是石碌铁矿的主控构造,既有弯滑弯流褶皱(顺层剪切作用形成)的特征,也有中和面褶皱的特征。本文通过总结石碌矿区铁矿体的分布和形态发现:铁矿体主要分布区位于次级褶皱的翼部,相当于弯滑弯流褶皱的剪切应变区(简单剪切应变);次要分布区为次级褶皱的核部,相当于中和面褶皱的挤压区(纯剪应变);铁矿体,特别是富铁矿体在纵弯褶皱翼部多为扁长透镜体状、似层状,与顺层剪切作用中应变透镜体形态接近;在核部则多为粗短透镜状或不规则团块状,也与中和面褶皱作用中挤压应变透镜体形态接近。石碌复式向斜不仅改造、控制了铁矿体的形态和分布,还与富铁矿体的富集和形成密切相关。石碌矿区铁矿体的分布和形态特征反映了纵弯褶皱的控矿规律,是纵弯褶皱成矿作用的宏观反映,也是纵弯褶皱成矿的一个宏观证据。

河西金矿中等稳固矿体开采方法研究

倾斜薄—中厚矿体的开采是矿山面临的难题之一。通过调查河西金矿地质条件及岩体质量分级,判定矿岩为中等稳固。依据矿体形态、矿岩稳固程度,进行采矿方法优选。确定采用机械化上向水平分层尾砂胶结充填法,并进行矿块布置以及采切、回采、充填等工艺设计。实践表明,河西金矿采用机械化上向水平分层尾砂胶结充填法,采场矿石生产能力达180 t/d,损失率8.00%,贫化率10.00%,作业安全性和工作效率得到提升。

急倾斜薄矿体采场围岩及假底应力分布规律研究

急倾斜极薄矿脉是有色、黄金矿山常见的矿体形态,多采用人工假底的留矿法或削壁充填法回采,研究采动过程中围岩和人工假底的受力分布对于设计假底参数和安全开采具有重要意义。以某金矿削壁充填采场为工程背景,模拟研究了人工假底及围岩采动过程中应力变化规律。上、下盘围岩采动后最大主应力和最小主应力减小,回采区域顶板应力集中。假底中心处垂直压力最小,越靠近上、下盘边壁垂直压力增加,随着采高增加,假底各部位的垂直压力增加,最后呈收敛趋势。人工假底主要是剪应力破坏,假底破坏主要是上、下盘高水平应力未作用在同一轴线而产生的剪应力造成的。根据散体侧压力和采动应力变化规律,提出在采场内每隔10m利用混凝土铺底,增加人工假底中混凝土强度及垂直方向的配筋,提高假底抗剪强度,从而提高深部采场回采的安全性和人工假底的稳固性。

缓倾斜厚大矿体机械化垂直分条上向分层干式充填采矿方法研究

当采用传统的上向分层干式充填采矿法开采缓倾斜厚大矿体时,常常面临着机械化程度低、矿石贫损率高等问题。针对此问题,提出了一种缓倾斜厚大矿体机械化垂直分条上向分层干式充填采矿法。其核心是将矿体沿走向方向上划分为若干分条,采用上向分层干式充填采矿法逐条回采,并在矿房一侧留设废石混凝土挡墙,随后在充填体上铺设耐磨钢板,且配备铲运机等机械化设备进行出矿和充填,从而提高机械化程度,降低矿石贫损率。首先,介绍了缓倾斜厚大矿体机械化垂直分条上向分层干式充填采矿法的采场布置方式、回采工作、充填工艺,并阐述了其技术优势。其次,以某地下金矿为例,将该方法与上向分层尾砂胶结充填采矿法进行了经济比较。研究表明:当采用该方法回采矿体时,每个采场可多获得收益105万元。研究成果可为类似矿山条件下缓倾斜厚大稀有贵重金属矿体安全高效回采提供技术指导。

三维矿体线框模型构建技术研究

三维矿体线框模型是构建三维矿体模型的基础,针对基于矿体平面图及剖面图自动构建三维矿体线框模型的研究有着现实意义。通过重新定义剖面图坐标系,给出平面图与剖面图、以及交叉剖面图之间的坐标转换公式,完成了平面图及剖面图坐标统一。依此为基础,按照约定的空间坐标转换规则,自动完成三维矿体线框模型构建。以具体矿体建模为例,明确建模方法步骤,实现了基于矿体平面图与剖面图组合构建三维矿体线框模型。研究表明,三维矿体线框模型构建技术包含了地质平剖自动转换修图功能,其建模成果为构筑三维矿体模型奠定基础。

缓倾斜极厚矿体高阶段采场开采顺序优化

为了平衡缓倾斜极厚矿体高阶段采场的产能与安全,以某铁矿阶段空场嗣后充填采矿法为背景,进行开采顺序优化研究。首先,基于间柱承压理论,得出间柱宽度合理值为14.2~47.2 m。根据采场结构参数,设计间柱宽度分别为15 m、30 m、45 m,即隔一采一、隔二采一、隔三采一,并采用FLAC^(3D)建立矿体模型,对比分析各方案顶板沉降以及间柱稳定性。最后,在数值模拟基础上,综合考虑安全与产能的影响因素,构建基于层次分析与模糊综合评判法的开采顺序判断矩阵,计算得出3种方案的综合隶属度分别为0.86、0.79、0.80,确定间柱宽度15 m(隔一采一)为最优方案。工业试验结果表明,该方案在实现最大化生产能力的同时,可保持采场相对稳定。

急倾斜中厚矿体采矿方法与变革

中深孔机械化落矿空场嗣后充填法是一种适用于急倾斜中厚矿体的地下采矿技术。随着采矿技术和产能的需求,浅孔留矿采矿法已不能适应,中深孔机械化落矿空场嗣后充填法逐渐被应用到急倾斜中厚矿体中,并取得了良好的效果。3种采矿方法经过迭代的更新,并获得了现代主流采矿方法,现代主流采矿方法满足当前的政策导向和现实需求,提高了类似矿体开采效率。

铜街曼家寨采场盲矿体预测及其研究意义

铜街曼家寨矿床为矽卡岩型锌锡多金属矿床(以下简称“铜曼矿床”),矿体受地层、岩性、构造及变质作用复合控制,矿床成因复杂,以中小矿体居多。受探矿工程限制,部分隐伏矿体未得到揭露控制,即本文中的盲矿体。但实际开采过程中能够采出一定量的盲矿体矿石量,对矿产综合回收利用及生产效益的提升均能起到积极的作用。以往矿山对盲矿体预测做了一些研究工作,但主要围绕盲矿体的成矿规律进行总结分析,预测盲矿体赋存区域,根据盲矿采出量估算今后可能采出的盲矿体资源量。按照目前公司对技术工作的精细化要求,可以进一步探索盲矿体预测方法、总结经验,有效指导勘探工程及服务生产作业。

极薄矿体采矿经济模型及应用

广西某矿为极薄矿体,其0.4 m厚度以下的脉幅较多,采用传统经验判断法无法评价其经济效益。为充分利用该矿有限的矿产资源,以矿石综合品位、脉幅厚度及采矿成本等经济技术指标为基础,定义采幅系数,并结合盈亏平衡法,通过生产数据的归纳总结和分析,建立采矿经济模型,综合评价极薄矿体的可回采性,确定适宜的采幅参数。该方法为矿山提高资源回收量、增加采矿效益提供了科学依据,可确保矿产资源开发取得实效,实现可持续发展。

滇西澜沧江带官房铜矿一种新型矿体的发现及其找矿意义

<正>南澜沧江火山弧属于我国'三江'构造岩浆带,为全球特提斯成矿域的一部分,是中国极具找矿潜力的重要成矿远景区(莫宣学等,1998)。官房铜矿地处南澜沧江火山弧北段,夹持于临沧花岗岩基与澜沧江深大断裂之间,是澜沧江洋板块和思茅地块俯冲碰撞的聚合地区,是南澜沧江构造岩浆带为数不多的规模达到中型的正在生产和勘探的铜矿床,铜矿体主要赋存于上三叠统小定西组基性火山岩中。主要矿体以层状、似层状为主,主要分布在向阳山矿段隐伏闪长岩体的东南侧50~150 m处。

金属矿急倾斜矿体开采地表移动范围理论分析初探

为揭示金属矿急倾斜矿体开采地表移动规律,有效预测地表移动范围,以弓长岭铁矿急倾斜矿体开采上盘地表移动为例,考虑地形、废石回填、采深3个因素,建立了用于计算地表主应力分布与易开裂范围的力学模型。基于力学模型,将移动角与地表易开裂范围建立了力学联系,并对移动角进行了补充定义:由最深部开采层边缘向地表作直线,位移为0且使地表开裂范围最大的直线即为移动边界线,移动边界线与水平方向的夹角即为移动角。提出了借助力学模型计算移动角的试算法:预设不同的移动角,由力学模型计算得到的地表最大易开裂范围所对应的预设移动角即为真实移动角。在得到真实移动角后,由力学模型可确定地表易开裂范围与深度。同时,借助极限平衡原理将地表易开裂范围与块体滑移建立了力学联系,提出了地表潜在陷落范围的计算方法:对地表易开裂区内不同开裂点对应的潜在滑移块体列极限平衡方程,依次判别块体是否会发生剪切滑移,可确定地表潜在陷落范围。经计算,弓长岭铁矿下盘含铁带地下开采对上盘地表的移动角为60°,上盘地表具有初次滑移风险的位置距离初采位置的水平距离为130 m,潜在滑移角为55°。根据弓长岭铁矿露天与地下联合开采的现场经验,利用废石及时对地下采空区进行密实回填,并通过优化联合开采时空顺序与开采强度可有效控制地表移动,实现露天与地下安全联合开采。

基于3Dmine及CAD联合构建脉状矿体模型方法

三维地质建模已经成为地质界面形态描述和深部成矿预测的重要手段,提升建模的高效性和准确性意义重大。立足于剖面建模体系,以西藏某铜锌矿为例,介绍了基于矿业工程软件3Dmine联合Auto CAD构建脉状矿体模型所需的地质资料,以及大量剖面由二维快速转换到三维的矿体模型构建方法。实践表明,方法克服了人工对大量剖面进行二维到三维转换的工作繁杂、耗时长等问题;利用2种软件联合构建矿体可以提高建模效率,且建模精度较高。