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司家营铁矿南区矿床工程地质与采矿技术条件研究
2013-08-27
针对司家营铁矿南区的阶段嗣后充填法采矿设计要求,开展了矿床工程地质和采矿技术条件研究。 首先在矿床地质构造和围岩特性分析基础上,进行矿体与围岩分类,由此对矿岩体进行稳定性评价,并确定了矿岩 体力学参数;然后,利用矿区的探矿钻孔,建立了三维矿床地质模型,展示了矿体空间形态以及品位分布规律;最 后,借助于工程经验和前人的研究成果,初步探讨了矿区的地应力参数。研究成果为矿床的充填法采矿设计和优 化决策奠定了基础。
Series No 446 Augustꢀ 2013 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ 20总13第年 4第468期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 司家营铁矿南区矿床工程地质  与采矿技术条件研究 ꢀ 1 , 2 1, 3 1 1 李 ꢀ 刚 ꢀ 杨 志 强 ꢀ 高 ꢀ 谦 ꢀ 马 ꢀ 耀 ( 1 金 属 矿 山 高 效 开 采 与 安 全 教 育 部 重 点 实 验 室 ; 2 中 冶 沈 勘 秦 皇 岛 工 程 技 术 有 限 公 司 ; 3  金 川 集 团 股 份 有 限 公 司 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 针 对 司 家 营 铁 矿 南 区 的 阶 段 嗣 后 充 填 法 采 矿 设 计 要 求 , 开 展 了 矿 床 工 程 地 质 和 采 矿 技 术 条 件 研 究 。 首 先 在 矿 床 地 质 构 造 和 围 岩 特 性 分 析 基 础 上 , 进 行 矿 体 与 围 岩 分 类 , 由 此 对 矿 岩 体 进 行 稳 定 性 评 价 , 并 确 定 了 矿 岩 体 力 学 参 数 ; 然 后 , 利 用 矿 区 的 探 矿 钻 孔 , 建 立 了 三 维 矿 床 地 质 模 型 , 展 示 了 矿 体 空 间 形 态 以 及 品 位 分 布 规 律 ; 最 后 , 借 助 于 工 程 经 验 和 前 人 的 研 究 成 果 , 初 步 探 讨 了 矿 区 的 地 应 力 参 数 。 研 究 成 果 为 矿 床 的 充 填 法 采 矿 设 计 和 优 化 决 策 奠 定 了 基 础 。 关 键 词 ꢀ 铁 矿 ꢀ 工 程 地 质 ꢀ 三 维 矿 床 模 型 ꢀ 采 矿 技 术 条 件 Research on Engineering Geology and Exploitation Technical Condition of the Deposit in South Area of Sijiaying Iron Mine 1 , 2 1, 3 1 1 Li Gang ꢀ Yang Zhiqiang ꢀ Gao Qian ꢀ Ma Yao ( 1 Sta2te Key Laboratory of Ministry of Education of China for High Efficient Mining and Safety of Metal Mine;  Shenkan Qinhuangdao Engineering & Technical Corporation MCC; 3 Jinchuan Group Co , Ltd ) Abstractꢀ Ac W cording to W the stop W ing design . req K uiremen Y ts of 1 the de 1 posit w 4 ith su . blev C el backfi N lling in South Area of Si jiaying Iron Mine, the research is carried out about engineering geological condition and exploitation technical condition of the mineral deposit On the basis of orebody's geologic structure and the characteristic analysis of the surrounding rock, the orebody and surrounding rocks are classified, and the rock stability evaluation is made so as to determine the mechanical parameters of rock mass Then, the spatial form and the grade distribution of deposit are shown by using the 3D geologic model of deposit which is built with use of the exploration and drilling data Thus, By means of engineering experience and previous research results, the ground stress parameters of the ore district are preliminarily discussed The research results lay a foundation for mining design with backfill method and decisions optimization Keywordsꢀ Iron mine, Engineering geology, 3D geologic model of deposit, Exploitation technical condition ꢀ ꢀ 矿 床 工 程 地 质 条 件 是 矿 床 开 采 设 计 前 提 。 只 有 水 , 而 且 该 矿 床 矿 石 品 位 低 、 工 程 地 质 复 杂 , 矿 床 开 采 一 直 受 到 限 制 2] 。 为 了 开 发 利 用 司 家 营 铁 矿 的 矿 产 资 源 , 有 关 专 家 提 出 了 保 护 地 下 水 资 源 和 有 利 于 控 制 岩 层 移 动 的 充 填 采 矿 方 法 , 国 土 资 源 部 于 2007 年 10 月 下 发 了 《 关 于 河 北 省 司 家 营 铁 矿 ( 南 区 ) 调 整 为 允 许 开 采 的 批 复 》 。 批 复 中 原 则 同 意 司 家 营 铁 矿 ( 南 区 ) 由 限 制 开 采 区 调 整 为 允 许 开 采 区 。 为 此 , 本 研 究 针 对 司 家 营 铁 矿 南 区 的 阶 段 嗣 后 充 填 [ 对 矿 体 赋 存 条 件 、 产 状 、 形 态 以 及 围 岩 特 性 具 有 较 为 深 入 了 解 和 合 理 评 价 , 才 可 能 选 择 与 之 相 适 应 的 采 矿 方 法 和 开 采 工 艺 , 才 能 够 对 采 矿 中 存 在 的 问 题 和 安 全 隐 患 做 出 可 靠 预 测 和 风 险 评 价 , 以 便 在 采 矿 设 计 和 生 产 中 采 取 必 要 的 安 全 措 施 和 控 制 技 术 1] 。 显 然 , 矿 床 工 程 地 质 与 采 矿 技 术 条 件 研 究 的 深 度 和 广 度 , 在 一 定 程 度 上 决 定 矿 床 开 采 安 全 与 可 行 , 同 时 对 采 场 地 压 控 制 、 采 场 结 构 参 数 优 化 以 及 回 采 顺 序 的 调 整 都 起 到 举 足 轻 重 的 作 用 。 [  长 江 学 者 和 创 新 团 队 发 展 计 划 项 目 ( 编 号 : IRT0950) , 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 ( 973 计 划 ) 项 目 ( 编 号 : 2010CB731500) 。 司 家 营 铁 矿 位 于 冀 东 平 原 , 地 表 拥 有 大 量 村 庄 、 农 田 , 赋 存 于 矿 体 上 的 厚 层 第 四 系 含 有 丰 富 的 地 下 李 ꢀ 刚 ( 1981— ) , 男 , 博 士 研 究 生 , 100083 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 30 号 。 · 11· 总 第 446 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2013 年 第 8 期 法 采 矿 设 计 要 求 , 在 司 家 营 铁 矿 南 区 地 质 勘 探 工 作 的 基 础 上 , 开 展 了 矿 床 工 程 地 质 与 采 矿 技 术 条 件 的 研 究 。 作 用 较 普 遍 , 矿 体 赋 存 于 该 组 地 层 中 。 地 层 走 向 近 南 北 , 倾 向 西 , 倾 角 30° ~ 60°, 在 大 贾 庄 矿 段 部 分 地 段 产 状 变 缓 , 近 于 平 卧 。 震 旦 系 地 层 在 矿 区 零 星 出 露 , 仅 分 布 在 S6 线 及 其 附 近 , 厚 度 百 余 米 , 分 布 范 围 很 小 , 与 前 震 旦 系 变 质 岩 呈 角 度 不 整 合 接 触 , 其 岩 性 主 要 为 燧 石 岩 、 石 英 砂 岩 、 白 云 岩 等 。 第 四 系 遍 布 全 区 , 厚 度 一 般 为 100 ~ 120 m, 由 黏 土 层 、 砾 石 层 、 亚 砂 土 、 砂 土 或 亚 黏 土 层 组 成 。 1 ꢀ 南 区 矿 床 工 程 地 质 1  1ꢀ 南 区 矿 床 地 质 特 征 司 家 营 南 区 位 于 华 北 台 块 东 北 端 次 级 构 造 单 元 — 燕 山 台 褶 皱 带 的 古 隆 起 东 南 部 位 , 即 遵 化 — 山 海 关 隆 起 的 东 段 , 昌 黎 台 凸 的 西 南 边 缘 。 矿 区 出 露 地 层 以 前 震 旦 系 、 震 旦 系 和 第 四 系 为 主 。 区 内 大 面 积 被 第 四 系 地 层 所 覆 盖 , 仅 在 北 部 李 兴 庄 村 东 ( 狗 头 山 ) 及 村 北 有 不 足 百 平 方 米 的 前 震 旦 系 基 岩 露 头 。 ( 2) 地 质 构 造 。 司 家 营 铁 矿 南 区 位 于 青 龙 河 断 裂 东 侧 , 为 司 马 复 向 斜 次 级 构 造 — 司 贾 复 向 斜 的 南 半 部 分 。 区 内 褶 皱 构 造 可 分 为 近 南 北 向 紧 密 同 斜 褶 皱 和 近 东 西 向 舒 缓 褶 皱 两 期 。 区 内 断 裂 构 造 比 较 发 育 , 主 要 分 布 于 大 贾 庄 矿 段 北 部 , 以 近 南 北 向 的 F ( 1) 地 层 分 布 。 前 震 旦 系 地 层 属 于 太 古 界 滦 县 9 群 司 家 营 组 一 、 二 段 , 主 要 由 变 质 程 度 较 浅 、 成 分 较 简 单 , 颗 粒 较 细 的 黑 云 斜 长 变 粒 岩 、 角 闪 斜 长 片 麻 岩 夹 斜 长 角 闪 岩 、 片 岩 及 磁 铁 石 英 岩 等 组 成 , 混 合 岩 化 和 F 、 北 北 西 向 的 F 和 F 及 近 东 西 向 的 F 等 5 10 12 13 11 条 规 模 较 大 的 断 裂 构 造 , 且 对 矿 体 破 坏 性 亦 较 大 。 其 特 征 见 表 1。 表 1ꢀ 司 家 营 铁 矿 南 区 断 层 情 况 产 ꢀ ꢀ 倾 ꢀ 状 断 距 / m 垂 ꢀ 直 规 ꢀ 模 m 断 层 编 号 分 布 范 围 倾 ꢀ 角 ( ° ) 性 ꢀ 质 / 走 ꢀ 向 向 水 ꢀ 20 平 / F12 F13 F10 F9 0 ~ 7 线 2 ~ 6 线 7 ~ 22 线 F10 东 侧 , S26 线 7 线 南 侧 900 600 1500 NW15° NW15° NE5° ~ 10° NE5° NW82° SW SW NWW NWW S 70 ~ 78 78° 63 ~ 72 80 74 122 ~ 255 20 50 ~ 140 压 扭 性 正 断 层 压 扭 性 正 断 层 压 扭 性 逆 断 层 压 扭 性 正 断 层 张 性 正 断 层 WWW.KY114.CN16398 300 600 F11 ꢀ ꢀ ( 3) 岩 浆 岩 。 区 内 岩 浆 岩 不 甚 发 育 , 施 工 的 钻 采 该 矿 段 的 主 要 充 水 来 源 。 孔 工 程 揭 露 未 见 有 大 的 侵 入 岩 体 , 主 要 见 到 规 模 不 等 、 遍 及 全 区 的 伟 晶 岩 脉 和 呈 区 段 性 分 布 的 中 — 基 性 岩 脉 。 另 有 少 量 混 合 花 岗 岩 分 布 。 ( 2) 较 稳 定 区 围 岩 。 较 稳 定 区 主 要 为 深 部 的 弱 风 化 岩 组 和 完 整 块 状 岩 组 围 岩 , 底 板 标 高 - 220 ~ - 430 m。 岩 石 致 密 坚 硬 , 节 理 、 裂 隙 不 发 育 , 强 度 高 。 顶 底 板 岩 石 抗 压 强 度 一 般 为 40 ~ 130 MPa, 平 均 为 87 3 MPa。 断 层 带 附 近 , 岩 体 破 碎 , 裂 隙 发 育 。 ( 3) 不 稳 定 区 围 岩 。 不 稳 定 区 主 要 为 强 风 化 岩 组 , 为 最 上 层 基 岩 。 岩 石 风 化 强 烈 、 岩 体 破 碎 、 裂 隙 发 育 、 稳 定 性 极 差 , 层 底 标 高 - 90 ~ - 150 m。 1 3ꢀ 南 区 矿 岩 物 理 力 学 性 质 1  2ꢀ 南 区 矿 岩 围 岩 稳 定 性 分 区 根 据 提 交 的 《 河 北 省 滦 县 司 家 营 铁 矿 南 区 详 细 勘 探 地 质 报 告 》 , 从 工 程 地 质 状 况 、 钻 孔 岩 芯 RQD 值 、 构 造 、 节 理 裂 隙 等 方 面 进 行 分 析 , 从 工 程 围 岩 质 量 将 其 划 分 3 类 : 稳 定 区 、 较 稳 定 区 和 不 稳 定 区 。 ( 1) 稳 定 区 围 岩 。 稳 定 区 主 要 为 矿 体 主 体 部 位 。 矿 体 主 要 赋 存 于 黑 云 变 粒 岩 和 部 分 云 母 石 英 片 岩 中 , 产 状 与 围 岩 一 致 , 矿 石 绝 大 部 分 呈 细 纹 状 — 条 纹 状 , 致 密 坚 硬 , 整 体 性 好 。 狗 头 山 一 带 地 表 露 头 矿 石 虽 风 化 破 碎 , 但 仍 较 坚 硬 。 矿 石 抗 压 强 度 一 般 为 矿 体 主 要 赋 存 于 黑 云 变 粒 岩 和 部 分 云 母 石 英 片 岩 中 , 产 状 与 围 岩 一 致 。 岩 石 在 深 部 致 密 坚 硬 , 节 理 、 裂 隙 不 发 育 。 顶 底 板 岩 石 抗 压 强 度 一 般 为 40 ~ 130 MPa, 平 均 为 87 3 MPa。 矿 石 绝 大 部 分 呈 细 纹 状 — 条 纹 状 , 致 密 坚 硬 。 狗 头 山 一 带 地 表 露 头 矿 石 虽 风 化 破 碎 , 但 仍 较 坚 硬 , 矿 石 抗 压 强 度 一 般 为 195 3 ~ 279 7 MPa, 平 均 为 240 9 MPa。 普 氏 硬 度 系 数 : 矿 石 为 12 ~ 14, 岩 石 为 8 ~ 12。 矿 、 岩 松 散 系 数 均 为 1 5; 第 四 系 为 1 15。 综 上 南 区 工 程 地 质 评 1 95 3 ~ 279 7 MPa, 平 均 为 240 9 MPa。 矿 区 内 断 9 10 12 13 11 裂 构 造 发 育 , 以 F 、 F 、 F 、 F 和 F 等 5 条 规 模 较 大 的 断 裂 构 造 为 主 , 且 对 矿 体 破 坏 性 亦 较 大 。 致 使 大 贾 庄 矿 段 北 端 矿 体 零 乱 , 个 别 断 层 破 碎 带 较 宽 , 接 受 大 气 降 水 的 补 给 , 构 成 矿 体 中 的 主 要 含 水 带 , 是 开 · 12· ꢀ ꢀ ꢀ 李 ꢀ 刚 等 : 司 家 营 铁 矿 南 区 矿 床 工 程 地 质 与 采 矿 技 术 条 件 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2013 年 第 8 期 价 和 岩 石 力 学 试 验 结 果 , 给 出 矿 区 岩 层 的 分 类 和 矿 岩 物 理 力 学 性 质 如 表 2 和 表 3 所 示 。 表 2ꢀ 司 家 营 铁 矿 南 区 矿 岩 石 密 度 1 4ꢀ 矿 岩 力 学 特 性 参 数 研 究 为 了 合 理 预 测 和 确 定 南 区 矿 岩 体 的 力 学 与 变 形 参 数 , 为 南 区 采 场 稳 定 性 分 析 提 供 合 理 的 计 算 参 数 , 本 研 究 借 助 前 人 的 研 究 工 作 的 基 础 上 , 采 用 经 验 或 半 经 验 的 预 测 方 法 , 并 参 考 类 似 矿 山 工 程 参 数 选 择 , 进 行 南 区 矿 岩 体 参 数 估 计 。 由 于 多 因 素 岩 体 分 类 综 合 考 虑 了 影 响 岩 体 性 质 的 多 种 因 素 , 因 此 , 根 据 岩 体 分 类 级 别 或 评 价 指 标 , 进 行 岩 体 特 性 参 数 估 算 是 合 理 的 。 表 4 给 出 了 岩 体 类 别 与 岩 体 参 数 关 系 的 国 标 估 算 表 。 假 设 RMR 为 岩 体 分 类 指 标 值 , 用 线 性 插 值 方 法 可 求 出 对 应 的 岩 体 特 征 参 数 : 3 密 度 / ( t/ m ) 矿 ꢀ 段 储 量 类 别 氧 化 矿 原 生 矿 岩 石 第 四 系 表 ꢀ 表 ꢀ 表 ꢀ 表 ꢀ 内 外 内 外 3 30 3 06 3 32 3 06 3 30 3 06 3 30 3 06 南 矿 段 2  7 2 0 大 贾 庄 矿 段 表 3ꢀ 司 家 营 铁 矿 南 区 地 层 稳 定 性 分 类 矿 岩 石 单 轴 抗 压 强 度 / MPa 稳 定 性 类 ꢀ 主 要 岩 性 别 强 度 范 围 平 均 值 围 岩 评 分 x - x min max 稳Ⅱ定 性 ) 类 x = xmin + ( RMR - RMRX ) , RMRS - RMRX 主 要 矿 体 195 ~ 280 241 87 70 50 30 10 ( ( ( 1) 类 较Ⅲ稳 定 ) 黑 云 变 粒 岩 、 部 分 云 母 石 英 片 岩 4 0 ~ 130 式 中 , x 为 对 应 于 分 类 指 标 为 RMR 的 岩 体 特 征 参 数 值 ; x 、 x 为 某 一 类 别 岩 体 参 数 的 下 限 和 上 限 值 ; ( ( 较 Ⅳ不 稳 定 ) ( - 90 ~ - 150 m 标 高 ) 类 强 风 化 岩 组 min max 25 ~ 50 30 RMRX 、 RMRS 为 某 一 类 别 岩 体 评 价 指 标 的 下 限 和 上 类 极 Ⅴ不 稳 定 ) 第 四 系 地 层 < 25 限 值 。 表 4ꢀ 岩 体 物 理 力 学 参 数 ( GB 50218— 94) 变 形 模 量 Em / GPa 泊 松 比 μ 黏 聚 力 c/ MPa 内 摩 擦 角 / ( ° ) 抗 压 强 度 Rc / MPa 抗 拉 强 度 Rt / MPa 密 度 γ 围 岩 类 别 岩 质 区 分 符 号 3 / ( t/ m ) Ⅰ Ⅱ 40 0 15 3 0 55 50 2 8 2 70 2 65 2 60 2 45 2 30 2 30 2 10 2 20 2 00 WWW.KY114.CN 25 15 0 20 0 25 0 28 0 30 0 35 0 40 0 43 0 45 2 1 1 2 50 45 35 1 9 1 4 坚 硬 岩 A1 中 硬 岩 A2 软 质 岩 B 硬 质 岩 A 软 质 岩 B 软 质 岩 B 特 软 岩 C 25 Ⅲ 7 7 0 80 40 20 1 1 4 0 0 40 35 15 0 83 2 0 0 25 30 9 6 0 5 Ⅳ Ⅴ 0 80 0 33 0 05 ~ 0 1 0 10 25 0 33 0 07 22 5 10 ~ 20 3 5 0 19 0 03 ~ 0 05 0 5 ~ 1 5 0 03 ~ 0 08 2 ꢀ 矿 床 三 维 地 质 模 型 与 矿 体 形 态 垂 直 距 离 34 ~ 94 m, 断 续 延 长 至 S24 勘 探 线 , 形 态 2  1ꢀ 南 区 矿 床 分 段 与 矿 体 不 规 则 。 根 据 矿 体 形 态 , 南 区 划 分 成 2 个 矿 段 : 南 矿 段 和 大 贾 庄 矿 段 范 围 为 N6 线 ~ D70 线 之 间 , 全 长 约 7 600 m, 其 展 布 方 向 略 呈 由 北 西 向 南 西 偏 转 之 势 , 包 含 Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ号 4 个 矿 体 。 矿 段 总 体 展 布 方 向 为 北 北 西 — 南 北 — 北 东 , 北 部 与 南 矿 段 呈 平 行 分 布 。 其 中 以 Ⅰ、 Ⅱ号 矿 体 为 主 , 前 者 分 布 于 矿 区 西 侧 , D22 勘 探 线 以 南 , 形 态 简 单 , 多 为 层 状 , 呈 北 北 东 向 展 布 ; 后 者 位 于 Ⅰ号 矿 体 的 北 部 D2 线 ~ D22 线 之 间 , 由 于 受 后 期 断 裂 的 影 响 , 造 成 矿 体 沿 走 向 、 倾 斜 互 不 连 续 , 部 分 陷 落 隐 伏 于 变 粒 岩 中 , 呈 层 状 、 似 层 状 产 出 , 沿 倾 向 具 有 明 显 向 上 变 薄 的 趋 势 ; Ⅲ、 Ⅳ 号 矿 体 为 区 内 规 模 小 、 厚 度 和 延 深 变 化 较 大 的 2 个 矿 体 , 一 般 呈 扁 豆 状 或 透 镜 状 , 平 面 分 布 应 位 于 Ⅱ号 大 贾 庄 矿 段 。 南 矿 段 范 围 为 S6 线 ~ S68 线 之 间 , 矿 体 延 长 约 6 200 m, 略 呈 南 北 向 展 布 , 包 含 Ⅰ、 Ⅱ号 2 个 矿 体 , 其 中 Ⅰ号 矿 体 规 模 最 大 , 纵 贯 全 区 , 全 长 达 8 350 m, 位 于 矿 区 东 侧 , 主 要 分 布 于 S6 ~ S68 线 间 , 控 制 延 长 6 200 m。 矿 体 纵 贯 南 北 两 区 , 连 续 性 好 , 矿 体 呈 层 状 、 似 层 状 产 出 , 产 状 比 较 稳 定 ; 矿 体 走 向 近 南 北 , 倾 向 西 , 倾 角 30° ~ 60°。 矿 体 除 了 狗 头 山 出 露 地 表 外 , 其 他 均 被 第 四 系 所 覆 盖 。 矿 体 最 大 埋 深 160 m, 最 小 仅 2 m, 一 般 为 60 ~ 130 m, 不 仅 规 模 最 大 , 而 且 形 态 和 产 状 也 比 较 稳 定 。 矿 体 最 大 厚 度 1 80 m, 最 薄 仅 10 m。 Ⅱ号 矿 体 位 于 Ⅰ号 矿 体 上 盘 , · 13· 总 第 446 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2013 年 第 8 期 矿 体 的 西 侧 , 但 受 后 期 构 造 影 响 , 表 现 为 东 侧 展 布 。 各 矿 体 地 质 特 征 见 表 5。 表 5ꢀ 司 家 营 铁 矿 南 区 矿 体 地 质 特 征 矿 体 产 状 矿 体 编 号 矿 体 规 模 控 制 标 高 / m 埋 深 / m 矿 段 分 布 范 围 矿 体 形 态 长 度 / m 厚 度 / m 延 深 / m 走 向 倾 向 倾 角 / ( °) 最 高 最 低 S6 ~ S38 S42 ~ S66 S6 ~ S24 南 3200 3000 1900 14 ~ 185 350 ~ 1100 NNW ~ SN 10 ~ 110 120 ~ 850 NNE ~ NNW 10 ~ 130 120 ~ 260 NW ~ NNW W W W 30 ~ 60 30 ~ 60 30 ~ 40 层 状 、 似 层 状 层 状 、 似 层 状 不 规 则 20 - 80 - 20 - 700 - 520 130 ~ 160 - 300 44 ~ 204 0 ~ 120 南 矿 段 Ⅰ Ⅱ Ⅰ 2 4 ~ 64 3 800 400 3 ~ 50 350 ~ 660 NNE ~ NE W 50 ~ 55 30局 ~部50 层 状 - 130 - 525 140 ~ 270 大 贾 庄 矿 段 68 ~ 72 Ⅱ Ⅲ Ⅳ 2 ~ 22 2 ~ 6 南 0 北 ~ 6 南 2350 500 700 3 ~ 143 8 ~ 46 10 ~ 88 300 ~ 900 72 ~ 294 75 ~ 320 NW ~ SN NW NNW W W W 层 状 、 似 层 状 透 镜 状 或 扁 豆 状 透 镜 状 或 扁 豆 状 - 40 - 70 - 60 - 640 50 ~ 500 - 270 70 ~ 220 - 230 70 ~ 110 5 ~ 10 40 40 2 2  2ꢀ 南 区 矿 床 模 型 与 地 层 结 构  2 1ꢀ 南 区 矿 床 范 围 南 区 矿 床 范 围 : 矿 体 走 向 ( NS) 长 8 000 m; 垂 直 矿 体 走 向 ( WE) 宽 3 500 m, 矿 体 在 垂 直 方 向 860 m。 2  2 2ꢀ 三 维 地 质 模 型 与 地 质 品 位 采 用 矿 区 255 个 有 效 的 地 质 钻 孔 数 据 建 立 了 南 [ 3] 如 图 1 所 示 。 南 区 矿 床 铁 矿 区 矿 床 三 维 地 质 模 型 石 TFe 品 位 的 变 化 为 7% ~ 45% , 平 均 品 位 为 30% 左 右 。 矿 体 大 致 呈 南 北 走 向 , 北 高 南 低 , 在 矿 床 中 部 显 示 凹 字 状 态 , 呈 现 马 鞍 状 形 态 ; 矿 体 向 西 倾 斜 , 矿 图 2ꢀ 南 矿 段 矿 体 地 质 品 位 直 方 图 2  2 3ꢀ 南 区 矿 体 形 态 三 维 模 型 以 围 岩 、 矿 体 、 上 覆 盖 层 和 中 间 层 为 载 体 建 立 了 WWW.KY114.CN 体 倾 角 约 为 35°。 矿 体 从 西 向 东 , 品 位 逐 渐 提 高 , 形 南 区 矿 体 形 态 模 型 , 展 示 了 矿 体 在 空 间 上 的 分 布 如 图 3 所 示 。 可 以 看 出 , 矿 体 基 本 上 处 于 - 400 m 水 平 以 上 , 而 矿 区 北 区 矿 体 赋 存 量 较 大 , 整 个 矿 体 形 态 从 北 到 南 呈 现 一 种 降 低 的 趋 势 。 态 逐 渐 规 则 , 大 贾 庄 矿 段 的 矿 石 品 位 低 , 较 分 散 , 而 且 埋 藏 较 深 , 位 于 东 侧 南 矿 段 矿 石 品 位 较 为 连 续 和 均 布 , 图 2 给 出 了 南 矿 段 矿 体 地 质 品 位 直 方 图 , 整 个 矿 床 的 平 均 地 质 品 位 仅 为 27% , 而 标 准 品 位 区 间 为 1 3 7% ~ 37% , 显 然 , 整 个 矿 体 的 平 均 地 质 品 位 比 0% 的 还 低 , 其 原 因 在 于 没 有 剔 除 低 于 边 界 品 位 的 矿 石 , 导 致 整 个 矿 体 的 平 均 品 位 偏 低 。 图 3ꢀ 从 矿 体 北 侧 仰 视 的 南 区 三 维 矿 体 形 态 图 3 ꢀ 矿 区 地 应 力 分 析 采 矿 是 在 具 有 原 岩 应 力 的 地 层 中 进 行 的 , 因 此 , 矿 区 的 初 始 应 力 场 的 合 理 模 拟 和 参 数 预 测 是 采 场 稳 定 性 分 析 的 重 要 基 础 。 矿 区 一 般 经 历 多 次 地 质 构 造 与 成 矿 作 用 , 因 此 , 大 多 数 矿 山 的 原 岩 应 力 场 多 为 历 次 构 造 应 力 的 叠 加 和 重 构 作 用 的 结 果 , 从 而 导 致 矿 图 1ꢀ 矿 床 地 质 品 位 ( TFe) 三 维 地 质 模 型 ( 从 东 南 向 西 北 俯 视 图 ) · 14· ꢀ ꢀ ꢀ 李 ꢀ 刚 等 : 司 家 营 铁 矿 南 区 矿 床 工 程 地 质 与 采 矿 技 术 条 件 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2013 年 第 8 期 区 原 岩 应 力 复 杂 多 变 , 尤 其 水 平 地 应 力 更 加 难 以 确 [ 4] 。 很 多 矿 山 更 多 的 是 依 赖 于 现 场 地 应 力 测 量 的 工 程 地 质 特 征 和 岩 石 力 学 试 验 结 果 , 初 步 给 出 了 矿 区 地 层 的 稳 定 性 分 类 。 通 过 建 立 三 维 模 型 , 全 面 揭 示 了 南 区 矿 床 的 矿 体 形 态 和 地 质 品 位 分 布 情 况 。 借 助 于 工 程 经 验 和 前 人 的 研 究 成 果 , 初 步 探 讨 了 矿 区 的 地 应 力 参 数 。 此 研 究 成 果 为 定 量 评 价 阶 段 嗣 后 充 填 法 采 矿 方 案 的 可 行 性 研 究 提 供 理 论 依 据 , 也 是 进 行 定 量 评 价 超 大 采 场 嗣 后 充 填 稳 定 性 研 究 、 揭 示 充 填 采 场 地 压 显 现 规 律 和 岩 移 预 测 的 基 础 。 定 来 揭 示 矿 区 的 地 应 力 场 。 由 于 司 家 营 铁 矿 没 有 开 展 现 场 地 应 力 测 试 工 作 , 因 此 需 要 借 助 于 国 内 外 地 应 力 研 究 成 果 以 及 矿 区 所 处 的 区 域 地 质 构 造 环 境 , 进 行 南 区 矿 区 原 岩 应 力 类 比 预 测 研 究 , 为 采 场 稳 定 性 研 究 奠 定 基 础 。 水 平 应 力 / 垂 直 应 力 的 比 值 λ 是 表 征 地 区 地 应 力 场 特 征 的 指 标 。 该 值 是 随 着 深 度 增 加 而 增 加 的 , 但 在 不 同 地 区 也 存 在 差 异 。 世 界 范 围 内 的 矿 山 与 土 木 工 程 的 水 平 地 应 力 测 试 结 果 显 示 , 岩 体 侧 压 系 数 λ 的 值 在 浅 部 范 围 内 随 深 度 增 加 而 增 加 , 而 在 深 部 则 随 深 度 增 加 而 减 小 。 南 区 是 正 在 开 采 设 计 的 一 座 大 型 矿 山 , 尽 管 开 展 了 多 次 的 探 矿 和 工 程 地 质 、 水 文 地 质 研 究 工 作 , 但 是 相 对 如 此 大 范 围 的 矿 体 范 围 , 现 有 的 资 料 难 以 满 足 矿 区 开 采 设 计 对 围 岩 稳 定 性 评 价 和 数 值 分 析 的 需 求 。 因 此 , 随 着 采 矿 生 产 过 程 的 进 行 , 还 需 不 断 获 取 更 多 的 资 料 , 对 现 有 研 究 进 行 补 充 、 完 善 , 更 正 确 地 揭 示 南 区 矿 床 的 工 程 地 质 条 件 , 以 便 充 分 研 究 南 区 采 矿 技 术 条 件 , 为 南 区 开 采 设 计 和 参 数 优 化 提 供 更 可 靠 的 依 据 。 Sheory 通 过 大 量 研 究 , 提 出 了 计 算 侧 向 压 力 系 数 λ 的 计 算 式 : λ = 0 25 + 7Eh 0 001 + 1 , ( 2) ( ) H 式 中 , H 为 距 地 表 的 深 度 , m; Eh 为 上 覆 岩 体 平 均 水 平 方 向 的 弹 性 模 量 , GPa。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 根 据 式 ( 2) 合 理 地 估 算 地 应 力 侧 压 系 数 计 算 公 式 以 及 南 区 围 岩 的 弹 性 模 量 , 由 此 可 以 计 算 出 南 区 [ 1] ꢀ 余 霈  矿 区 水 文 地 质 工 程 地 质 工 作 要 更 好 地 为 矿 产 资 源 开 发 服 务 [ J]  中 国 地 质 , 1986( 11) : 1114 [ 2] ꢀ 李 俊 华  司 家 营 铁 矿 南 区 地 质 条 件 及 采 矿 方 法 选 择 探 讨 [ C] 的 侧 压 系 数 : WWW.KY114.CN ∥ 2009 年 全 国 金 属 矿 山 充 填 采 矿 技 术 学 术 研 讨 与 技 术 交 流 暨 ꢀ ꢀ 南 区 矿 体 围 岩 弹 性 模 量 的 加 权 均 值 设 备 展 示 会 文 集  马 鞍 山 : 《 金 属 矿 山 》 杂 志 社 , 2009 [ 3] ꢀ 刘 晓 明 , 罗 周 全 , 等  复 杂 矿 区 三 维 地 质 可 视 化 及 数 值 模 型 构 建 [ J]  岩 土 力 学 , 2010, 31( 12) : 40064010 4 1 Eh = E h = 29 77 GPa ∑ i i H i = 1 [ 4] ꢀ 蔡 美 峰  金 属 矿 山 采 矿 设 计 优 化 与 地 压 控 制 ——— 理 论 与 实 践 ꢀ ꢀ 计 算 - 450 m 中 段 矿 体 侧 压 系 数 [ M]  北 京 : 科 学 出 版 社 , 2001 λ = 0 25 + 7Eh ( 0 001 + H1 ) = 0 90 [ 5] ꢀ 河 北 省 地 矿 局 第 二 地 质 大 队  河 北 省 滦 县 司 家 营 铁 矿 南 区 地 质 勘 探 报 告 [ R]  滦 县 : 唐 钢 滦 县 司 家 营 矿 业 有 限 公 司 , 1980 4 ꢀ 结 ꢀ 论 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20130511) 概 述 了 司 家 营 铁 矿 南 区 矿 床 的 地 质 特 征 , 即 矿 区 地 质 构 造 断 裂 性 质 与 产 状 、 地 层 , 在 综 合 分 析 矿 床 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 岩 土 力 学 , 2000, 21( 3) : 244246 ( 上 接 第 10 页 ) [ [ [ [ [ 4] ꢀ Suykens J K Optimal control by least squares support vector ma chines [ J]  Neural Networks, 2001, 14( 1) : 2325 用 , 准 确 及 时 的 预 测 到 冒 落 高 度 及 碴 石 厚 度 对 于 地 下 铁 矿 石 资 源 安 全 、 高 效 的 回 收 具 有 极 其 重 大 的 意 义 。 5] ꢀ 许 建 华 , 张 学 工 , 李 衍 达  基 于 最 小 二 乘 支 持 向 量 机 的 油 气 判 别 技 术 [ J]  模 式 识 别 与 人 工 智 能 , 2002, 15( 4) : 507509 6] ꢀ 赵 洪 波 , 冯 夏 庭  非 线 性 位 移 时 间 序 列 预 测 的 进 化 一 支 持 向 量 机 方 法 及 应 用 [ J]  岩 土 工 程 学 报 , 2003, 25( 4) : 468471 7] ꢀ 马 文 涛  基 于 灰 色 最 小 二 乘 支 持 向 量 机 的 边 坡 位 移 预 测 [ J]  岩 土 力 学 , 2010, 31( 5) : 16701674 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ [ 1] ꢀ 刘 国 生 , 张 园 远 , 闫 ꢀ 昆 , 等  巢 湖 北 部 山 区 矿 山 开 采 现 状 分 析 及 保 护 措 施 [ J]  资 源 环 境 与 工 程 , 2011, 25( 4) : 353357. 2] ꢀ 刘 爱 华 , 李 夕 兵 , 赵 国 彦 . 特 殊 矿 产 资 源 开 采 方 法 与 技 术 [ M]  长 沙 : 中 南 大 学 出 版 社 , 2009. 8] ꢀ 李 ꢀ 潇  灰 色 最 小 二 乘 支 持 向 量 机 在 滑 坡 变 形 预 测 中 的 应 用 [ J]  测 绘 通 报 , 2010( 6) : 4446 3] ꢀ 蒋 ꢀ 刚 , 林 鲁 生 , 刘 祖 德 , 等  边 坡 变 形 的 灰 色 预 测 模 型 [ J]  ( 收 稿 日 期 ꢀ 20130527) · 15·
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