浅述矿床地质建模及矿体经济评价

2022-09-12

(1) 矿床模型选择。用计算机分析和解决采矿工程问题, 首先要建立矿床的计算机表示, 即矿床地质模型。矿床地质模型的建模基础是所有与矿床相关的地质信息, 主要包括地质勘探报告。本实例选用的建模方法为断面 (section) 法。 (2) 估值方法选择。地质统计学法与认为用于推断地质现象的样品相互间不是独立的, 它们之间存在着一定的相关性。这种相关性除了随样品距离变化外, 还随样品的相对方向的变化而变化, 并且它给出了一个确定估计值可靠性的估计精度指标, 即克立格方差。因此, 地质统计学原理估算地质储量的方法又称为克立格法, 本实例即选用此法。

1 矿床地质概况

山东某铁矿盛产优质高炉富铁矿和伴生铜、钴等。其矿床类型属于高温热液接触交代矿床。矿石以矽卡岩含铜钴磁铁矿, 尤其以磁铁矿为主, 次为矽卡岩磁铁矿及假象赤铁矿。下盘岩石有辉长岩, 黑云母闪长岩, 角闪石闪长岩和石英闪长岩, 岩脉有正长伟晶岩, 石英正长岩, 正长斑岩, 闪长玢岩和细晶岩。上盘岩石有中奥陶纪, 马家沟组石灰岩, 结晶辉岩和大理岩。研究矿段为矿岩界限较分明的含有无矿天窗的富矿段。数据主要来自地质勘探数据库, 勘探网度为25m×20m。

1.1 数据处理

此次研究的数据取自该矿的地质勘探报告, 其中以钻孔取样数据为主。由于在研究区域, 该矿矿体走向为北偏东19度, 为了后面断面建摸和品位估值的方便, 确定的矩形研究区域的一个主要方向平行与矿体走向。同时为了把从地面算起的共220米深度内的样品信息包含起来, 建摸范围确定为180m×120m×60m (-160m至-220m之间) , 采用地质统计学计算的数据来自矿山原始勘探与矿山生产勘探数据库, 从该矿段64组钻孔数据中选取了40组数据。 (1) 品位处理。为了确保数据统计的合理性, 在实际的地质统计学中, 应进行组合样品计算, 使所有的样品数据落在给定的长度承载上。组合样品数据统计分析的主要目的是确定样品数值的可能分布形式, 并绘制直方图分析。统计分析, 矿石各成分品位分布均匀, 铁、铜、钴三者的品位分布具有较大的相似性, 而铁品位的分布更具有代表性, 且矿石以含铁为主, 故可以通过三者中的铁来表述矿石的品位分布。 (2) 厚度处理。研究矿段连续、厚度较稳定、且矿体厚度的变化趋势是沿走向逐渐变薄, 品位变化不大, 且取样间距大致相等, 矿段厚度取平均厚度。

2 结构分析与变异函数计算

区域化变量的结构分析是地质统计学研究问题的第一步, 其目的就是要构造一个合适的变异函数的理论模型, 以对全部有效结构信息作定量的概括, 从而表征该变量的主要结构特征。结构分析采用实验变异函数处理。

依据试验变异函数计算结果, 参照大量金属矿品位拟合实例, 以具有块金效应的球形模型拟合效果较好, 故采用此模型拟合。

拟合后理论变异函数的最优性检验采用交叉验证法。如果变异函数确定的好, 较符合实际, 克立格估值与真实值就更加接近。用统计的术语就是估计值与真实值的误差均值最小。

经交叉验证结果知, 组合样品实际值与估计值之差的均值为-0.20, 趋近于零, 偏差很小, 表明拟合公式是合理的, 满足区域化变量的内蕴假设。

3 克立格法估值及储量计算

克立格法也称克里金法, 其本质是一种特定的滑动加权平均法。用克立格法进行储量计算, 第一步是建立矿石层空间分布结构模型, 即变异函数模型;第二步是根据需要拟定可行的克立格方案, 即如何利用已知信息点和确定待估块段, 使计算结果既保证质量, 又提高经济效益。克立格估值块段的划分对克立格估值的结果将有十分重要的影响。一般来说, 块段越大, 估值的圆滑作用就越强, 整个区域内所有块段的估值结果越平均, 反映不出矿体内品位的变化特征。所选矿区采用沿走向布置的阶段出矿分段采矿法, 矿房长度30m, 阶段高度60m, 分段高度10m;勘探网度为25m×20m;变异函数的变程为59.28m;且矿体内有一无矿天窗, 故单元块段宜选择小一点, 以利于无矿天窗的剔除。经过综合考虑, 确定块段尺寸为30m×30m。

在本次研究中, 从所选矿段的64组数据中只取了40组, 但上面的交叉验证、品位估值、储量计算等结果表明, 这40组数据完全可以满足地质统计学的要求并且能够达到比较准确的描述该矿段矿床的目的, 因此我们得出结论:该铁矿的生产勘探网度可以适当放大。

4 矿体经济评价

建立矿体经济模型, 首先对组成矿体的矿块进行吨矿赋值, 再进行整个矿体的经济评价。组成矿体的矿块是否具有经济价值, 主要取决于矿块品位、产品市场价格、吨矿成本、回采率等参数的变化。品位可以通过克立格估值方程来确定, 价格来源于市场, 成本、回采率来源于矿山设计或矿山生产, 因此矿块吨矿利润Li可用下式计算:式中Cik, 为第i矿块元素品位;Hk为K元素回收率;Jk为K元素市场产品价格;Bi为第i矿块吨矿成本;n为元素数。吨矿成本=吨矿直接成本+吨矿间接成本。

基于上述计算方法可以建立矿块评价信息数据库, 利用评价信息数据库可求得整个矿体的利润。

矿体净现值计算公式:

式中, Li为第为i矿块吨矿利润;Qi为第i矿块矿石量;n为矿块个数。

5 结语

(1) 地质统计学既可进行储量的整体估计, 又可进行储量的局部估计。 (2) 基于地质统计学的矿体经济评价模型, 可以对任一矿块进行技术经济评价, 也可对整个矿体进行技术经济评价。它以原始探矿资料为基础, 把产品价格、采矿成本、回采率等因素作变量, 可随时根据产品市场价格的变化调整矿体的开采范围, 从而使矿山处于最佳经营状态。 (3) 统计分析非常重要。应该弄清样品的确切分布形式, 如果暂时不能辨别, 首先应该对原始品位进行合理有效的组合及统计分析, 然后通过交叉验证工作最终确定参与克立格估值的形式。

摘要：本文结合一个实际的铁、铜、钴共生矿床, 应用地质统计学方法研究了矿床建模工作及矿体经济评价所涉及的若干技术与方法。首先进行了合理而有效的样品组合计算, 同时研究了铁、铜、钴样品的品位分布规律。通过交叉验证工作, 得出了相应于铁样品进行矿床建模的结构, 并在此基础上应用克立格法进行品位估值和储量计算。最后得出了应用地质统计学方法进行矿床建模工作的一些结论和建议。

关键词：矿床模型,地质统计学,变异函数,克立格法