摘要：河北省研山铁矿露天采场矿产资源赋存环境复杂、品位低、复杂难处理，低贫铁矿石占全部矿石储量的8%，矿、岩互层出现，通过炮孔探矿、掌子面素描及探槽等精细化探矿方法，收集、整理以往生产和勘探资料，借助互联网及GIS技术，精准定位矿石的空间属性，经取样和化验获取矿石的磁性率、品位及可磨可选性等信息，借助3DMine矿业工程软件，构建采场地层、品位、构造和矿体的时空分布模型，摸清低贫铁矿的赋存特征、矿石质量及矿量。

　　关键词：低贫铁矿石；精细化探矿；时空分布模型；赋存特征

　　1研究背景

　　研山铁矿露天采场铁矿石赋存环境复杂，大多品位较低，复杂难处理，而TFe介于21～22的低贫矿石占全部矿石储量的8%，该部分矿石质量较差，难以得到高效开发利用。因此，如何精准获取矿石空间坐标、品位及可磨可选性等属性信息，定位矿石空间属性、集成三维模型，利用多目标线性规划推进采掘作业和优化供配矿方案，提高矿石资源采选回收率，是实现低贫铁矿石绿色智能开发的关键。

　　2矿区地质条件分析

　　矿区南北长约4km，根据矿体分布的平面位置，由东向西共分布四个主要矿体。矿体走向近南北，倾向西，倾角28°~60°,多呈层状或似层状，部分呈透镜状或扁豆状。矿体赋存于太古界单塔子群白庙子组地层中，层位稳定。由于构造和古地形的影响，厚度变化较大，形态变化较复杂，沿走向和倾斜均有突然尖灭，分枝复合和膨缩现象。而在研山铁矿露天采场内的为Ⅲ、Ⅳ号矿体，其特征叙述如下。

　　2.1Ⅲ号矿体

　　为北区规模最大矿体，分布于N18～N34勘探线间，走向长度约1500m，矿体由数层矿组成，夹多层厚度不等夹石，沿走向分枝复合现象频现，形态复杂。矿体一般厚度100m～200m，其中N22～N28线间矿体厚大，且向深部厚度逐渐增大，夹层减少，向南北两端分支尖灭呈鱼尾状，矿体最大厚度约214m（N26线），最小厚度约12m（N32线），平均厚度约74m。除加密线外，其他线控制斜深都超过700m，最大达1600m仍无变薄尖灭趋势。控制矿体赋存标高一般-600m以上，最深达-900余米。目前Ⅰ采场采至-142m。因矿体西部受剥蚀较深，上部被长城系大红峪组地层覆盖，Ⅰ采场矿体未完全出露，出露宽度270m左右。矿体走向近南北，西倾，倾角变化较大，总体上陡（40°~50°)下缓（35°~40°)。

　　2.2Ⅳ号矿体

　　分布于N18～N25勘探线间，Ⅲ矿体西150m左右，走向长度约650m。矿体延深一般300m～500m，最大820m，分布标高在-107m～-580m。目前Ⅰ采场在N25～N22线间开采，开采最低标高-127m。矿体最大厚度约40m（N18线），最小厚度约2m（N24线），平均厚度22m。矿体走向近南北，西倾，倾角35°~40°,形态简单，呈似层状。区内矿体围岩和夹石以黑云变粒岩和白云岩为主，其次为含磁铁石英岩、混合岩等，局部见辉绿岩脉，对矿体有切割现象。

　　2.3不同品级矿石的划分及圈定原则

　　区内矿石按其自然品级，可划分赤铁富矿、赤铁表内贫矿、赤铁表外矿和磁铁富矿、磁铁表内贫矿、磁铁表外矿六个品级。依据工业指标，凡厚度大于2m，品位（TFe，下同）≥20%连续的原生矿，线性加权平均品位≥25%；品位≥20%连续的氧化矿，线加权平均品位≥28%的，均圈定为表内矿石。当线性加权平均品位介于20%～25%连续的原生矿和线性加权平均品位介于20%～28%连续的氧化矿，均圈定为表外矿石。各矿体浅部的氧化矿石，可单独开采，一般按工业指标圈定。但对氧化带以下零星分布的氧化矿及氧化带内零星分布的原生矿石，对开采无实际意义。

　　3精细化探矿方法

　　3.1探槽

　　一般随着回采工作的进行，槽探工作应及时跟进。探槽沿原有勘探线方向（垂直矿体走向）布置，探槽间距25m，设计探槽的长度应超出推测矿体界限的2m～3m。开挖深度为1m左右（以见新鲜面下0.3m为准），宽度为钩机铲斗宽度。探槽素描一般只作槽底素描，素描时在探槽编录表上标明探槽位置、试样号、采样间隔、长度、素描探槽、岩性层、含矿层（体）、蚀变带、断层及破碎带等内容。根据探槽对矿体的揭露情况布置样品，在槽底布样，用拣块法沿着中心线进行取样，样长2m。探槽定位由测量人员实测探槽端点坐标。

　　3.2炮孔探矿

　　在槽探工程受采场作业条件限制无法开展的情况下，为了更好地指导生产配矿，将爆区的爆孔取样进一步细化，依据含矿爆区的位置，对每个爆区的每个含矿孔都进行炮孔取样及空间定位。取样时，结合爆区的炮孔返渣情况，根据矿石性质进行初步判断后分氧化矿、原生矿进行取样，取样时每10个炮孔取一个综合样品，按爆区、矿种编号，通过素描炮孔反渣断面结合揭露矿体产状确定矿岩界线，以此来修改相应地质图件，并通过炮孔取样化验，掌握矿石的纵向品位及可磨可选性的变化情况。及时送给质检中心选矿实验室进行品位化验及可磨可选性试验，以便掌握准确的矿石质量。

　　3.3掌子面素描

　　掌子面素描探矿是一种比较灵活、直观的探矿方式，随着回采进度及时进行。掌子面素描一般应在铲装设备清理浮渣后进行。素描内容包括素描图的走向、特征点、矿岩类型、构造、产状等内容，还需要对矿岩进行简要描述。对于掌子面上有矿体分布的情况，需要在掌子面底部布置取样。素描图的起始两端需要进行测量定位。

　　4低贫铁矿石时空分布模型

　　4.1铁矿石的空间定位

　　基于移动互联网技术和GIS技术的测量控制系统，借助全球组网进行基础的空间定位，以多个地基增强站、自主研发的定位算法及大规模互联网服务平台，获取厘米级定位、毫米级感知、纳秒级授时的低贫铁矿石的时空属性。

　　4.2修订出露的矿体模型

　　以生产地质探矿为基础，更新的炮孔数据库为依托，修订矿体水平平面图为前提，修订了矿体实体模型。在对矿体线进行解译的基础上，参照上下矿体对应关系，结合勘探线剖面图，将相应矿体连接成空间实体。实体模型随着生产勘探的进行实时更新，其基本步骤是将探矿工程上传到相应平面图上，根据探矿工程标定的矿岩界限、产状等信息修改相邻两个平面的矿体线，然后将改动的矿体重新连接成空间实体，构建出露矿体的实体模型，直观展示其赋存特征。

　　4.3构建出露矿体的时空分布模型

　　收集、整理采场的炮孔资料、境界设计及现状，应用3DMine软件建立低贫铁矿石的矿体模型和块体模型，不断更新矿床模型。矿石指标的赋值包括品位及磨选性赋值两个方面，品位的赋值相对简单，因为有大量的炮孔和探槽数据，采用距离幂次反比法进行赋值。而磨选性指标由于数据较少，所以在已建立的块体模型基础上，首先通过提取磨选性指标样品点，采用距离幂次反比法赋值，再根据采场实际掌握情况采用圈定特定区域单一赋值。这就需要根据现场测量的坐标，圈定这些矿石的具体范围，最后体现在矿体的三维模型中。通过块体模型显示能够直观的分辨出即将供矿区域的矿石品位及可磨可选性情况。

　　4.3.1岩性及品位块体模型

　　在完成实体模型验证的基础上根据台阶高度、矿区规模以及块体用途等因素确定块体尺寸大小及块体属性信息，块体模型的属性可以根据生产需要进行赋值的，研山铁矿露天采场块体模型主要属性包括矿岩属性、TFe、FeO、矿体号以及比重等。块体模型是矿床品位估测及储量计算的基础，建立块体模型的基本思路是将矿床在三维空间内按照一定的尺寸划分为众多的单元块，然后对堆满整个矿床范围内的单元块的品位根据已知的样品进行估值，并在此基础上进行储量进行计算。

　　4.3.2可磨可选块体模型

　　可磨可选性块体模型，它可以直观地反映采场内出露矿体的可磨可选性分布情况。首先，根据质检中心的化验结果，整理全铁、亚铁、粒度、产品、产率、品位、回收率等数据，计算出可磨性、可选性。再结合综合样的空间定位，更新可磨可选数据库，按照爆区内可磨可选性建立块体模型，其在三维空间内按照一定30m×30m尺寸划分为众多的单元块，然后对堆满整个矿床范围内的单元块的可磨可选性进行估值，并在此基础上进行矿石质量的分区。

　　5出露低贫铁矿的矿体赋存特征

　　通过精细化探矿手段及矿体模型的搭建，-262m以上水平出露的低贫氧化矿主要呈两种分布形态，一种呈盖层状，一种呈带状。低贫氧化矿分布于第四系覆盖的基岩面之下和变质岩的古风化面之下。这些氧化矿的分布受基岩面和古风化面控制。呈“盖”状分布在矿体顶部。目前这种形态的残留氧化矿基本分布在采场西部、变质岩之上的盖层尚未完全剥离地段。平面分布范围为：X坐标线40392.9以西、25线以北。低贫氧化矿分布连续，垂直厚度较稳定，形态规整。一般垂直厚度10m～25m左右。低贫氧化矿与原生矿界面大致平行于古风化面或基岩面。该面东高西低、北高南低、向西倾斜。界面赋存标高基本在-127m台阶以上。26、27、28、29、30、32线氧化矿最低分布标高分别为-129m、-130m、-155m、-120m、-91m、-72m。

　　低贫氧化矿沿破碎带和侵入矿体的辉绿岩脉两侧分布，受破碎带分布范围控制，延深可达百米以上，但分布局限；形态为开口向上的“锅”状或“漏斗”状，凹陷中心为断层或岩脉，上部与低贫氧化矿连为一体。这种形式的剩余氧化矿基本分布在25线以南。20、21、22、23、24线的最低分布标高分别为-275m、-166m、-160m、-231m、-229m。20线分布最低，为-275m，该处氧化矿处于F4断层破碎带上部，氧化矿与原生矿界线为推测，实际控制氧化矿分布最低标高为-234m。

　　另外，还有部分夹杂在原生矿层中顺层分布的低贫氧化矿，可能受层间破碎带影响或混合岩化热液形成。N23线以南的原生矿中夹杂的低贫氧化矿，在原勘探报告中均圈入原生矿中。

　　可见，目前出露的低贫氧化矿主要受古风化面和F4断层带控制。由于矿体的总体分布形态是南窄北宽，北部矿体分布范围西扩，而25线以南矿体的盖层已剥离，并已向下开采，矿头处的低贫氧化矿已采出；而北部的西部矿体上部盖层尚未全部剥离，矿头处的低贫氧化矿部分仍保留。而F4断层带中的低贫氧化矿赋存标高北高南低，北部的已采出，南部的尚有部分未采出。

　　6出露低贫铁矿的矿石质量分析

　　6.1低贫矿石TFe/FeO分析

　　分布在矿体上部的低贫氧化矿氧化程度较高。通过对取样分析结果的统计，磁性率均在5.0以上，平均10.44，TFe平均品位23.96%，mFe品位多小于1%，平均3.02%，磁性铁占有率11.56%。矿石质量差，需按低贫氧化矿流程选矿，但可以分采。

　　夹杂在原生矿中的低贫氧化矿一般氧化程度不很高，磁性率略高于3.5，平均3.83，TFe平均品位29.81%，mFe平均品位18.21%，磁性铁占有率60.78%。这些低贫氧化矿难以分采。

　　样品中普遍含cFe较高，原因是位于浅部破碎带中或在原生矿层中的层间破碎带中，受碳酸盐化作用，形成菱铁矿。需指出的是，矿石中的cFe是亚铁，影响磁性率，使磁性率降低。

　　而原生矿体矿石TFe平均品位26.98%，较全区平均品位27.70%降低了0.72个百分点。mFe22.61%，磁性铁占有率为83.82%。一般薄层矿的磁性铁占有率普遍较低，一些薄层矿的磁性铁占有率＜75%。

　　另外，由于一些原生矿石中的部分暗色矿物为含铁硅酸岩矿物，所以矿石虽然TFe含量较高，但mFe较低，特别是28线、29线矿体，原生矿的mFe占有率＜80%者所占比例尤其高。这类矿石的选矿回收率一般不会高于80%。

　　6.2低贫矿石的可磨可选性分析

　　将爆区的爆孔取样进一步细化，依据提前确定的取样位置，对每个爆区的每个含矿孔都进行炮孔取样。取样时，结合爆区的炮孔返渣情况，根据矿石性质进行初步判断后分氧化矿、原生矿进行取样，取样时每10个炮孔取一个综合样品，按爆区、矿种编号，及时进行品位化验及可磨可选性试验。

　　可磨可选性判定标准：①可磨性主要检查样品在相同时间下磨矿细度的增加量。若矿石可磨度≥5.5为好磨；若矿石可磨度<5.5为难磨。②可选性主要检查样品在相同磨矿细度下磁选管精矿品位的高低。对于氧化矿-2mm产品中-200目含量达90%±3时，精矿品位≥64%为好选，精矿品位<64%为难选；对于原生矿-2mm产品中-270目含量达88%±3时，精矿品位≥64%为好选，精矿品位<64%为难选。矿石可磨可选性分类：根据以上的判定标准：采场内矿石的可磨可选性主要分为好磨好选、好磨难选、难磨好选、难磨难选共4类。

　　采场出露矿石的可磨可选性进行了深入研究，通过研究采场可磨可选性现状分区图，对比不同区域的可磨可选性和嵌布粒度，发现如下规律：Ⅲ号矿体北部和西北部可选性及矿石质量相对较好，有用矿物嵌布粒度较细；南部可选性较差，可磨度较好，有用矿物嵌布粒度较粗，矿石质量较差；中部可磨可选性及矿石质量一般。从采场目前矿体揭露的情况来看，氧化矿中好磨好选的矿石占23.7%，好磨难选的矿石占12.9%，难磨好选的矿石占9.8%，难磨难选的矿石占76.3%；原生矿中好磨好选的矿石占65.4%，难磨好选的矿石占23.1%，难磨难选的矿石占42.3%。

　　7实际应用

　　（1）根据低贫氧化矿矿石品位、可磨、可选性等指标，分析了不同配比精矿品位、尾矿品位以及精矿水分变化，最终确定按照四分之一组织低贫铁矿石参与供矿，较好的稳定了入磨品位。

　　（2）因地质条件复杂，依据不同区域的矿岩情况，运用3DMine软件模拟开采过程，编制合理的供配矿计划，分析采场铲装设备的推进方向，合理安排铲装顺序及铲装方向，有效地降低了损失率和贫化率。年度采场加权损失率3.64%，较上年度降低1.25%。