第五节矿体取样与质量评定教材.docx

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第五节矿体取样与质量评定教材

第五节　矿体取样与质量评定

基本概念

化学取样——样品采集　样品加工　化学分析　取样检查与质量评定

岩矿鉴定取样

加工技术取样

开采技术取样

地球物理取样

    一、矿体取样的概念与分类

    1．概念：

矿体取样是指从矿体或近矿围岩采集一部分有代表性的样品，经过加工处理，用以进行各种分析、测试、鉴定与试验，研究确定矿产质量、物化性质及开采加工技术条件的专门性工作。

严格地讲，此为材料（样品）取样。

    非材料取样：

即不必采集样品而在现场测定矿石质量的取样方法。

由于用于确定矿石中化学组分含量的地球物理测量方法的出现和应用，部分机械取样由自然状态直接测定所代替。

非材料取样中，以地球物理取样最重要。

    2．取样的目的：

是查明矿石和围岩的质量、矿物成分、化学成分、分带性和内部结构、技术和工艺性质的唯一有科学依据的方法。

    3．材料取样分类

    ●　根据具体采样位置不同可分为自然露头、钻探工程、坑探工程及矿石堆、矿车取样等；

    ●　根据矿种不同、用处不同，则各类样品的采集和加工方法等也往往不同；

    ●　根据取样目的任务不同可分为化学取样、岩矿鉴定取样、加工技术取样、开采技术取样和地球物理取样等。

    4．取样的一般程序是：

样品的采集→加工处理→化学分析、测试鉴定、试验等→结果的检查与评定。

    5．影响取样的有关因素

    1）原地取样和异地取样的不同影响

    异地取样，即从已采出的矿石中采取样品。

    异地取样矿体的原始结构已遭到破坏，所以被取样体积可以看作是一些互不相关的单元体积的总体。

品位变化性的估值只与体积大小有关，将样品的体积增加n倍，会使样品的品位的方差相应缩小n倍。

    原地取样由于相邻样品存在相关性，并且大部分样品结构具各向异性。

因此样品的形状、规格及方向都对品位变化性估值产生影响。

在整个取样范围内，等距离采集大量小体积样品比采集少量大体积样品更为有利。

    2）样品数量与间距的影响

    样品的数量越多，其取样代表性越好。

    取样间距小，能反映出小尺度的内部结构，随着间距的增大，所反映的变化性的尺度水平也随之加大。

    3）样品体积的影响

    样品体积对有用组分变化性估值的影响极大。

    如金刚石只占金伯利岩体体积的千万分之一，为了保证样品中平均能有1个金刚石晶体，样品体积应大于晶体体积的1千万倍。

考虑到晶体的大小不一和晶体空间分布的不均匀性，其体积应数倍于此数。

    样品的临界体积q与一个矿物晶体的平均质量d（单位毫克）和在矿石中有用矿物的平均含量c（单位毫克/立方米）有关

    q=k×（d/c）

    式中：

k为可靠性系数，一般取1.5—2。

图4-5-1　不同取样间距对样品代表性的影响

    4）样品形状和规格的影响

    在原地取样时，不同形状的同体积样品计算的品位值的方差相差可以很大。

如图4-5-2，线型的样品比立方体样品的方差小。

    5）样品方向的影响

    样槽的方向与矿脉走向近于垂直时，最有效地反映出矿体的变化性；否则，若与矿脉走向平行，则往往不能有效地反映矿体的质量及其变化性。

    6）矿产自然特性的影响

    矿体各标志变化的方向性

    矿体的内部结构特点

    有用组分品位分布的方差（均方差、变化系数）；

图4-5-2　不同样品形状对样品代表性的影响

图4-5-3　不同样品方向对样品代表性的影响

    二、化学取样

    概念：

化学取样是指通过对采集来的有代表性样品的化学分析，测定矿石与近矿围岩中的化学成分及其含量的工作。

    意义：

其结果用于圈定矿体边界和计算储量，确定矿石中主要有用组分、伴生有益组分、有害杂质的种类、含量、分布状态与变化规律，为解决地质、采矿与选矿加工等方面问题提供资料依据。

    化学取样是最基本最经常进行的取样种类，所以，也常被人们称为“普通取样”。

    矿山开发勘探中的化学取样还具有间距更密、数量更多、更及时、快速的特点，起着更准确圈定矿体与矿块，计算储量与生产矿量，指导矿山采掘生产作业与控制管理矿石质量等作用，所以属矿山经常性基本地质工作范畴。

    分类：

化学取样据其取样对象可分为钻探取样和自然露头及坑探工程取样。

（一）样品的采集

    钻探取样　露头及坑探取样

    对采样的基本要求是要保证样品的可靠性，否则，因“先天不足”，而丧失了取样代表性和取样工作的全部意义。

    1．勘探工程的矿体取样应遵循以下原则：

    ①总体上，取样的方式方法首先应根据矿床（矿体）地质特点，并通过试验证实其有足够可靠性的前提下，作出正确选择与确定；其次，兼顾其取样效率与经济效益，严禁选择性采样。

    ②取样间距应保持相对均匀一致的原则，便于取样结果的利用和正确评价。

    ③取样应该遵循矿体研究的完整性原则，样品必须沿矿化变化性最大的方向采取，即在矿体厚度方向上连续布样，而且应向围岩中延伸一定距离，尤其对于没有明显边界线的矿体，要在穿过矿化带的整个勘探工程上取样。

    ④对于不同类型、品级的矿石与夹石，应视其厚度与工业指标，系统地连续分段采样，以满足选别开采的需要；若有必要或混采时可按比例进行适当的样品组合。

    2．钻探取样（钻探工程质量符合要求的前提下）

    岩心钻孔的岩（矿）心取样方法：

（简单动画图示劈半法取样）

    ●　较大口径者常采用劈半法，即沿岩（矿）心轴面用手工劈开或用机械劈（锯）开成同样的两部分，一半作为样品，一半留存或作它用。

    ●　对小口径（45或59mm）钻孔，尤其是坑内小口经金刚石钻孔，则需将整个岩（矿）心作为样品，以保证有足够的可靠质量。

    注意：

（1）岩（矿）心采取率应达到规定要求。

    ●　矿体及其顶底板3～5m内的岩矿心采取率不低于80%，当厚矿体矿心采取率连续5m低于要求时，要查明原因，并采取补救措施。

    ●　围岩岩心的分层采取率一般不得低于65%。

    ●　分层采取率低于65%的，应将该取样孔段（回次）的全部岩（矿）粉、泥补充收集起来，与岩心归并后进行加权计算取样。

（2）确定矿化有无选择性磨损现象。

    ●　选择性磨损常见于含脆性或软弱矿物的钼、锑、汞、钨矿床，在钻进过程中，此类矿石矿物磨损，则品位会系统偏低；

    ●　脉石矿物磨损，品位会系统偏高，都将会造成对矿床（矿石质量）的错误评价。

    ●　若经检验（同位置的坑道取样，岩心、岩粉分别取样，或用经证实可靠的地球物理取样资料对比分析等）证实有选择性磨损存在，则即使岩心采取率远大于规定要求，也往往会产生极大的取样误差，故应采取补救措施，如同时采集同段（无混进其他段）的岩心与岩粉（泥）合并作为样品。

    （3）分回次采样。

    ●　当矿体很厚，矿化均匀，岩心采取率差别不大时，可将相邻回次样品合并为一个样品，但不超过样品最大允许长度；采取率相差悬殊的两个回次的岩心不能采作一个样品；

    ●　若矿体内部结构复杂时，应连续分段采样。

    （4）样品长度

    ●　随矿化均匀程度而不同，同时兼顾规定的工业指标（夹石剔除厚度和可采厚度），一般1～3m，有色金属矿床一般1～2m，黑色金属矿床一般2～3m，以不大于可采厚度为宜。

    ●　注意岩（矿）心样品实际长度与所代表的厚度换算。

    （5）冲击钻勘探砂矿时，要按回次将全部掏出来的物质收集起来作为一个样品。

    ●　为保证样品的可靠性，一是要将该回次物质收集完全（减少损失），二是防止孔壁塌落混入其他物质“污染”，故要加套管加固孔壁，严禁超管采样。

    ●　样品长度要根据矿层厚度和预计的采矿方法确定。

    （6）在无岩心钻进的钻孔中，要对岩屑和粉尘取样，用专门的岩粉采集器收集。

    3．自然露头与坑探工程中取样

    刻槽法　剥层法　打眼法　方格法　拣块法和全巷法

（1）刻槽法

    概念：

沿矿体厚度方向（或沿矿石质量变化最大的方向）按一定断面规格和长度刻凿一条长槽，把从槽中凿下的全部矿石块作为样品的采样方法。

    适用条件：

对大多数矿床，刻槽样品具有较好的可靠性和代表性，应用广泛。

    样槽布置位置：

    ●探槽中，多在槽底垂直矿体走向取样，也可在槽壁取样。

    ●探矿浅井、天井中，矿化均匀者一壁取样；矿化不均匀或变化甚大者，应两壁取样，将对应位置的样品合并为一，保证其可靠性。

    ●水平坑道中，对穿脉或石门工程，多在腰切平面位置（距坑道底10～14m高处）沿矿体厚度方向一壁或两壁连续分段取样。

对沿矿体走向掘进的探矿沿脉工程，多在一定间距的掌子面或顶板沿矿体厚度方向取样。

    ●陡倾斜矿体常用水平刻槽，缓倾斜矿体常用垂直刻槽。

    样槽布置原则

    ●样槽应沿矿石质量变化最大方向布置，通常是沿矿体厚度方向。

    ●含矿围岩和矿石应分段取样。

    ●不同类型矿石与夹石应分段取样。

    ●样槽应通过矿体的全部厚度，不漏采，也不重采。

    ●当矿石质量变化（矿化均匀性差）较大时应合并取样，以保证其取样的可靠性。

如浅井，可将两对壁采取的样品合并，也可四壁合并。

    优缺点：

    ●优点—样品具有较好的可靠性和代表性。

    ●缺点：

效率低；粉尘对人体有害，急须采用结构简单、操作简便的切割式采样机代替手工采样。

    刻取方法：

    ●由于目前多靠锤子与凿子手工操作，预先需仔细整平，在露出的新鲜面上取样；

    ●注意不崩散矿石，不混入杂土，保证可靠性；

    样槽断面形状：

有矩形、三角形等，常用前者。

    矩形样槽断面规格：

用宽×深（cm2）表示。

    确定样槽断面规格大小的影响因素：

    ●样品的可靠性。

包括考虑矿化的均匀程度、矿体厚度大小、矿石硬度等；

    ●取样效率。

在保证样品可靠性的前提下，选取断面规格小，取样效率高者为合理。

    确定样槽断面规格大小方法：

经验类比法与试验法。

    ①经验类比法是参考应用同类型矿体取样的断面规格数据（表4-5-1），一般为5×2～10×5（cm2），极少数（如脉金、铍、铌、钽矿体取样）扩大到15×3～20×5（cm2）；确定风化矿含矿率，断面规格一般不小于20×15（cm2）。

表4-5-1金属矿床样槽断面规格参考表

矿体厚度（m）

矿化均匀程度

2.5～2

2～0.8

0.8～0.5

矿化均匀

矿化不均匀

矿化极不均匀

5×2

8×2.5

10×3

6×2

10×2.5

12×3

10×2

12×2.5

15×3

    ②试验法是在同一取样点用不同的规格分别采样，对比其取样结果，在保证可靠性的前提下，选择最小的断面规格。

    试验方法是重叠刻取，如图4-5-4所示，先分别刻取①、②、③、④部分矿石，然后分别按面积比将副样合并。

以最大规模（15×5cm2）样品化验结果为对比标准。

（考虑动画演示）

图4-5-4试验法样槽剖面示意图　　　　试验法样槽剖面样品组合示意图

    样槽长度是指单个样品沿取样线的长度。

    样长过短会增加样品数量，增加大量化验、测试工作量和费用；过长可能会影响对矿石类型与品级的正确圈定及分采工作。

    一般样长为0.5～3m，常用1～2m，最长者可达4～5m。

    对于矿体边界清楚，矿体厚度大，矿化均匀，矿石类型简单者，样槽可长些，反之则应短些。

据我国地质勘探矿体取样实践经验，一般采用的样槽长度如表4-5-2。

    取样间距是指沿矿体走向和倾斜方向上样品间的距离。

它受探矿工程和矿化均匀程度控制。

    一般常以类比法或稀空法的实验资料对比确定，较少应用数学分析的方法。

    合理取样间距是在类比的基础上结合实验资料的对比论证，选择在允许误差范围内的较稀取样间距。

表4-5-2　各主要矿种一般样品长度

矿种

取样长度（m）

矿种

取样长度（m）

铁、锰

铬、铜、铅、锌、钨、钼、锡、镍

铜、钼细脉浸染型大型矿床

铝土矿

锑、汞

脉金

铌、钽

铍

1～2

1～2

4

0.5～2

小于0.5

小于2

1～2

0.5～2

磷

硫

硼、石墨、滑石

粘土

萤石

石膏

盐类矿床

石灰岩

0.5～2

1～2

0.5～1

0.5～1

0.25～1

0.5～2

0.5～2

2～5

    脉内沿脉、天井、上山工程中，一般为5～10m。

如果矿化很不均匀、变化性很大时，取样间距不得超过2～4m。

取样间距参考数据如表4-5-3所列。

表4-5-3　取样间距参考表

原矿床类型

有用组分分布的均匀程度

取样间距（m）

矿床举例

特征

品位变化

系数

Ⅰ

极均匀

20

50～15

最稳定的铁、锰沉积、沉积变质矿床，岩浆型钛磁铁矿、铬铁矿矿床

Ⅱ

均匀

20～40

15～4

铁、锰沉积变质矿床，风化铁矿床，铝土矿床，某些硅酸盐及硫化镍矿床

Ⅲ

不均匀

40～100

4～25

矽卡岩型矿床，热液脉状矿床，硅酸盐及硫化镍矿床，金、砷、锡、钨、钼、铜的热液矿床

Ⅳ

很不均匀

100～150

25～15

不稳定的多金属、金、锡、钨、钼等矿床

Ⅴ

极不均匀

＞150

15～10

某些稀有金属矿床，铂原生矿床

（2）剥层法

图4-5-5　剥层法取样示意图

    概念：

剥层法是在矿体上连续或间隔地均匀剥下一薄层矿石作为样品的采样方法（图4-5-5）。

剥层深度一般5～15cm。

    适用条件：

    ①矿化极不均匀，有用矿物颗粒粗大，用其他采样方法（如刻槽法）不能获得可靠结果的矿床；

    ②其他采样方法不能得到足够质量样品的薄矿体；

    ③检查其他采样方法的可靠程度。

    （3）方格法

    概念：

是在矿体出露部分划分一定网格（或铺以绳网），然后在网格各交点上均匀地凿取一定数量和大小一致的矿石块，将其合并成一个样品的采样方法（图4-5-6）。

每个样品由15～20个点样组成，总质量约2～3kg。

    适用条件：

该法通常只用于矿化比较均匀、矿体厚度较大的矿体取样。

图4-5-6　方格法取样示意图

图4-5-7　拣块法取样示意图

    （4）拣块法

    概念：

又称攫取法，是将绳网铺在矿石（或废石）堆上，从每个网格中随机拣取块度大致相等的小块矿石（岩石）碎块，合并成一个样品的采样方法（图4-5-7）。

样品总质量一般不少于几公斤，由矿化均匀程度而定（表4-5-4）。

    适用条件：

极常用在矿车、矿石堆或废石堆、皮带运输机上取样。

在矿山还常用于检查矿石质量、计算采矿贫化率和矿石质量管理的生产取样。

    在大型矿石堆、废石堆上往往在其坡面上布置较大间距（如10m）的取样线，在线上设小间距（如1m）的取样点，用拣块法在点上取样，按线合并作为一个样品，用于检查其质量。

    优缺点：

方法简单，工效高，只要是坑道在矿体中掘进，并且不是人为有意偏富或偏贫地采集，则该法有相当高的可靠性和代表性，

表4-5-4　拣块法取样规格   

矿化性质

坑道中每放一次炮，矿堆上小块份样的个数

每个小块份样的质量

（kg）

样品的总质量

（kg）

极均匀和均匀

不均匀

极不均匀

12～16

20～25

36～50

0.05

0.10

0.20

0.6～0.8

2～2.5

7.2～10

    （5）打眼法

    概念：

又称炮眼法，是在坑道掘进过程中，用一定设备收集钻凿炮眼所产生的岩矿粉、泥作为样品的采样方法。

    适用条件：

一般多用于厚度较大、矿化均匀的矿体取样，不常用。

    优缺点：

优点是取样与掘进同时进行，对矿体未被坑道揭露的部分取样，不另费工时，样品颗粒细。

缺点是往往不能按厚度方向取样，仅能凭矿粉（泥）颜色分辨矿石与围岩，对于矿石类型复杂者或薄矿层不能分段取样等。

    （6）全巷法

    概念：

是坑道在矿体内掘进时，随即将一定长度内采出的全部矿石（或就地缩减后的一部分）作为样品的取样方法。

    采样长度一般为1～2m，可连续或间隔取样。

    优缺点：

取样可靠性最大，样品质量大（数吨至数十吨），运输与加工费用高，不常用。

    适用条件：

（1）研究与测试矿产选、冶或其他加工技术性能时所需要的大质量试验样品；

（2）检查其他取样方法的可靠程度；

    （3）用别的取样方法不能确定矿产性质的某些物理取样，或为确定其有用组分含量、品级的特殊矿床，如云母、石棉、水晶、宝石、光学原料、金刚石和部分金、铂等矿床的矿体取样。

    小结：

各种取样方法的比较

    方法优劣的标准：

方法的可靠性和取样的费用。

    从方法可靠性出发的比较：

    全巷法最可靠，其次是剥层法。

对刻槽法、拣块法、方格法及打眼法的评价不一，有人认为刻槽法可靠程度较高。

在矿化均匀的情况下，拣块法和方格有较高的可靠程度。

对于薄层的脉状矿体，用全巷法采样，其效果不一定好。

    从方法取样费用出发的比较：

拣块成本最低，打眼法也比较经济，最费工费时的是剥层法和全巷法。

（二）样品加工

    1．样品加工的基本目的：

使每个样品均匀地磨细并缩减到送化验分析必须的粒度（颗粒直径0.097mm／160目～0.074mm／200目）与质量（一般50～200g）。

    2．最小可靠质量：

    是指将样品破碎到一定粒级时，在不超过允许误差的条件下所必需的最小质量，即经缩减后的质量。

    最小可靠质量Q是样品最大颗粒直径d的函数。

    式中：

α＜3，变化于1.5-2.7。

（1）式和

（2）式可以看作是（3）式的特例。

这3个公式中，以

（2）式应用最广。

在应用公式时，K值的选择很重要。

K值决定于矿石性质及其中有用组份的均匀程度。

品位变化大，K值应取大一些，反之小一些。

有表格可供选择时参考（表4-5-5）。

具体矿石样品加工的经验K值：

    ●　铁、锰矿为01～02；铬矿一般为025～03；

    ●　铜、铅、锌矿为01～02，若伴生有贵金属时取03～05；

    ●　银矿石02～08；

    ●　钼矿石01～05，多用02。

    ●　对新类型矿床的矿石，或认为必要时，应进行K值确定试验。

    该公式说明，样品的可靠质量与其中最大颗粒直径的平方成正比。

矿化越不均匀，样品的颗粒越粗，则要求的可靠质量越大，所以，该式的计算及应用简便，并能保证样品加工所必要的精度，故被广泛采用。

表4-5-5　K值的经验数据表

矿石类型简述

K

均匀的

不均匀的（各种不同的矿物原料）

极不均匀的

特别不均匀的

具有粗粒（＞0.6mm）金的特别不均匀的金矿石

0.05～0.8

0.10

0.20～0.30

0.40～0.50

0.80～1.0

［据HB巴雷舍夫（1996），BM克列特尔（1990）作了修改］

    3．影响样品加工的主要因素（金属矿物）：

    ●　分布均匀程度；

    ●　颗粒最大直径；

    ●　样品中颗粒数；

    ●　破碎后粒度。

    为此，首先应将样品破碎研磨到较小的粒度，因为大块样品的均匀化简直是不可能的，任何缩减都会带来缩减误差。

只有将样品粉碎到任一有用矿物（组分）完全被解离的粒度，即样品颗粒直径小于或等于有用矿物直径时，才可能期望通过搅拌使有用矿物在样品中分布完全均匀；再通过缩减，使送去化验的少量样品保证具有充分的代表性，不影响分析结果的精度。

    4．样品加工方法：

样品加工全过程总损失率≤5%，样品的缩分误差≤3%。

    ●　机械联动线加工：

经过一次破碎、缩分，直接达到要求的粒度与质量。

但一般实验室则无此条件和能力，尤其原始样品规模巨大时，按规定加工流程破碎，分段缩减更为经济合理。

    ●　分步缩分加工法：

为正确进行样品加工工作，保证各加工阶段工效和缩减后样品都能保持原始样品的代表性，而按照实际条件和加工公式所设计的程序和技术要求，将碾碎、过筛、拌匀、缩减四个步骤称之为一个阶段，分阶段循环缩分加工，直至样品达到规定要求。

    碾碎是为了减小样品颗粒的直径，增加金属矿物的颗粒数，以便达到减少最小可靠质量，缩减样品的目的。

碾碎方法一般是机械破碎。

机械破碎可分为粗碎（一般用颚式碎矿机）、中碎（一般用轧辊机）及细碎（一般用盘式细碎机）。

    过筛是为了保证破碎后的颗粒直径能完全符合各阶段预定的要求，是碾碎的辅助性检查步骤。

    拌匀是为了在缩分前使金属矿物颗粒在样品中尽可能地均匀分布，使样品缩减时减少缩减误差，可以说拌匀是改变样品均匀程度的一个步骤。

拌匀的方法有铲翻法及帆布滚动法。

    缩减是将拌匀样品逐步缩减到最小可靠质量。

常用的缩减方法为圆锥状4分法、庄氏分样法。

每次缩减1/2。

    缩减前后的样品重量分别为Q1和Q2缩减的次数n可用下式计算。

    5．样品的组合

    样品在送化验室前将若干个样组成一个样，组合后的样品常称之为组合样品。

    组合样应用于下列情况：

    ●　分析矿石中的伴生有益组份及其他杂质元素；

    ●　矿石质量已详细研究，为减少测试、分析工作量；

    ●　多矿物样或技术加工样等专门试验。

    样品组合原则：

    ●　必须按样品的原始重量成比例地组合；

    ●　矿石类型、品级相同才能组合；

    ●　原始样品的采样方法相同才能组合。

    （三）化学分析

    化学分析是研究矿石质量最基本的方法，分析结果可用于圈定矿体、计算矿石储量、评价矿石质量等。

    化学分析又可分为全分析、普通分析、组合分析及物相分析。

    1．全分析

    目的：

全面了解矿石各类型中所含的全部化学成分与含量。

    要求：

分析结果之总和应接近100%。

    分析项目：

全分析之前，一般先作光谱全分析，除痕迹元素外，其他元素都应作为全分析的项目。

    分析样品：

全分析的样品必须是有代表性的样品，也可用组合样品。

    分析数量：

每种矿石类型或品级作1～2个。

一个矿区其总量一般不超过20个

    全分析最好在勘探的初期进行，以便于全面了解矿石的物质成分及含量，指导勘探工作。

    2．普通分析

    普通分析，又叫基本分析、单项分析、主元素分析。

    目的：

查明矿石中主要有用组分的含量及其变化情况，作为圈定矿体，计算储量之用。

    分析项目：

主要有用组分，达到工业要求的其他有用组分。

    分析样品及数量：

分析全部化学分析样品，分析工作系统进行。

    3．组合分析