國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

２０世紀(jì)５０年代初參照原蘇聯(lián)人的經(jīng)驗(yàn)，原冶金部規(guī)定三級(jí)礦量的保有期，開拓礦量保有期應(yīng)保持在３年以上，采準(zhǔn)礦量保有期為１年左右，回采礦量保有期為６個(gè)月左右，簡(jiǎn)稱“３１６”［３］。后原冶金部又于１９６４年制定《有色金屬礦山生產(chǎn)礦量計(jì)算暫行規(guī)程》以及１９８０年頒布《有色金屬礦山地質(zhì)測(cè)量條例》對(duì)礦山企業(yè)的儲(chǔ)量管理起到了重要的指導(dǎo)作用。幾十年來采礦工作者就礦山三級(jí)礦量的計(jì)算和管理做了大量的研究，也取得許多成果。２０世紀(jì)６０年代以來，我國地下礦山在編制年度采掘計(jì)劃工作中就普遍開始了關(guān)于礦山三級(jí)礦量的計(jì)算。但是當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界關(guān)于三級(jí)礦量的各種觀點(diǎn)存在很大的分歧，礦山企業(yè)和學(xué)術(shù)界關(guān)于三級(jí)礦量的計(jì)算方法并沒有達(dá)成統(tǒng)一的觀點(diǎn)，使得這一時(shí)期對(duì)三級(jí)礦量保有量的計(jì)算方面存在許多不足［４］。隨著采礦方法的成熟和采礦設(shè)備的更新，三級(jí)礦量的計(jì)算與管理過程中存在的一些問題被逐漸克服。部分專家學(xué)者根據(jù)不同礦山的具體情況以及其相對(duì)應(yīng)的采礦方法，從宏觀的角度對(duì)各個(gè)礦山三級(jí)礦量進(jìn)行優(yōu)化管理，提出礦山企業(yè)在三級(jí)礦量管理過程中的兩個(gè)不可缺少的原則。１）生產(chǎn)探礦對(duì)三級(jí)礦量管理的要求。根據(jù)礦床的地質(zhì)條件和不同的采礦方法，取樣編錄所有已揭露礦床的井巷和采場(chǎng)，確定合適的生產(chǎn)探礦工程，確保其符合工業(yè)指標(biāo)規(guī)定的礦體邊界固定值。２）三級(jí)礦量必須滿足開采順序和回采時(shí)間的要求。就一個(gè)階段而言，其開采順序一般是自上而下、由遠(yuǎn)而近。某些局部礦塊或礦柱也應(yīng)在整體和時(shí)間上滿足回采要求，對(duì)于不符合開采順序的可采礦量不能列為三級(jí)礦量［５］。

基于礦體賦存條件的有效備采礦量?jī)?yōu)化模型

合理確定三級(jí)礦量保有量，這一問題在國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，許多方案已經(jīng)取得了良好的效果。但隨著采礦方法的改革、采礦設(shè)備的更新和采場(chǎng)參數(shù)的調(diào)整，國內(nèi)許多礦山原有的三級(jí)礦量保有量不再符合現(xiàn)有采礦技術(shù)和采礦設(shè)備條件下礦山正常生產(chǎn)的要求，使得許多礦山在改善采礦方法和更新采礦設(shè)備的同時(shí)，不得不對(duì)原有的三級(jí)礦量保有量進(jìn)行優(yōu)化管理。例如，為了與采用的新式采礦設(shè)備相適應(yīng)，程潮鐵礦于２００１年初對(duì)其采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，造成其三級(jí)礦量保有期限不合理。有關(guān)專家針對(duì)程潮鐵礦采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整和采礦設(shè)備的更新情況，采用超前時(shí)間系數(shù)的方法確定其三級(jí)礦量保有期限分別為：開拓礦量８．７年，采準(zhǔn)礦量１４．２個(gè)月，備采礦量７．６個(gè)月［６］。保有期限對(duì)應(yīng)的各級(jí)礦量較好的保證了礦山持續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)。但各個(gè)礦山的礦體賦存條件千差萬別，現(xiàn)有的三級(jí)礦量計(jì)算方法并不能適用于所有礦山，直接套用其他礦山三級(jí)礦量保有量的優(yōu)化方案顯然并不科學(xué)。如大冶鐵礦尖林山采區(qū)的三級(jí)礦量保有量不均衡，其備采礦量嚴(yán)重不足。有關(guān)學(xué)者針對(duì)尖林山采區(qū)的實(shí)際情況，提出通過合理的布置切割工程增加自由面和可回采進(jìn)路來增加備采礦量，不僅解決了三級(jí)礦量不均衡的問題，還改善了采場(chǎng)的通風(fēng)條件、降低了生產(chǎn)成本，取得了較好的生產(chǎn)成果［７］。可見各個(gè)礦山關(guān)于三級(jí)礦量的優(yōu)化方案存在很大差別。各礦山的地質(zhì)條件不可能完全相同，這對(duì)確定統(tǒng)一合理的三級(jí)礦量計(jì)算方案造成很大影響，尤其是復(fù)雜地質(zhì)條件下的三級(jí)礦量管理又增加了很多不確定的因素。本文根據(jù)礦床的不同賦存條件，提出有效備采礦量的概念，對(duì)礦山的三級(jí)礦量保有量進(jìn)行計(jì)算。有效備采礦量是指按照礦山所采用的采礦方法，符合礦山生產(chǎn)的開采順序，并且能在計(jì)劃的回采時(shí)間被及時(shí)回采的備采礦量。下面給出有效備采礦量的計(jì)算公式：Ｑ備＝ＳＤγ礦ＮｎＲ（１）式中：Ｑ備為有效備采礦量，ｔ；Ｓ為礦體水平面積，ｍ２；Ｄ為階段內(nèi)礦體平均厚度，ｍ；γ礦為礦石體重，ｔ／ｍ３；Ｎ為階段內(nèi)的采場(chǎng)（或進(jìn)路）總數(shù)，個(gè)；ｎ為每月動(dòng)用的平均采場(chǎng)（或進(jìn)路）數(shù)，個(gè)；Ｒ為有效備采礦量系數(shù)，取１．１～１．５。有效備采系數(shù)Ｒ的取值與礦體水平面函數(shù)ｆ直接相關(guān)。此處礦體水平面函數(shù)ｆ指的是在礦體水平面積內(nèi)的所有進(jìn)路的平均長度，即：ｆ＝∑ＬｉＮｆ（２）式中，Ｌｉ為礦體水平面積內(nèi)第ｉ條進(jìn)路的長度，ｍ；Ｎｆ為礦體水平面積內(nèi)的進(jìn)路總條數(shù)。當(dāng)ｆ較小時(shí)，礦塊周轉(zhuǎn)速度快，Ｒ值應(yīng)適當(dāng)取大一些以滿足礦山持續(xù)均衡生產(chǎn)的要求；而當(dāng)ｆ較大時(shí)，在確保礦山正常穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，Ｒ值可以適當(dāng)取小一些，盡量縮減三級(jí)礦量保有量。如圖１所示某礦的礦體水平面圖，該礦水平面函數(shù)較大，一個(gè)階段的開拓和運(yùn)輸通風(fēng)系統(tǒng)一旦形成就能獲得較多的開拓礦量，所以確保礦山正常穩(wěn)定生產(chǎn)的同時(shí)，應(yīng)盡量減少三級(jí)礦量保有量以減少流動(dòng)資金的占用和巷道的維護(hù)費(fèi)用。

應(yīng)用實(shí)例

金山店鐵礦包括張福山和余華寺兩個(gè)礦區(qū)。余華寺礦區(qū)原為焦作分礦，２００１年１０月與金山店鐵礦合并，成為金山店鐵礦的一個(gè)礦區(qū)。張福山礦區(qū)以０２５＃勘探線為界分為東、西兩個(gè)區(qū)，０２５＃勘探線以東稱為東區(qū)，０２５＃勘探線以西稱為西區(qū)。金山店鐵礦張福山西區(qū)于１９６８年開工建設(shè)，１９７９年基本建成并試生產(chǎn)，１９８８年正式投產(chǎn)，核定規(guī)模１００萬ｔ／ａ。１９９６年開始建設(shè)接續(xù)工程，開采－２００～－４１０ｍ間的礦體，２００１年１０月開始建設(shè)東區(qū)工程。東、西區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)模合計(jì)為１５０萬ｔ／ａ。由于東區(qū)上部礦體規(guī)模小，產(chǎn)狀較為復(fù)雜，再加上工農(nóng)關(guān)系等因素，東區(qū)－２７０ｍ水平以上未能如期開采。２００３年進(jìn)行改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)，將張福山和余華寺兩個(gè)獨(dú)立的礦山整合成一體。金山店鐵礦余華寺礦區(qū)地下開采一期工程７０年代開始建設(shè)，設(shè)計(jì)規(guī)模４０萬ｔ／ａ，１９９１年正式投產(chǎn)，１９９６年達(dá)產(chǎn)。金山店鐵礦生產(chǎn)規(guī)模從１５０萬ｔ／ａ擴(kuò)大到３００萬ｔ／ａ。在張福山已有中央主井以正北８０ｍ處新建一條主井，擔(dān)負(fù)３００萬ｔ／ａ礦石和４５萬ｔ／ａ廢石提升任務(wù)。張福山礦床位于金山店侵入巖體南緣羅咸益、張福山和羅同云一帶。礦化范圍西起３線，東至５２線，長３５００ｍ，南北寬１００～６００ｍ，共分布大小１００個(gè)礦體，其中規(guī)模較大的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ號(hào)礦體，Ⅰ和Ⅱ號(hào)礦體占礦床探明儲(chǔ)量的９０％以上。Ⅰ號(hào)礦體規(guī)模最大，分布于３～４４線間，東西走向長２６９０ｍ，礦體走向ＮＥ７７°～ＳＥ１２６°，傾向ＳＥ１７２°～ＳＷ２０３°，傾角為６０°～８５°。賦存標(biāo)高＋１１０～－１０００ｍ，真厚度０．１８～８３．９６ｍ，平均２５ｍ。Ⅱ號(hào)礦體位于Ⅰ號(hào)礦體下盤，相距１５～１２０ｍ，分布于２６～４３線之間，東西走向長１０２０ｍ，走向近東西，一般傾向南，傾角為５０°～８１°礦體厚度０．７～１３１．３１ｍ，平均２６．４ｍ，呈上薄下厚，東厚西薄趨勢(shì)。礦體形態(tài)復(fù)雜，平面上呈條帶狀、半月形或透鏡狀，剖面上呈脈狀、彎弓狀和不規(guī)則大透鏡狀。以下根據(jù)張福山西區(qū)的情況進(jìn)行具體分析，其礦體水平面函數(shù)如圖２所示（圖略）。張福山西區(qū)－３４０～－４１０階段６～２５線之間的Ｉ號(hào)礦體，走向近東西，傾向南，傾角較陡，一般為６５°～７５°。階段生產(chǎn)勘探范圍內(nèi)礦體厚度最小３～４ｍ，最大６０ｍ，平均厚度Ｄ為３９．７ｍ，，礦體水平面積Ｓ為５５９４０ｍ２，礦石體重γ礦為３．７６ｔ／ｍ３，階段內(nèi)的進(jìn)路總數(shù)Ｎ為１２８條，每月動(dòng)用的平均進(jìn)路數(shù)ｎ為６條，Ｒ取１．４，則有效備采礦量為：Ｑ備＝５５９４０×３９．７×３．７６１２８×６×１．４＝５４７９８４（ｔ）（３）　　金山店鐵礦礦體狹長，礦體賦存形態(tài)復(fù)雜，礦體圍巖不穩(wěn)固、礦石強(qiáng)度低、構(gòu)造性破壞多，在這種情況下為了減少流動(dòng)資金占用和巷道維護(hù)費(fèi)用，人們希望三級(jí)礦量的保有期限更短一些［８］。但其礦體水平面函數(shù)ｆ較小，單條進(jìn)路的平均可采礦量少，礦塊周轉(zhuǎn)速度必然很快，根據(jù)原方案計(jì)算的備采礦量為４３萬噸并不能滿足金山店鐵礦持續(xù)均衡生產(chǎn)需要。Ｒ取較大值１．４，計(jì)算所得５４．８萬噸的備采礦量顯然更加科學(xué)，有助于實(shí)現(xiàn)礦山的可持續(xù)發(fā)展。