孫玉建

(北京大學(xué)地球科學(xué)與空間學(xué)院，北京 100871)

以礦體三維化為基礎(chǔ)的資源儲(chǔ)量估算過程，常利用“塊(block)”這個(gè)工具。所謂塊，就是將礦體(礦化域)離散成大小與形狀相同或相似的單元(一般情況下是立方體或長(zhǎng)方體)，以這些單元為研究對(duì)象，通過適當(dāng)?shù)姆椒檫@些單元賦予礦體的各種屬性，如金屬礦種的品位、體重，煤炭中的灰分、硫分等。目前，已經(jīng)發(fā)展出了用不規(guī)則形態(tài)的塊進(jìn)行礦體特征研究的技術(shù)，如沿層狀礦體的延伸方向劃分出厚度有一定變化的塊。本文只論及目前常用的規(guī)則塊尺寸設(shè)置的影響因素。

用形態(tài)規(guī)則的塊代替形態(tài)不規(guī)則的礦體(礦化域)，可以實(shí)現(xiàn)礦體屬性賦值過程和資源儲(chǔ)量分類[1]的自動(dòng)化，估計(jì)結(jié)果可以在地質(zhì)勘查、采礦設(shè)計(jì)和礦山開采各個(gè)環(huán)節(jié)使用繼承使用。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)產(chǎn)生后，利用“塊”這一工具，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)專家、地質(zhì)專家和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)專家的協(xié)同工作。

現(xiàn)有的、國(guó)內(nèi)外資源儲(chǔ)量估算軟件，都提供了將“塊”進(jìn)一步“切開”等分為更小的“子塊”的功能。劃分子塊的目的有兩個(gè)：

一是更好地?cái)M合礦化域的邊緣。

二是先為子塊估值，然后將子塊的均值賦給母塊。

將礦體(礦化域)離散成規(guī)則的塊，并將礦體(礦化域)中各種屬性賦值到塊的數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣的塊就成了多種礦體(礦化域)屬性信息的統(tǒng)一體，對(duì)整個(gè)礦體(礦化域)特征的研究就轉(zhuǎn)化到了對(duì)塊的研究。

塊的尺寸如何設(shè)置才能滿足對(duì)礦體(礦化域)的研究呢？從邏輯上講，塊的尺寸越小，估值結(jié)果越精細(xì)，對(duì)于分析礦體(礦化域)的特征越有利。從實(shí)踐上講，塊的尺寸過小，不僅增加了計(jì)算費(fèi)用，而且當(dāng)塊的尺寸小于某個(gè)臨界值后，估值結(jié)果將出現(xiàn)很強(qiáng)的均一化，其精細(xì)程度將不會(huì)再提高。

所以，應(yīng)該考慮多種因素，合理設(shè)置塊的尺寸。

1 礦體地質(zhì)特征與塊尺寸

礦體的地質(zhì)特征影響著塊尺寸的選擇，尤其是礦體的形態(tài)特征。如果礦體呈薄層狀或者脈狀，塊在三維方向上的尺寸就應(yīng)該和薄層或脈的各個(gè)方向的延展程度相協(xié)調(diào)，使得礦體盡可能地包含塊。如果礦體比較厚大，塊的尺寸可選擇范圍就會(huì)加大。根據(jù)礦體地質(zhì)特征選擇塊尺寸的最基本原則，就是盡量減少礦體體積與塊總體積的差距。

當(dāng)?shù)V體中出現(xiàn)斷層和褶皺等構(gòu)造時(shí)，子塊尺寸的選擇影響了構(gòu)造邊界的資源儲(chǔ)量估算。為塊賦予屬性時(shí)，應(yīng)該考慮構(gòu)造邊界兩側(cè)的不同屬性，從而在資源儲(chǔ)量匯總時(shí)加以區(qū)別。

2 勘查程度與塊尺寸

當(dāng)勘查程度較低時(shí)，獲得的數(shù)據(jù)量很少，經(jīng)過插值估計(jì)后，塊屬性值的可靠程度較低。大量小尺寸塊所獲得的估計(jì)值是均一的或者變化很小，這種相同或相似塊的堆積并不能對(duì)礦化域范圍內(nèi)的屬性分析提供更多的附加信息；大尺寸塊比較適合這種情形，既減少計(jì)算量，又使屬性值的分析比較直觀。

隨著勘查程度的提高，工程控制程度也不斷提高，獲得的數(shù)據(jù)量不斷增加，應(yīng)用各種插值技術(shù)所獲得的估計(jì)結(jié)果的可靠性不斷增加，塊與塊之間的各種屬性值具有了一定的連續(xù)性，為統(tǒng)計(jì)分析礦體(礦化域)的特征提供了基礎(chǔ)。這時(shí)，塊的尺寸適當(dāng)減小，可以為分析某一屬性在礦化空間內(nèi)的變化，提供統(tǒng)計(jì)意義上的附加信息。

所以，塊尺寸與礦區(qū)的工程控制程度和礦區(qū)的分布范圍具有一定的關(guān)聯(lián)。一般的，勘查程度的提高，為減小塊尺寸提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 開采方法與塊尺寸

礦區(qū)的地質(zhì)勘查是為礦山的規(guī)劃和開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)的，尤其是勘探階段，其成果是直接為礦山建設(shè)可行性研究和初步設(shè)計(jì)服務(wù)的。這時(shí)，礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的估算應(yīng)該考慮到礦山設(shè)計(jì)和開采開發(fā)的相關(guān)因素。對(duì)塊尺寸的選擇具有最直接參考意義的，是礦山開采時(shí)的“開采選別單元(SMU，Selective Mining Unit)。

如果礦山將要采用露天開采的方式，那么塊在三維方向上的尺寸應(yīng)與露天開采的各參數(shù)設(shè)置相協(xié)調(diào)。塊在垂向上的尺寸最好與臺(tái)階高度相一致，而在平面上的尺寸與斜坡道寬度相一致。

如果礦山將要采用地下開采的方式，則要考慮“采準(zhǔn)儲(chǔ)量”和“備采儲(chǔ)量”的尺寸規(guī)模。在設(shè)計(jì)階段，中斷的高度為塊的高度提供了參考值，塊的高度或者為中斷的高度，或者減少一至兩倍。穿脈之間的距離和礦房切割的尺寸大小，為塊的水平尺寸提供了依據(jù)。礦山開采階段，生產(chǎn)者更關(guān)心開采掌子面上的品位變化，為下一步開采和配礦提供參考，所以掌子面的尺寸和爆破一次崩落的距離，成為塊尺寸設(shè)置的直接參考數(shù)據(jù)。如果初步設(shè)計(jì)中已經(jīng)有“采準(zhǔn)儲(chǔ)量”的范圍，則“采準(zhǔn)儲(chǔ)量”的規(guī)模大小將成為塊尺寸設(shè)置的直接依據(jù)。

4 開采設(shè)備選型與塊尺寸

開采設(shè)備的型號(hào)反映了礦山開采的最小單元，為塊尺寸的設(shè)置提供了依據(jù)。例如鏟車一次挖取的礦量、運(yùn)輸車輛一次裝載的礦量，均為設(shè)置合理的塊尺寸提供了參考。

另外，開采過程中，一次爆破的影響的范圍大小、鑿巖機(jī)能夠劈裂的礦巖的最大尺寸，也成為塊尺寸設(shè)置的參考數(shù)據(jù)。

5 條件模擬技術(shù)與塊尺寸

由于每個(gè)塊所獲得的品位值與礦山生產(chǎn)過程中的品位控制直接相關(guān)，所以塊的尺寸同它所包含的品位值一樣，也可以用條件模擬的技術(shù)進(jìn)行模擬分析。利用模擬的技術(shù)，分析最小選別單元的設(shè)置，反過來(lái)影響了開采方法中的參數(shù)設(shè)置和設(shè)備的選型。

綜合考慮以上五個(gè)方面的信息，為塊尺寸的設(shè)置限定了可供選擇的范圍。

[1] 孫玉建. 礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算中工程控制程度劃分的探索[J].地質(zhì)與勘探，2006，42(6)：81-84.