朱明德，許夢(mèng)國(guó)，王 平，王明旭，李 斌

（1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢430081；2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430081）

生產(chǎn)準(zhǔn)備礦量是根據(jù)礦山開(kāi)采準(zhǔn)備工程和地質(zhì)工作程度所圈定和計(jì)算的資源儲(chǔ)量。露天開(kāi)采將生產(chǎn)準(zhǔn)備礦量劃分為開(kāi)拓和回采二級(jí)；地下開(kāi)采將生產(chǎn)準(zhǔn)備礦量劃分為開(kāi)拓、采準(zhǔn)和回采三級(jí)［1］。本文主要討論地下金屬礦山三級(jí)礦量的相關(guān)問(wèn)題。

三級(jí)生產(chǎn)儲(chǔ)量是保證礦山正常穩(wěn)定生產(chǎn)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。如果三級(jí)礦量保有量過(guò)少，則不能保證礦山正常、穩(wěn)定、持續(xù)、協(xié)調(diào)地生產(chǎn)，影響礦山產(chǎn)量的穩(wěn)定；三級(jí)礦量保有量也不宜過(guò)多，過(guò)多則意味著一部分人力、物力投入過(guò)早、過(guò)多，增加基建投資和生產(chǎn)費(fèi)用，造成大量資金積壓。礦山施工過(guò)早，勢(shì)必誘發(fā)地壓早現(xiàn)，發(fā)生冒頂、垮幫等現(xiàn)象，增加巷道的維護(hù)費(fèi)用，造成人力、物力的浪費(fèi)［2］。合理儲(chǔ)備三級(jí)礦量，適合礦井生產(chǎn)能力要求，既滿足三級(jí)礦量的數(shù)量要求，又確保三級(jí)礦量在各礦體、各階段的空間布局合理，是保證礦山持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的基本條件，是礦山生產(chǎn)管理帶有全局性的、根本的課題。

隨著礦山的逐年開(kāi)采，礦床開(kāi)采過(guò)程中遇到的問(wèn)題也越來(lái)越多，三級(jí)礦量保有量的合理分配也越發(fā)顯得不可忽視。為了適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，減少地下礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)，使礦山利益最大化，合理分配三級(jí)礦量保證礦山生產(chǎn)工作均衡持續(xù)地發(fā)展，使礦山企業(yè)走上良性循環(huán)的道路勢(shì)在必行。本文主要是針對(duì)各個(gè)礦山不同的礦床賦存條件，提出有效備采礦量的概念，對(duì)各地下礦山的三級(jí)礦量保有量的管理優(yōu)化提供參考。

1 國(guó)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(kāi)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(lái)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(lái)，我國(guó)地下礦山在編制年度采掘計(jì)劃工作中就普遍開(kāi)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(méi)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(guò)程中存在的一些問(wèn)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(guò)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(kāi)采順序和回采時(shí)間的要求。就一個(gè)階段而言，其開(kāi)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(kāi)采順序的可采礦量不能列為三級(jí)礦量［5］。

2 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(wèn)題在國(guó)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(guó)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(kāi)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(wàn)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(guò)合理的布置切割工程增加自由面和可回采進(jìn)路來(lái)增加備采礦量，不僅解決了三級(jí)礦量不均衡的問(wèn)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］?？梢?jiàn)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(kāi)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：

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(zhǎng)度，即：

式中，Li為礦體水平面積內(nèi)第i條進(jìn)路的長(zhǎng)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(kāi)拓和運(yùn)輸通風(fēng)系統(tǒng)一旦形成就能獲得較多的開(kāi)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。

圖1 某礦礦體水平面函數(shù)圖

3 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?？碧骄€為界分為東、西兩個(gè)區(qū)，025?？碧骄€以東稱為東區(qū)，025?？碧骄€以西稱為西區(qū)。

金山店鐵礦張福山西區(qū)于1968年開(kāi)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(wàn)t／a。1996年開(kāi)始建設(shè)接續(xù)工程，開(kāi)采－200～－410m間的礦體，2001年10月開(kāi)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(wàn)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(kāi)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(kāi)采一期工程70年代開(kāi)始建設(shè)，設(shè)計(jì)規(guī)模40萬(wàn)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(wàn)t／a擴(kuò)大到300萬(wàn)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(wàn)t／a礦石和45萬(wàn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(pán)，相距15～120m，分布于26～43線之間，東西走向長(zhǎng)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2 金山店張福山西區(qū)礦體水平面函數(shù)圖

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：

金山店鐵礦礦體狹長(zhǎng)，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(wàn)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(wàn)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。

4 結(jié)論

合理的三級(jí)礦量保有量以及各級(jí)儲(chǔ)量之間的平衡是保證礦山持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的重要條件。文章針對(duì)日益顯著的地下礦山三級(jí)礦量的合理確定問(wèn)題做出簡(jiǎn)要分析，提出有效備采礦量的概念，從礦體水平面函數(shù)的角度考慮三級(jí)礦量的優(yōu)化問(wèn)題。認(rèn)為三級(jí)礦量不但要滿足生產(chǎn)探礦及開(kāi)采順序和回采時(shí)間的要求，還要綜合考慮礦床賦存條件對(duì)有效備采礦量的影響。通過(guò)對(duì)金山店鐵礦的實(shí)際應(yīng)用，說(shuō)明根據(jù)各礦山不同的礦體賦存條件來(lái)確定合理的三級(jí)礦量更加科學(xué)。

［1］中國(guó)冶金礦山企業(yè)協(xié)會(huì).冶金礦山地質(zhì)技術(shù)管理手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］張東.地下礦山三級(jí)礦量規(guī)范化管理淺析［J］.有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究，1991（12）：44－48，53.

［3］梁敏，胡杏保.無(wú)底柱分段崩落采礦法三級(jí)礦量的合理計(jì)算［J］.礦業(yè)快報(bào)，2003，19（12）：8－10.

［4］王會(huì)春，蘇宏志.關(guān)于礦山三級(jí)礦量的計(jì)算［J］.中國(guó)礦業(yè)，1994，3（5）：30－35.

［5］李仁清，趙立春.淺談地下開(kāi)采金屬礦山三級(jí)礦量管理［J］.甘肅有色金屬，2002，17（1）：5－7.

［6］宋衛(wèi)東，郭寥武，何明華，等.程潮鐵礦合理三級(jí)礦量的研究［J］.采礦技術(shù)，2001，1（4）：1－3.

［7］劉艷章，姜維，王其虎.合理布置切割工程平衡采區(qū)三級(jí)礦量［J］.化工礦物與加工，2011，40（2）：31－34.

［8］趙小稚.地下礦山生產(chǎn)礦量的優(yōu)化管理［J］.建材新科技，1997（2）：74－77.