國內外研究現狀

２０世紀５０年代初參照原蘇聯人的經驗，原冶金部規定三級礦量的保有期，開拓礦量保有期應保持在３年以上，采準礦量保有期為１年左右，回采礦量保有期為６個月左右，簡稱“３１６”［３］。后原冶金部又于１９６４年制定《有色金屬礦山生產礦量計算暫行規程》以及１９８０年頒布《有色金屬礦山地質測量條例》對礦山企業的儲量管理起到了重要的指導作用。幾十年來采礦工作者就礦山三級礦量的計算和管理做了大量的研究，也取得許多成果。２０世紀６０年代以來，我國地下礦山在編制年度采掘計劃工作中就普遍開始了關于礦山三級礦量的計算。但是當時學術界關于三級礦量的各種觀點存在很大的分歧，礦山企業和學術界關于三級礦量的計算方法并沒有達成統一的觀點，使得這一時期對三級礦量保有量的計算方面存在許多不足［４］。隨著采礦方法的成熟和采礦設備的更新，三級礦量的計算與管理過程中存在的一些問題被逐漸克服。部分專家學者根據不同礦山的具體情況以及其相對應的采礦方法，從宏觀的角度對各個礦山三級礦量進行優化管理，提出礦山企業在三級礦量管理過程中的兩個不可缺少的原則。１）生產探礦對三級礦量管理的要求。根據礦床的地質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，確定合適的生產探礦工程，確保其符合工業指標規定的礦體邊界固定值。２）三級礦量必須滿足開采順序和回采時間的要求。就一個階段而言，其開采順序一般是自上而下、由遠而近。某些局部礦塊或礦柱也應在整體和時間上滿足回采要求，對于不符合開采順序的可采礦量不能列為三級礦量［５］。

基于礦體賦存條件的有效備采礦量優化模型

合理確定三級礦量保有量，這一問題在國內外已經進行了廣泛的研究，許多方案已經取得了良好的效果。但隨著采礦方法的改革、采礦設備的更新和采場參數的調整，國內許多礦山原有的三級礦量保有量不再符合現有采礦技術和采礦設備條件下礦山正常生產的要求，使得許多礦山在改善采礦方法和更新采礦設備的同時，不得不對原有的三級礦量保有量進行優化管理。例如，為了與采用的新式采礦設備相適應，程潮鐵礦于２００１年初對其采場結構參數進行了調整，造成其三級礦量保有期限不合理。有關專家針對程潮鐵礦采場結構參數調整和采礦設備的更新情況，采用超前時間系數的方法確定其三級礦量保有期限分別為：開拓礦量８．７年，采準礦量１４．２個月，備采礦量７．６個月［６］。保有期限對應的各級礦量較好的保證了礦山持續穩定的生產。但各個礦山的礦體賦存條件千差萬別，現有的三級礦量計算方法并不能適用于所有礦山，直接套用其他礦山三級礦量保有量的優化方案顯然并不科學。如大冶鐵礦尖林山采區的三級礦量保有量不均衡，其備采礦量嚴重不足。有關學者針對尖林山采區的實際情況，提出通過合理的布置切割工程增加自由面和可回采進路來增加備采礦量，不僅解決了三級礦量不均衡的問題，還改善了采場的通風條件、降低了生產成本，取得了較好的生產成果［７］。可見各個礦山關于三級礦量的優化方案存在很大差別。各礦山的地質條件不可能完全相同，這對確定統一合理的三級礦量計算方案造成很大影響，尤其是復雜地質條件下的三級礦量管理又增加了很多不確定的因素。本文根據礦床的不同賦存條件，提出有效備采礦量的概念，對礦山的三級礦量保有量進行計算。有效備采礦量是指按照礦山所采用的采礦方法，符合礦山生產的開采順序，并且能在計劃的回采時間被及時回采的備采礦量。下面給出有效備采礦量的計算公式：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為階段內礦體平均厚度，ｍ；γ礦為礦石體重，ｔ／ｍ３；Ｎ為階段內的采場（或進路）總數，個；ｎ為每月動用的平均采場（或進路）數，個；Ｒ為有效備采礦量系數，取１．１～１．５。有效備采系數Ｒ的取值與礦體水平面函數ｆ直接相關。此處礦體水平面函數ｆ指的是在礦體水平面積內的所有進路的平均長度，即：ｆ＝∑ＬｉＮｆ（２）式中，Ｌｉ為礦體水平面積內第ｉ條進路的長度，ｍ；Ｎｆ為礦體水平面積內的進路總條數。當ｆ較小時，礦塊周轉速度快，Ｒ值應適當取大一些以滿足礦山持續均衡生產的要求；而當ｆ較大時，在確保礦山正常穩定生產的前提下，Ｒ值可以適當取小一些，盡量縮減三級礦量保有量。如圖１所示某礦的礦體水平面圖，該礦水平面函數較大，一個階段的開拓和運輸通風系統一旦形成就能獲得較多的開拓礦量，所以確保礦山正常穩定生產的同時，應盡量減少三級礦量保有量以減少流動資金的占用和巷道的維護費用。

應用實例

金山店鐵礦包括張福山和余華寺兩個礦區。余華寺礦區原為焦作分礦，２００１年１０月與金山店鐵礦合并，成為金山店鐵礦的一個礦區。張福山礦區以０２５＃勘探線為界分為東、西兩個區，０２５＃勘探線以東稱為東區，０２５＃勘探線以西稱為西區。金山店鐵礦張福山西區于１９６８年開工建設，１９７９年基本建成并試生產，１９８８年正式投產，核定規模１００萬ｔ／ａ。１９９６年開始建設接續工程，開采－２００～－４１０ｍ間的礦體，２００１年１０月開始建設東區工程。東、西區設計規模合計為１５０萬ｔ／ａ。由于東區上部礦體規模小，產狀較為復雜，再加上工農關系等因素，東區－２７０ｍ水平以上未能如期開采。２００３年進行改擴建工程設計，將張福山和余華寺兩個獨立的礦山整合成一體。金山店鐵礦余華寺礦區地下開采一期工程７０年代開始建設，設計規模４０萬ｔ／ａ，１９９１年正式投產，１９９６年達產。金山店鐵礦生產規模從１５０萬ｔ／ａ擴大到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，擔負３００萬ｔ／ａ礦石和４５萬ｔ／ａ廢石提升任務。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個礦體，其中規模較大的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ號礦體，Ⅰ和Ⅱ號礦體占礦床探明儲量的９０％以上。Ⅰ號礦體規模最大，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°。賦存標高＋１１０～－１０００ｍ，真厚度０．１８～８３．９６ｍ，平均２５ｍ。Ⅱ號礦體位于Ⅰ號礦體下盤，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。礦體形態復雜，平面上呈條帶狀、半月形或透鏡狀，剖面上呈脈狀、彎弓狀和不規則大透鏡狀。以下根據張福山西區的情況進行具體分析，其礦體水平面函數如圖２所示（圖略）。張福山西區－３４０～－４１０階段６～２５線之間的Ｉ號礦體，走向近東西，傾向南，傾角較陡，一般為６５°～７５°。階段生產勘探范圍內礦體厚度最小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，階段內的進路總數Ｎ為１２８條，每月動用的平均進路數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，礦體賦存形態復雜，礦體圍巖不穩固、礦石強度低、構造性破壞多，在這種情況下為了減少流動資金占用和巷道維護費用，人們希望三級礦量的保有期限更短一些［８］。但其礦體水平面函數ｆ較小，單條進路的平均可采礦量少，礦塊周轉速度必然很快，根據原方案計算的備采礦量為４３萬噸并不能滿足金山店鐵礦持續均衡生產需要。Ｒ取較大值１．４，計算所得５４．８萬噸的備采礦量顯然更加科學，有助于實現礦山的可持續發展。