刍议地质及采矿设计
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摘要：本位根据作者多年工作经验，对采矿设计的进行了阐述。仅供参考。
矿山开采设计中，包含在矿山初步设计过程中的地质及采矿设计是最为关键的部分，这部分图纸设计工作量大，技术含量高，是整个采矿设计的核心图纸。这部分图纸的用途也很特殊，它不是用来描述矿山开拓系统方案的方案图，也不是用来指导矿山施工的施工图，而是用来指导矿山在它的整个开采服务年限内如何开采的采矿指导图，方案设计图纸及施工图纸则均是为实现这个采矿tl的而配套的阶段性设计图纸。地质及采矿设计的内容包括制定整个矿山的自上而下的详细开采流程、矿山顺层位的开采顺序、矿山分台段的矿石及剥离夹层物的数量计算、矿岩的搭配方案、地形地质图、开拓系统图、地质勘探线剖面图、水平分层平面图、采掘终了平面图、各水平年末采剥界线图、综合年末开采界线图、采剥进度计划表等，部分矿山还可加入水平分层品位图。
地质及采矿设计图则是检验矿山的开采设计方案是否合理的最好依据，矿山设计水平的高低，除了与矿山开拓系统布置是否合理、矿山施工图设计是否达到了优化最佳、矿山的各工程布置是否在合理范围内经济最优等因素有关之外，最重要的一点是该设计图能否让该矿山在长达几十年的漫长开采过程中一直处于开采方便、台段交换合理、各品级矿石搭配充分、年经营费用最低等有关。好与不好的设计，能显著地影响矿山的经济效益。
结合多年来在此类设计中积累的一些经验，谈几点体会。
1 对地质资料要进行详尽的分析与研究
地质报告的目的是通过文字与图纸多方位多角度阐述矿床在地下空问上的赋存形态、矿石质量等信息。一般来说，可以从以下几个方面来对地质报告进行分析。
1)矿山所处的区域地质情况、矿床地质结构及构造等。这些因素对矿体的赋存形态一般影响较大，从而影响到矿石的质景分布，这些因素对于确定开采境界线也非常重要。
2)矿体的具体赋存形态、矿石结构及类型、矿岩分布情况、顶底板及围岩等。这些内容具体描述了矿岩的空间分布情况、矿石的质量情况及变化规律、夹层的分布及对质量的影响、顶底板及四周围岩的情况等，这些资料为圈矿设计提供了最直接的依据。
3)矿床的其他重要信息，如高级储量的位置、覆盖土的分布情况、岩溶发育情况、矿层对应及矿石品级的对应问题、夹层情况及侵入岩脉的情况等等。首采区一般选在高级储量分布的位置，并由此展开矿山开拓系统的选择与布置。应重点研究覆盖土、岩溶及品级对应等问题，在对矿石品级的组合计算过程中，地质报告中经常出现为了人为增加矿石一级品的数量，而将单样“上下窜动”或“穿靴戴帽”进行组合计算的现象，这种做法显然不妥。关于矿山的夹层『HJ题，石灰石矿床中，最经常出现的夹层是高镁夹层，应仔细研究其可搭配比例。另外高硅夹层也要引起充分的注意，它会降低破碎效率。
4)矿石的物理力学性质、顶底板及围岩的特性等，矿床水文地质情况，均会对开采产生一定的影响。
2矿山开采境界线的确定
建材行业因为受到经济性的限制，绝大部分石灰石矿山只能采用开采成本较低的露天开采方式。地质报告中已给出了储量计算范围，并且已经国家储委进行审查备案。矿山地质及采矿设计的目的就是要将地质报告中给出的地质储量，结合恰当的开采技术条件开采出来，这些设计成果将会在甲方申领的采矿许可证的配套文件中详细地说明，以供国家部门进行逐年核查。
地质设计的第一步，就是要确定具体的开采境界线，一般来说应遵循以下原则。
1)开采境界内的工业储量不得少于规定的矿山生产服务年限；
2)矿山开采境界线内的平均剥采比，一般不宜大于0．5：l；
3)地质报告中已探明的工业储量，必须得到充分的利用。在圈定开采境界时，如果未划入境界线内的部分，只要现有的开拓系统没有大的改动，基建投资和工程量没有大幅增加，就应尽量圈入，以保证国家资源的充分合理的利用；
4)开采范围与国家铁路、公路、工厂、居民区及其它重要的建构筑物之间应保持一个合理的安全防护距离，符合《爆破安全规程》(GB6722―2003)的相关要求；
5)采场的四周最终边坡必须保持稳定，否则应对边坡坡度进行调整，应根据矿岩的稳定性来确定采矿场的边坡角，同时还要避开严重影响边坡稳定性的不稳定岩层和构造带。
我们现在的设计方法一般是先从地质勘探线剖面图入手，地质地形平面图与地质剖面图相结合的办法，在初步确定开采境界之后，再进行边坡角的核算，边坡公路工程的布置，总体剥采比的核算，反复几次，最终才能将最终开采范围确定，这项工作需要有一定的设计经验的积累才能做好。
3 确定采场最终边坡角时应注意的问题
采矿场避免出现山体滑坡绝对是我们采矿工程师在设计过程中应该注意的首要问题。近年来随着矿山安全事故的频颁发生，安全问题已提高到一个受国家关注的极高的层面上来，现在每一个矿山都要编制《安全专篇》，来进行详尽的论述与论证。在矿山安全问题之中，采场边坡的稳定性问题是一个比较重要的方面，它包括生产中临时开采边坡与永久性的最终边坡的稳定。影响边坡稳定性的主要因素一般有以下几个方面。
1)岩石物理力学性质，主要是指岩石的硬度、致密程度、耐风化能力、凝聚力和内摩擦角等；
2)地质构造，主要是断层、破碎带、节理裂隙和层理面等受力薄弱面等等；如单条断层与边坡走向之夹角
3)水文地质条件，应考虑地F水活动对岩体稳定性的影响，现在面临这个问题的矿山也越来越多。
4)开采技术条件、开采深度以及边坡存在的时间长短等等。
4地质设计中其他必须关注的问题
在确定采场底平面时，首先必须根据地质剖面图上所标注的开采边界线来初步确定底乎面的位置。一般地，采矿场的底部应调整为同一标高或成阶梯状；底平面的边界应尽叮能地保持平直，弯曲处应满足运输线路对曲线半径的要求；底平面的最小宽度和长度应满足采掘运输要求。
在设计地质水平分层平面图的过程中，要注意各矿层与岩层的对应关系，注意对水平横向不连续的层位采取合理的尖灭处理，并注意与地表层位线的合理与顺畅的连接。储量计算完成之后，必须按矿山总体的岩溶率进行储量的校正。
目前我们设计的采剥进度计划表对于矿山生产来说，是一个具有中短期指导意义的表格。其格式的产生历经几代设计人员的更迭，早巳为我国建材矿山的管理技术人员所熟悉并使用，但现在随着我们海外项目不断增多，这种表格与国际上通行的进度计划表的格式不一致，因此将会给我们与国外矿山技术人员的交流带来一定的障碍。现在我们正在想办法借助采矿软件，并参照其他行业矿山上的通行做法，对我们目前的格式进行某种程度上的改进，以利与各方面的交流。
以上几个方面，是我们在进行地质与采矿设计过程中，所面临的一系列问题中比较有代表性的。地质与采矿设计需要依据原始的地质资料，借助设计者的智慧与经验，经过多方计算与比较，才能找出一个比较合理的采矿设计方案来。它没有一定之规，任何两个矿山都没有相同的地方可供抄袭，完全在设计者的头脓中，需要经过长时间的思索与大量的求证，才能得出最后的成果。
5 对地质及采矿设计工作发展方向的展望
目前我们的这部分设计工作，所采用的仍是传统的以手工为主、计算机为辅的设计方法，这一做法的主要缺点是只能进行定性的设计，对于储量与品位尤其是品位的搭配无法进行精确的计算，对采矿生产只能起到引导性的作用，不能起到精确指导的作用。另外如果想建立一套现代化的矿山数字信息管理系统，就必须要解决矿山地质数字化设计问题。现在国际上借助先进的采矿软件，冶金等行业的矿山巳全面开始推进数字化矿山设计，国外很多石灰石矿山的设计也巳开始大规模推行采矿软件的使用。目前比较广泛的采矿软件有SURPAC、DATAMINE、MICROMINE等，这些软件在地质及采矿设计方面各有特色，各有侧重点，比起我们传统的设计方法，这些软件所输出的图纸信息量大，数据精确，除了能完成我们传统的手工图纸中的水平地质分层平面图之外，还能输出水平分层岩性图、水平分层品位图、任意块段的储量及平均品位、矿岩量报告及矿岩搭配后的数据等等，这些数据对采矿生产具有直接的指导作用。以SURPAC软件为例，来说明一下采矿软件在设计中的应用情况。
SURPAC软件是诸多数字化矿山软件中应用比较广泛的一种，其突出性能是，提供了强大的三维图形工作区、地质统计学分析和集成的建模环境，使得设计者能够利用有限的信息确定出矿床的地质特征，进而进行全三维图形方式下的采矿设计，数据统计及分析功能强大，内涵丰富。其功能主要涵盖以下几个方面：
1)钻孔单样原始数据的编录和数据编辑管理
2)勘探和矿山地质信息的全真录入
3)露天及地下采矿设计
4)矿山工程测量模块
5)采剥进度计划编制
6)尾矿坝体和复垦设计
运用该软件的数据库运算及成图功能，可以进行地质数据各方面的统计及分析，出图方面完全可以做到三维设计，二维及三维图形输出。另外该软件还提供了比较强大的二次开发功能，开放了其内部数据结构和函数，客户可以定制自己的工具，进行本地化的设计。