石灰石礦山開采設計中，包含在礦山初步設計過程中的地質及采礦設計是最為關鍵的部分，這部分圖紙設計工作量大，技術含量高，是整個采礦設計的核心圖紙。這部分圖紙的用途也很特殊，它不是來描述礦山開拓系統方案的方案圖，也不是來指導礦山施工的施工圖，而是用來指導礦山在它的整個開采服務年限內如何開采的采礦指導圖，方案設計圖紙及施工圖紙則均是為實現這個采礦目的而配套的階段性設計圖紙。地質及采礦設計的內容包括制定整個礦山的自上而下的詳細開采流程、礦山順層位的開采順序、礦山分臺段的礦石及剝離夾層物的數量計算、礦巖的搭配方案、地形地質圖、開拓系統圖、地質勘探線剖面圖、水平分層平面圖、采掘終了平面圖、各水平年末采剝界線圖、綜合年末開采界線圖、采剝進度計劃表等，部分礦山還可加入水平分層品位圖。

　　施工圖是方案設計圖的深化，而地質及采礦設計圖則是檢驗礦山的開采設計方案是否合理的最好依據，礦山設計水平的高低，除了與礦山開拓系統布置的是否合理、礦山施工圖設計的是否達到了優化最佳、礦山的各工程布置是否在合理范圍內經濟最優等因素有關之外，最重要的一點則是該設計圖是否能讓該礦山在長達幾十年的漫長開采過程中一直處于開采方便、臺段交換合理、各品級礦石搭配充分、年經營費用最低等有關，好與不好的設計，能顯著地影響礦山的經濟效益，從而直接影響到整個水泥廠的投資收益。

　　近些年隨著我國水泥工業的快速發展，對石灰石的需求量日益增加，好的石灰石礦山現在已經越來越難以找到，在我院近幾年設計的幾十座大中型礦山之中，不乏一部分是前些年被“槍斃”掉的礦山，現在又被拿來將要進行開采，這樣的礦山設計難度可想而知。給這樣的礦山找到一套開采方案并不難，難的是找到一套最適合的方案。對于復雜類型的礦山，在礦山的初步設計過程中，進行地質與采礦設計非常重要，即使對于一些只進行方案設計的礦山，地質與采礦設計的一部分工作仍必須完成，以用來校驗礦山方案設計的合理性（盡管這部分地質與采礦設計的圖紙在方案設計階段并不要求一定出成品），否則礦山的方案設計則顯得依據不足，甚至有可能在以后補充完成地質設計之后，出現將方案設計完全推翻的情況。這種情況在我們幾十年的礦山設計過程中并不少見，這種情況的發生，經常是因為受到整個水泥廠項目方案設計時間的限制，而礦山又是比較復雜的礦山，無法完成相應的地質設計，為了趕上項目進度，不得不倉促出一套方案設計圖紙，在施工圖開始后，再進行地質設計的補充完善，才發現原先設計的礦山方案存在比較重大的問題，不得不重新調整整個開采方案。發現開采方案的瑕疵，是一個很專業的問題，需要有比較豐富的專業知識和充分的時間，很多評委在方案評審會上是很難在短時間內發現問題的。我們現在的設計一方面在盡量適應甲方對于項目進度的苛刻要求，另一方面也是在人力安排上進行了很多新的嘗試，一直在盡量避免類似問題的發生，以免造成設計的大返工。

　　在十多年的礦山設計生涯中，本人完成了很多大中型礦山的地質及采礦設計，這些礦山之中，勘探類型從簡單到復雜，規模也是從為1000t/d水泥廠配套的中型石灰石礦山，到為10000t/d規模配套的超大型的礦山，結合我們現在手頭正在進行的一些礦山的此類設計，針對我本人感受最深的幾個方面，來談談我自己多年來的一些體會。

　　一  對地質資料要進行詳盡的分析與研究

　　地質報告的目的是要通過文字與圖紙多方位多角度地來闡述礦床在地下空間上的賦存形態、礦石質量等信息。一般來說，可以從以下幾個方面來對地質報告進行分析。

　　1、 礦區所處的區域地質情況、礦床地質結構及構造等。這些因素對礦體的賦存形態一般影響較大，從而影響到礦石的質量分布。這些因素對于確定開采境界線也非常重要，另外對于將要采用豎井平硐方式的礦山來說，這些還是預選豎井平硐位置的重要考慮因素之一。

　　2、 礦體的具體賦存形態、礦石結構及類型、礦巖分布情況、頂底板及圍巖等。這些內容具體描述了礦巖的空間分布情況、礦石的質量情況及變化規律、夾層的分布及對質量的影響、頂底板及四周圍巖的情況等，這些資料為設計圈礦提供了最直接的依據。

　　3、 礦床的其它重要信息，如高級儲量的位置、覆蓋土的分布情況、巖溶發育情況、礦層對應及礦石品級的對應問題、夾層情況及侵入巖脈的情況等等。首采區一般選在高級儲量分布的位置，并由此展開礦山開拓系統的選擇與布置。關于覆蓋土的問題，除需根據土層的化學、物理性質研究它對生產配料的影響之外，還要注意它對剝離和開采的影響。巖溶是礦床的特殊問題，對于礦床深部的巖溶問題應充分地研究，揭露其規律，弄清楚充填情況，統計巖溶系數，以判斷巖溶對開采的影響程度。至于礦層品級對應的問題，過去往往因為在這個問題上研究得不夠，導致礦山的生產十分被動，品級的對應，首先應該是巖層自然類型的對應，這是品級對應的基礎。查明自然巖層的界線，而后在其基礎上進行品級的對應，決不能跨越巖層的自然界線而人為地對應，這是地質報告中經常容易犯的一個錯誤，也會直接對今后的礦山生產產生一個誤導的作用。在對礦石品級的組合計算過程中，地質報告中經常出現為了人為增加礦石一級品的數量，而將單樣“上下竄動”或“穿靴戴帽”進行組合計算的現象，這種做法顯然不妥。關于礦山的夾層問題，石灰石礦床中，最經常出現的夾層是高鎂夾層，鎂是水泥原料中的有害成份，是評價水泥礦床的一項主要技術指標，因此，弄清楚高鎂夾層的空間賦存規律是極為重要的，事實證明，不詳細研究高鎂部分的賦存規律，往往會影響到礦山的正常生產。另外對于高硅及燧石結核情況，礦石中硅若以硬質結核或晶質形態存在的話，會使石灰石的破碎工序變得困難，降低破碎效率。

　　4、 礦石的物理力學性質、頂底板及圍巖的特性等，礦床水文地質情況，均會對開采產生一定的影響。

　　二  礦山開采境界線的確定

　　我們建材行業的石灰石礦山因為受到經濟性的限制，只能采用開采成本較低的露天開采方式。地質報告中已給出了儲量計算范圍，并且已經國家儲委進行審查備案。礦山地質及采礦設計的目的就是要將地質報告中給出的地質儲量，結合恰當的開采技術條件開采出來，這些設計成果將會在甲方申領的采礦許可證的配套文件中詳細地說明，以供國家部門進行逐年核查。

　　地質設計的第一步，就是要確定具體的開采境界線，一般來說應遵循以下原則：

　　1、 開采境界內的工業儲量不得少于規定的礦山生產服務年限；

　　2、 礦山開采境界線內的平均剝采比，一般不宜大于0.5：1（t/t）；

　　3、 地質報告中已探明的工業儲量，必須得到充分的利用，在圈定開采境界時，如果未劃入境界線內的部分，只要現有的開拓系統沒有大的改動，基建投資和工程量沒有大幅增加，就應盡量圈入，以保證國家資源的充分合理的利用；

　　4、 開采范圍與國家鐵路、公路、工廠、居民區及其它重要的建構筑物之間應保持一個合理的安全防護距離，符合《爆破安全規程》（GB6722－2003）的相關要求；

　　5、 采場的四周最終邊坡必須保持穩定，否則就必須對邊坡坡度進行調整，應根據礦巖的穩定性來確定采礦場的邊坡角，同時還要避開嚴重影響邊坡穩定性的不穩定巖層和構造帶。

　　我們現在的設計方法一般是先從地質勘探線剖面圖入手，地質地形平面圖與地質剖面圖相結合的辦法，在初步確定開采境界之后，再進行邊坡角的核算，邊坡公路工程的布置，總體剝采比的核算，反復幾次，最終才能將最終開采范圍確定，這項工作需要有一定的設計經驗的積累才能做好。

　　三  確定采場最終邊坡角時應注意的問題

　　避免出現采礦場的山體滑坡絕對是我們采礦工程師在設計過程中應該注意的首要問題。近年來隨著礦山安全事故的頻頻發生，安全問題已提高到一個受國家關注的極高的層面上來，礦山行業的安全問題尤其備受矚目。以前我們礦山初步設計中的安全章節，現在已被國家明文規定，必須進行專門的全面安全論述與論證，并且以《安全專篇》的形式出現。從礦山的安全生產預評價開始，到礦山安全篇的正式編寫與評審，再到礦山投產前的核查與驗收，直至生產中的常規性經常性的檢查，任何一個環節如出現任何的問題或疑問，都有可能導致礦山設計工作的返工或正常生產的停頓。礦山安全問題之中，采場邊坡的穩定性問題是一個比較重要的方面，它包括生產中的臨時開采邊坡與永久性的最終邊坡的穩定。影響邊坡穩定性的主要因素一般包括以下幾個方面：

　　1、 巖石物理力學性質，主要是指巖石的硬度、致密程度、耐風化能力、凝聚力和內摩擦角等；

　　2、 地質構造，主要是斷層、破碎帶、節理裂隙和層理面等受力薄弱面等等；如單條斷層與邊坡走向之夾角<25°，并且傾向相同時，可能引起邊坡整體順大斷層面滑落；如幾條斷層相交把巖層切割成三角體或梯形體時，可能會造成邊坡局部失穩并呈三角體滑落；如當節理裂隙比較發育時，要防止端部邊坡產生類似幾條斷層相交所產生的影響；如當采場坡面與同側巖層順向，且坡面角大于巖層傾角時，可能產生下盤臺段坡面巖石順層理面滑落等等。

　　3、 水文地質條件，應考慮地下水活動對巖體穩定性的影響，另外水壓力等也必須適當考慮。一般地，在我們所設計的礦山中，此類問題相對來說不是很突出；

　　4、 開采技術條件、開采深度以及邊坡存在的時間長短等等。

　　最終邊坡角包括最終臺段坡面角與最終邊幫角，最終臺段坡面角針對我們目前的石灰石礦山來說，大多數選取70°，實際證明是沒有問題的。但針對每個礦山的設計，都要根據具體情況進行具體分析，要結合巖石特征、巖石硬度系數、節理裂隙發育程度等因素來綜合選取。當巖層傾角大于30°，并且巖層層面非常發育時，如果所取的臺段坡面角大于巖層傾角，則巖石容易滑落，這時最終臺面坡面角應和巖層傾角一致，或小于巖層傾角，以保證邊坡的穩定。采場的最終邊幫角一般可分為兩種情況，一是當邊坡坡向與巖層面順向時，應遵循以上所述的原則，由此即可推算出該側的邊幫角；其它的邊坡情況下的最終邊幫角的選取，在首先遵守地質勘查規范中關于礦山開采技術條件要求的基礎上，參照該側邊坡高度、礦巖物理力學性質、并綜合各平臺預留恰當寬度等情況下，綜合選取，必要時還須進行專門的穩定性論證。

　　四  地質設計中其它必須關注的問題

　　在確定采場底平面時，首先必須根據地質剖面圖上所標注的開采邊界線來初步確定底平面的位置。一般地，采礦場的底部應調整為同一標高，或成階梯狀；底平面的邊界應盡可能地保持平直，彎曲處應滿足運輸線路對曲線半徑的要求；底平面的最小寬度和長度應滿足采掘運輸要求；底平面邊緣輪廓線的凹入地段應避開巖石不穩定地帶，以防邊坡地壓促使裂隙的進一步發展，從而帶來安全隱患。

　　在設計地質水平分層平面圖的過程中，要注意各礦層與巖層的對應關系，并注意對水平橫向不連續的層位采取合理的尖滅處理，并注意與地表層位線的合理與順暢的連接。在計算儲量時，應根據實際礦層的形態，選取合理的計算公式，并注意上下水平分層面上地質層位的對應關系，不得錯算與漏算。對于上下無對應關系的層位，可按鍥形尖滅處理。儲量計算完成之后，必須按礦山總體的巖溶率進行儲量的校正。一般地，對于勘探類型及礦石質量類型均比較簡單的礦山來說，可以采取一種比較簡略的儲量計算方法，就是先計算整個礦山總的礦巖合量，然后根據礦石品級的分類，例如某礦山絕大多數都是一級品，二級品與夾層只占少數，我們可以只計算二級品與夾層的量，再利用總的合量減去二級品與夾層的量即可得出一級品的儲量。

　　目前我們設計的采剝進度計劃表對于礦山生產來說，是一個具有中短期指導意義的表格。其格式的產生歷經幾十年幾代設計人員的更迭，早已為我國建材礦山的管理技術人員所熟悉并使用，但現在隨著我們海外項目不斷增多，這種表格因為與國際上通行的進度計劃表的格式不一致，將會給我們與國外礦山技術人員的交流帶來一定的障礙，現在我們正在想辦法借助采礦軟件，并參照其它行業礦山上的通行做法，對我們目前的格式進行某種程度上的改進，以利與各方面的交流。

　　以上幾個方面，僅僅是我們在進行地質與采礦設計過程中，所面臨的一系列問題中間的幾個比較有代表性的方面，地質與采礦設計需要依據原始的地質資料，借助設計者的智慧與經驗，經過多方計算與比較，才能找出一個比較合理的采礦設計方案來。它沒有一定之規，任何兩個礦山都沒有相同的地方可供抄襲，完全在設計者的頭腦中，需要經過長時間的思索與大量的求證，才能得出最后的成果。能獨立、完整且高質量地完成一個石灰石礦山的地質與采礦設計，往往代表了一個采礦工程師在技術上的進步與成熟。

　　目前我們設計中所面臨的問題

　　在我們的實際工作中，卻經常遇到這樣的問題，一部分甲方因為對于礦山專業的不了解，在對我們進行設計合同的委托時，把礦山的設計混同于工廠的設計過程，認為設計圖紙除了表示項目的方案外，就是指導實際的施工，而把最具技術含量的指導礦山實際生產的礦山地質與采礦設計內容忽略。據我們了解，這種不合理的事情只在我們國家出現，以方案設計來替代初步設計，而在我們國家關于礦山初步設計深度的規定中，明確規定了礦山的初步設計必須要進行詳盡的地質與采礦設計。客觀地來講，礦山設計是不存在方案設計的這個階段的。

　　總體而言，礦山的地質設計只是一種定性的設計，是一種方案性質的設計，它與工廠的針對每一個具體實體的施工圖設計的最大不同之處，在于它只是具有不可更改的指導性意義，而并非詳細地落實到每一個采礦細節上去，更沒有去具體指明每一個礦塊的開采尺寸該如何選取等等。

　　另外另我們頭疼的還有地質報告本身。在為整個水泥廠設計的過程中，需要十幾個專業配合才能完成，其中礦山專業是個比較特殊的專業，它與其它專業的一個最大的不同在于，它需要接收外部地質隊的大量成果資料才能動手設計，它在整個礦山項目建設過程中，是第二道工序。它與結構專業接收內部工藝專業的設計資料所不同的是，礦山專業無法控制外部地質成果的正確性，因此對地質資料進行全面深入的研讀顯得非常重要。隨著我國整個礦山地質行業的全面開放，過分的市場競爭的負面影響正在日益顯現。不同礦山行業地質隊伍工作的相互滲透，在尚未完全弄懂對方行業礦種的地質特性的情形下就倉促開始工作；甲方不顧技術因素而一味地追求低價中標；地質工作中的弄虛作假（因大多數投資方礦山及地質專門人才的缺乏而造成）；地質工作監理的缺失（我國尚未建立起礦山地質工作強制監理制度）等等。不同礦種因為地質成因的不同，各自特點千差萬別，地質及礦體賦存條件以及礦體的空間形態也毫無相同之處，以前計劃經濟時代，我國實行的是各礦種均各自建立自己的專業化的地質隊伍，并且國家從資金上給予保證，這種做法盡管存在一些弊端，但從根本上保證了地質資料的準確性，能為各個資源型工廠提供可靠的地質資料。客觀地講，現在我們建材礦山的地質工作成果的準確性是在逐年下降，近些年很多礦山的地質資料深度不夠，或雖然深度已達到要求，但其內部錯誤不少，主要是不完全按國家規范行事。我國國土資源部于2002年12月17日發布并且于2003年3月1日起實行的《冶金、化工石灰巖及白云巖、水泥原料礦產地質勘查規范》（DZ/T0213－2002）是一個地質礦產行業標準，是地質勘查工作必須遵守的準則性文件與技術性文件。從現有的地質勘探報告來看，問題主要存在于以下兩個方面：一是地質工作單位在技術上不存在問題，但具體工作過程中，不認真按規范行事，偷工減料，弄虛作假，以至于最后的報告中生編硬造的痕跡很重；二是本身地質工作單位在技術上就不是很清楚，以至于其勘探設計就不是很合理，最后的報告自然也就難以達到目的。現在整個建材行業礦山專門人才匱乏，工作環境艱苦，并帶有一定的危險性，報酬也沒有太多的吸引力，很難吸引人才的加入，因而造就了各投資方很難憑借自身的技術力量對其所聘請的地質隊伍的工作進行有效的監督，這個問題在短時間內一時還難以解決；另外通過對地質工作實行強制監理制度，也是解決這一問題的有效途經，但地質勘探工作專業性極強，野外工作條件差，據我們了解，近些年地質勘探工作人才流失嚴重，人才缺乏，另外監理隊伍如何建立，還有報酬問題等等，想通過這一途經來解決面前的難題也是困難重重。

　　對地質及采礦設計工作發展方向的展望

　　目前我們的這部分設計工作，所采用的仍是傳統的以手工為主、計算機為輔的設計方法，這一做法的主要缺點是只能進行定性的設計，對于儲量與品位尤其是品位的搭配無法進行精確的計算，對采礦生產只能起到引導性的作用，不能起到精確指導的作用，另外如果想建立一套現代化的礦山數字信息管理系統，首先就必須要解決礦山地質數字化設計問題。現在國際上借助先進的采礦軟件，冶金等行業的礦山已全面開始推進數字化礦山設計，國外很多石灰石礦山的設計也已開始大規模推行采礦軟件的使用。目前這方面應用比較廣泛的采礦軟件有SURPAC、DATAMINE、MICROMINE等，這些軟件在地質及采礦設計方面各有特色，各有側重點，比起我們傳統的設計方法，這些軟件所輸出的圖紙信息量大，數據精確，除了能完成我們傳統的手工圖紙中的水平地質分層平面圖之外，還能輸出水平分層巖性圖、水平分層品位圖、任意塊段的儲量及平均品位、礦巖量報告及礦巖搭配后的數據等等，這些數據對采礦生產具有直接的指導作用。以其中的一種目前在國內外使用比較廣泛的SURPAC軟件為例，來說明一下采礦軟件在設計中的應用情況。

　　澳大利亞SURPAC軟件是諸多數字化礦山軟件中應用比較廣泛的一種，迄今為止已經廣泛應用于礦產資源評估、礦山規劃設計、礦山生產管理以及礦山閉坑等礦山生產的各個階段。其突出性能是，提供了強大的三維圖形工作區、地質統計學分析和集成的建模環境，使得設計者能夠利用有限的信息確定出礦床的地質特征，進而進行全三維圖形方式下的采礦設計，數據統計及分析功能強大，內涵豐富。其功能主要涵蓋以下幾個方面：

　　1、 鉆孔單樣原始數據的編錄和數據編輯管理

　　2、 勘探和礦山地質信息的全真錄入

　　3、 露天及地下采礦設計

　　4、 礦山工程測量模塊

　　5、 采剝進度計劃編制

　　6、 尾礦壩體和復墾設計

　　該軟件的核心模塊是一個完全集成的數據可視化和可編輯的、真正意義上的三維圖形模塊，充分利用了當今計算機強大的圖形運算功能，做到三維設計，二維及三維圖形輸出。

　　對于我們國家建材礦山獨有的槽探數據，是該軟件編制時所沒有考慮到的，國外石灰石礦山的地質工作一般沒有槽探這種做法，這些槽探數據與鉆孔單樣數據共同標識了我們石灰石礦山的地質化學成份，缺一不可。如何把這些槽探數據全部錄入該軟件并正確地參與到模型的建立與品位估值中去，這些年我們配合開發商作了不少的工作，現在也已找到了一個比較恰當的方法，從而解決了困擾我們很久的一個難題。

　　另外該軟件還提供了比較強大的二次開發功能，開放了其內部數據結構和函數，客戶可以定制自己的工具，進行本地化的設計，這點也非常重要。我認為任何引進采礦軟件的設計單位都必須為二次開發及本地化工作付出大量的心血，才能使得軟件在各自的設計中發揮出最大的作用。

　　但萬事也并非全如我們想象的那么簡單，該軟件的使用目前在我國的實際情況中，所遇到的一個最大的難題便是地質數據本身。目前我國地質隊普遍采用的是專業化的地質軟件來輸出地質成果，近年來很多地質成果錯誤不少，地形圖上各種首曲線與計曲線的多維數據不全或不準確，同一份地質報告在不同圖紙上對同一地層賦存形態的解釋互不對應，直接造成了采礦軟件在建立地質模型時數據混亂，也使得我們的設計工時會大幅增加。但采礦軟件的全面引入，將把我們從傳統的設計方法引進到數字化設計的領域中去，本人認為，數字化設計將是我們采礦設計的終極解決方案。新的設計方法盡管不會為我們節省設計時間，但卻能把我們的設計水平提升到一個新的高度，從而滿足海外用戶及國內高端用戶的需求。尤其重要的是，這些工作為將來建立全面的礦山數字化信息管理系統作了一個最重要的鋪墊。